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Preguntas y respuestas: WiMAX Móvil

¿Qué es WiMAX móvil?

¿Qué retos enfrenta WiMAX móvil?

¿Cómo se relacionan WiMAX y WiMAX móvil en la historia evolutiva de WiMAX?

WiMAX móvil ¿representa un reto para las tecnologías inalámbricas existentes?

¿Cuáles son las desventajas de WