Preguntas y Respuestas: UMTS (WCDA)

¿Qué es UMTS?
¿Es lo mismo UMTS que WCDMA?
¿Existen distintos tipos de sistemas UMTS?
¿Qué ventajas tiene UMTS?
¿Cómo implanta UMTS un operador de GSM?
¿Cómo implanta UMTS un operador de tecnología analógica o TDMA?
¿Cuál es el costo promedio de una implantación UMTS?
¿UMTS afecta la capacidad de voz?
¿Qué compañías ofrecen productos UMTS?
¿Dónde se inserta UMTS en el mercado de América?

¿Qué es UMTS?

Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) es una tecnología de voz y datos a alta velocidad que forma parte de la familia de normas de tecnología inalámbrica de tercera generación (3G) IMT-2000 de la Unión Internacional de las Telecomunicaciones (UIT). CDMA de banda amplia (WCDMA) es la tecnología de radiocomunicaciones utilizada en UMTS. Es por eso que las siglas “UMTS” y “WCDMA” suelen utilizarse en forma indistinta.

UMTS está basada en tecnología del Protocolo de Internet (IP) y da soporte a voz y datos en paquetes a velocidades de datos máximas teóricas de hasta 2 Mbps, con velocidades promedio de 200-300 Kbps cuando el usuario está caminando o conduciendo. UMTS está diseñada para dar soporte a aplicaciones intensivas en ancho de banda tales como streaming multimedia, transferencias de archivos grandes y video conferencia. UMTS también está diseñada para dar soporte a aplicaciones sensibles al retardo, tales como las Redes Privadas Virtuales (VPNs) y juegos en tiempo real con múltiples jugadores. Otros beneficios clave de UMTS son una alta eficiencia espectral para voz y datos, soporte para voz y datos simultáneamente, bajos costos de infraestructura, roaming global y una amplia selección de terminales y demás dispositivos para el usuario.

Entre los grupos de la industria que avalan a UMTS se cuentan la Asociación de Industrias y Empresas de Radio (ARIB) de Japón, el Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones (ETSI), la Asociación Mundial de Proveedores de Tecnología Móvil (GSA), la GSM Association, la UIT, el Third Generation Partnership Project (3GPP), 3G Americas y el UMTS Forum.

UMTS se basa en GSM, que es la tecnología inalámbrica más ampliamente utilizada en el mundo. GSM tiene más del 82% del mercado inalámbrico global y es utilizada por más de 2,1 mil millones de personas alrededor del mundo al T3 2006, según la GSM Association. 142 operadores de 61 países ofrecían UMTS a octubre de 2006. Casi 300 operadores en el mundo están comprometidos con la implantación de UMTS. Esta combinación de compromisos e implantaciones comerciales significa que, al igual que otros miembros de la familia de tecnologías GSM, UMTS goza de una estructura global de costos, selección de equipos y adopción por parte de los usuarios inigualadas por ninguna otra tecnología 3G.

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¿Es lo mismo UMTS que WCDMA?

CDMA de banda amplia (WCDMA) es la tecnología de radiocomunicaciones utilizada en UMTS. Como resultado de ello, las siglas "UMTS" y "WCDMA" suelen utilizarse en forma indistinta, aunque UMTS se refiere al sistema completo.

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¿Existen distintos tipos de sistemas UMTS?

Hay dos tipos de sistemas UMTS: acceso múltiple por división de código en banda amplia con dúplex por división de frecuencias (FDD/WCDMA) y acceso múltiple por división de código en banda amplia con dúplex por división de tiempo (TDD/WCDMA). FDD/WCDMA utiliza dos frecuencias, lo que permite transmisión y recepción independientes en dos frecuencias distintas. TDD/WCDMA permite la transmisión en dúplex en la misma frecuencia al asignar distintas ranuras temporales en un mismo marco para transmisión y recepción. TD-SCDMA es un tipo de TDD/WCDMA que se prevé será utilizado primordialmente en China.

La mayoría de las implantaciones de UMTS hasta la fecha utilizan FDD. Uno de los motivos es el espectro; en países como los Estados Unidos, hay espectro limitado disponible para TDD. Sin embargo, proveedores como IPWireless contribuyeron a comercializar UMTS TDD con éxito en algunos países.

Para más detalles sobre los distintos tipos de sistemas UMTS, ver el trabajo de 3G Americas publicado en septiembre de 2006: "Mobile Broadband: EDGE, HSPA and LTE".

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¿Qué ventajas tiene UMTS?

Las ventajas de UMTS pueden dividirse en dos categorías: beneficios para el usuario y beneficios para el operador.

Los beneficios clave para el usuario incluyen:

• Velocidad: UMTS soporta velocidades de datos máximas alcanzables por el usuario de 350 Kbps, velocidades de datos máximas teóricas de hasta 2 Mbps, con velocidades promedio de 200-300 Kbps cuando el usuario está caminando o conduciendo. Esta velocidad es suficiente para dar soporte a aplicaciones intensivas en ancho de banda como streaming multimedia, transferencias de archivos grandes y video conferencia.

• Una conexión "siempre activa": Al igual que la banda ancha por cable y el DSL, UMTS provee una conexión a Internet constante, de modo que el usuario no necesita conectarse cada vez que desea acceso, y puede recibir servicios de notificaciones tales como alertas del mercado bursátil.

• Valor: UMTS es una tecnología basada en paquetes, lo que constituye una forma más eficiente de provisión de servicio por parte de los operadores. Estos ahorros pueden ser trasladados a los usuarios en forma de tarifas más bajas. El hecho de que se trate de tecnología en paquetes también significa que los usuarios sólo pagan por los datos que envían y reciben en lugar de pagar también por el tiempo de aire utilizado para establecer una conexión y esperar la respuesta del servidor.

• Disponibilidad: UMTS es ofrecida por 142 operadores de 61 países a octubre de 2006. Casi 300 operadores alrededor del mundo se comprometieron con la implantación de UMTS.

• Compatibilidad: UMTS es compatible en sentido reverso con EDGE y GPRS. Cuando el usuario se traslada fuera de una zona con cobertura UMTS, su equipo automáticamente se conmuta a una red EDGE o GPRS, dependiendo de factores como la disponibilidad de las redes y cuánto ancho de banda requiere su aplicación. Como resultado de ello, el usuario de UMTS siempre tiene asegurado algún nivel de servicio de datos en paquetes, ya sea en casa o durante sus viajes.

• Roaming: Como se menciona más arriba, UMTS se encontraba disponible comercialmente en 61 países a octubre de 2006. Casi 300 operadores de 112 países alrededor del mundo se comprometieron con la implantación de UMTS. Esta adopción significa que UMTS es la tecnología de 3G que brinda las mayores opciones de roaming y, en los sitios en los que UMTS no está disponible, el cliente recibe servicios EDGE o GPRS.

• Calidad de servicio (QoS): UMTS incluye mecanismos sofisticados de calidad de servicio (QoS) que aseguran que cada tipo de servicio de datos reciba la cantidad exacta de espectro y recursos de infraestructura que necesita. Por ejemplo, aplicaciones sensibles al retardo, tales como streaming de video reciben prioridad por sobre el correo electrónico y otras aplicaciones que pueden tolerar cierto retardo. Este diseño ayuda a asegurar una buena experiencia para el usuario.

Los beneficios clave para el operador incluyen:

• Facilidad de actualización: UMTS reutiliza las inversiones previas más importantes, en particular la infraestructura de la red de datos en paquetes desplegada para GPRS y EDGE. Según el fabricante del que se trate, la actualización puede ser tan sencilla como agregar software UMTS y tarjetas de canales a la infraestructura de radio GSM/GPRS/EDGE existente, que continúa atendiendo a los clientes utilizando esas tecnologías. Esta arquitectura modular reduce el costo de la actualización a UMTS, permitiendo de este modo que los operadores establezcan precios para sus servicios 3G mucho más competitivos de lo que serían si la actualización requiriera el reemplazo de importantes elementos de la infraestructura.

• Eficiencia en el uso del espectro y flexibilidad: UMTS funciona en varias bandas del espectro, incluso las bandas de 850 y 1900 MHz existentes y las nuevas bandas de 1700/2100 MHz que se están subastando actualmente en los Estados Unidos y otros países del Hemisferio Occidental. Esta flexibilidad es particularmente importante para los operadores de las Américas donde, a diferencia de Europa, la mayoría de los entes regulatorios de los países no requieren nuevas licencias para las bandas de espectro exclusivas para 3G. Algunos dispositivos UMTS para el usuario vendidos en las Américas, como por ejemplo los módems para PC, darán soporte a múltiples bandas de espectro, lo que brinda opciones de roaming adicionales. A lo largo de los años, la comunidad GSM trabajó para ampliar la norma UMTS de manera de que tuviera la capacidad de ser utilizada en bandas adicionales. Actualmente, la norma UMTS está disponible en todo el mundo para las bandas de 850, 900, 1700, 1800, 1900, 2100, y 2600 MHz. Además, se prevé que esta norma se amplíe para poder utilizarla en las bandas de 450 MHz y de 700 MHz. En la actualidad, hay equipos UMTS TDD disponibles para la banda de espectro de 450 MHz. La gran selección de bandas beneficia a los operadores porque brinda mayor flexibilidad. Por ejemplo, las señales recorren mayores distancias a frecuencias más bajas, de modo que una red UMTS en 850 MHz es una buena opción para dar cobertura a zonas rurales con una población reducida.

  UMTS también hace un uso altamente eficiente del espectro debido a la combinación de las tecnologías CDMA (Acceso Múltiple por División de Código) y TDMA (Acceso Múltiple por División del Tiempo). Por ejemplo, un único canal de radio de 5 MHz puede manejar más de 100 llamadas de voz WCDMA simultáneas y una cantidad aún mayor de sesiones simultáneas de datos.

• Compatibilidad: UMTS es compatible en sentido reverso con EDGE y GPRS. Cuando el usuario sale de una zona con cobertura UMTS, su equipo automáticamente se conmuta a una red EDGE o GPRS, dependiendo de factores como la disponibilidad de las redes y cuánto ancho de banda requiere su aplicación. Como resultado de ello, el usuario de UMTS siempre tiene asegurado algún nivel de servicio de datos en paquetes, ya sea en casa o durante sus viajes. Esta flexibilidad y compatibilidad son particularmente importantes para los clientes empresariales.

  Este diseño también les brinda a los operadores la flexibilidad de lanzar UMTS en ciertas partes de su huella, como en las grandes ciudades, antes de extenderse a otras áreas. Un operador también puede decidir implantar tanto GSM como GPRS, EDGE y UMTS en el mismo mercado. Este enfoque no implica desperdicios ni redundancias. Más bien, le permite al operador enrutar cada tipo de tráfico por la red mejor equipada para manejarlo. Por ejemplo, un mensaje de texto de bajo ancho de banda podría correr sobre la red GPRS, liberando a la red UMTS para servicios de alto ancho de banda tales como el streaming de video.

• Volúmenes: UMTS es la tercera generación de la evolución GSM, que representa más de 2,1 mil millones de clientes a la fecha. Casi 300 operadores de todo el mundo se comprometieron a implantar UMTS, entre ellos 142 redes que ya se encuentran en estado comercial. Este tamaño de mercado se traduce en altos volúmenes de infraestructura y dispositivos UMTS para el usuario, y una regla básica de los negocios es que los grandes volúmenes reducen los costos. Así, al igual que con GSM, los operadores UMTS gozan de una amplia selección de infraestructura y dispositivos para el usuario, como por ejemplo terminales, accesibles económicamente.

• Investigación y Desarrollo: En virtud de su alcance y escala, UMTS tiene un papel principal en I&D. La inversión de construir la tecnología y evolucionar para el futuro está asegurada por la base de miles de millones de clientes.

• Control de calidad: UMTS incluye mecanismos sofisticados de calidad de servicio (QoS), que aseguran que cada tipo de servicio de datos recibe la cantidad exacta de espectro y recursos de infraestructura que necesita. Por ejemplo, aplicaciones sensibles al retardo, tales como streaming de video, reciben prioridad por sobre el correo electrónico y otras aplicaciones que pueden tolerar cierto retardo. Este diseño ayuda a asegurar una buena experiencia para el usuario.

  Los mecanismos de QoS de UMTS cubren cada uno de los pasos en el recorrido de una aplicación de datos, desde el dispositivo, pasando por la celda, luego por la red y en el gateway a la Internet. La calidad de servicio es clave para un servicio que apunta a usuarios empresariales, y ayuda a retener clientes y reducir la necesidad de fijar precios más bajos para atraer nuevos clientes en reemplazo de los que se pierden.

• Diseño con miras al futuro: Los mecanismos de calidad de servicio de UMTS también pueden soportar Voz sobre Protocolo de Internet (VoIP), la etapa final de la visión de UMTS, donde la voz y los datos viajan sobre la misma infraestructura de paquetes. Tal diseño reduce la necesidad y los costos de contar con una infraestructura separada para la voz por conmutación de circuitos. Mediante el uso del protocolo de inicio de sesión (SIP), que controla el flujo del tráfico, UMTS asegura que la voz no sufra demoras y brinda, de este modo, una experiencia de calidad telefónica.

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¿Cómo implanta UMTS un operador de GSM?

Todas las redes inalámbricas de próxima generación, independientemente de la tecnología, tienen tres componentes principales:

• La infraestructura de radio, que incluye las celdas.

• La infraestructura central de paquetes, que maneja únicamente el tráfico de datos en paquetes. Este conjunto de componentes se agrega cuando el operador despliega GPRS.

• La infraestructura de conmutación de circuitos, que incluye los centros de conmutación móvil (MSC) y maneja el tráfico de voz por circuitos conmutados.

UMTS reutiliza las inversiones previas más importantes, en particular la infraestructura de la red de datos en paquetes desplegada para GPRS y EDGE. Según el fabricante del que se trate, la actualización puede ser tan sencilla como agregar software UMTS y tarjetas de canales a la infraestructura de radio GSM/GPRS/EDGE existente, que continúa atendiendo a los clientes utilizando esas tecnologías. Esta arquitectura modular reduce el costo de la actualización a UMTS, permitiendo de este modo que los operadores establezcan precios para sus servicios 3G mucho más competitivos de lo que serían si la actualización requiriera el reemplazo de importantes elementos de la infraestructura.

Dependiendo del mercado del operador y su modelo de negocios, inicialmente se puede implantar UMTS en áreas urbanas, con EDGE o GPRS para atender a las zonas rurales. A medida que crece la demanda de UMTS, el operador puede llevar UMTS a las áreas rurales. Aún así, sus clientes de EDGE y GPRS pueden continuar utilizando sus equipos y servicios luego de que UMTS se haya extendido hacia sus mercados.

Si bien UMTS requiere una nueva red de radio-acceso (RAN), hay varios factores que reducen el costo y la velocidad de la implantación. En primer lugar, la mayor parte del equipamiento UMTS RAN puede colocarse en celdas GSM, gracias a gabinetes multi-radio que pueden atender simultáneamente a equipos GSM, GPRS, EDGE y UMTS. En segundo lugar, la mayor parte de la red central GSM/GPRS se puede reutilizar para UMTS.

Una vez implantada, los operadores pueden lograr ahorros de costos adicionales al utilizar las mismas herramientas para administrar sus redes GSM, GPRS, EDGE y UMTS. Esto se debe a que estas tecnologías comparten muchos aspectos, entre ellos:

• Arquitectura de datos en paquetes
• Arquitectura de calidad de servicio
• Administración de movilidad
• Administración de cuentas de abonados

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¿Cómo implanta UMTS un operador de tecnología analógica o TDMA?

La migración hacia UMTS de un operador analógico o de TDMA comienza con el despliegue de una red GSM/GPRS en forma paralela a su red existente. Esto permite que el operador continúe obteniendo ingresos de los clientes con los que ya cuenta mientras incorpora nuevos clientes para GSM/GPRS.

En cada celda, se despliegan radios GSM/GPRS junto con las radios analógicas o TDMA existentes. Muchos proveedores venden infraestructura de radio GSM/GPRS que puede ser fácilmente reconfigurada para soportar múltiples combinaciones de GSM, GPRS, EDGE y UMTS. En algunos casos, las radios nuevas y las anteriores pueden ser capaces de compartir las antenas, con lo cual se reduce el costo del despliegue. Al igual que en una red GSM que está siendo actualizada a GPRS, también se agrega una infraestructura central de paquetes.

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¿Cuál es el costo promedio de una implantación UMTS?

El costo varía en forma significativa según factores tales como el tamaño, antigüedad y diseño de la red existente. Por ejemplo, si la infraestructura de radio con la que cuenta el operador puede actualizarse a UMTS, el costo es relativamente mínimo. En el caso de redes de una antigüedad de más de cinco años, es posible que la infraestructura de radio no sea actualizable, lo cual aumenta el costo de la implantación de UMTS. Si el operador necesita más espectro o una mayor densidad de celdas, el costo de implantación de UMTS será mayor.

Actualizar una estación base de 2G a 3G incrementa su capacidad total en un factor de hasta 10 veces. Además, debido a que todas las estaciones base de 2G en algún momento llegan al final de su vida útil, generalmente es sensato desde el punto de vista económico evolucionar una estación base de 2G a 3G en lugar de intentar actualizarla. Los operadores obtienen una capacidad de voz sustancialmente mayor a un costo incremental.

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¿UMTS afecta la capacidad de voz?

UMTS permite que la infraestructura y el espectro manejen una mayor cantidad de llamadas de voz y sesiones de datos simultáneas. Es altamente eficiente porque el operador puede asignar cada tipo de tráfico al sistema más adecuado, incluyendo GSM, GPRS, EDGE y WCDMA.

Supongamos que hay varios usuarios en una red UMTS. Algunos la están usando para enviar y recibir mensajes de correo electrónico, otros para efectuar llamadas de video, mientras que otros están realizando llamadas de voz. Cada uno de estos distintos tipos de tráfico presenta diferentes necesidades. Una llamada de voz, por ejemplo, usa una cantidad de ancho de banda bastante constante, mientras que muchas aplicaciones de datos necesitan mucho ancho de banda por un período breve.

UMTS le brinda al operador de GSM una forma elegante de permitir la convivencia de estos tipos de tráfico mediante una técnica denominada spreading (distribución), que consiste en que la red encoge y expande la capacidad de cada canal según el tipo de tráfico. Por ejemplo, la red expandiría un canal para hacer lugar para una llamada de video derivando una llamada de voz a otro canal.

Este método hace un uso más eficiente de la infraestructura y del espectro disponibles que otras tecnologías que dedican todo un canal sólo a los datos de alta velocidad. Como resultado, UMTS les brinda a los operadores la flexibilidad de utilizar eficientemente su espectro tanto para voz como para datos durante los momentos críticos de necesidad de capacidad de ambos. La conclusión es que UMTS maneja casi tres veces más llamadas simultáneas que una red GSM básica.

UMTS también sienta las bases para voz sobre IP (VoIP). Por ejemplo, cuando los operadores UMTS implantan High Speed Uplink Packet Access (HSDPA), obtienen las velocidades de carga necesarias para brindarle una buena experiencia de VoIP al usuario. UMTS además brinda la baja latencia y los mecanismos de QoS necesarios para ofrecer una buena experiencia de VoIP al usuario.

Para más detalles sobre las capacidades de voz de la tecnología UMTS, incluso VoIP, ver el trabajo de septiembre de 2006 "Mobile Broadband: EDGE, HSPA and LTE".

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¿Qué compañías ofrecen productos UMTS?

Alcatel, Ericsson, Lucent Technologies, Motorola, Nokia, Nortel Networks y Siemens son algunos de los fabricantes de primera línea que ya ofrecen una amplia variedad de productos de la infraestructura UMTS, como por ejemplo estaciones base.

Los dispositivos UMTS para uso en las Américas incluyen terminales multimedia de Motorola y Nokia, y módems para PC de Sierra Wireless.

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¿Dónde se inserta UMTS en el mercado de América?

Hay por lo menos tres razones de peso por las que UMTS es una opción de 3G ideal para los operadores de las Américas:

• Nuevos servicios: UMTS está diseñada para servicios de 3G de alto ancho de banda que no son prácticos o costo-efectivos en otras redes. Un análisis conjunto realizado por miembros de 3G Americas y publicado por Rysavy Research en septiembre de 2006 halló que UMTS tiene la mayor eficiencia espectral para las velocidades de datos superiores a 100 Kbps. La capacidad de ofrecer una amplia gama de servicios innovadores de alto ancho de banda de manera costo-efectiva les brinda a los operadores de UMTS una ventaja competitiva. Además, UMTS les da a los operadores la capacidad de competir con los operadores de dial-up, DSL y cable por los usuarios de banda ancha.

• Flexibilidad: A diferencia de muchas autoridades regulatorias de Asia y Europa, las autoridades regulatorias de Canadá y Estados Unidos no exigen que los operadores obtengan licencias de espectro 3G antes de poder lanzar sus servicios 3G. UMTS funciona en las bandas existentes, incluso las de 850 y 1900 MHz, las dos bandas de espectro inalámbrico más utilizadas en América del Norte. Su diseño también permite que los operadores realicen sus despliegues de 3G a su propio ritmo, pudiendo concentrarse primero en las grandes ciudades para luego expandirse hacia ciudades más pequeñas y zonas más alejadas, por ejemplo.

• Roaming global: UMTS es especialmente atractiva para las empresas y usuarios de negocios de América del Norte que necesitan 3G al viajar al exterior. UMTS es ofrecida por 142 operadores de 61 países a octubre de 2006. Casi 300 operadores en el mundo se comprometieron con la implantación de UMTS. En áreas que no cuentan con cobertura UMTS, el teléfono o módem automáticamente se conmuta a GPRS o EDGE. Como resultado de ello, los clientes de UMTS siempre tienen acceso a datos en paquetes a alta velocidad.

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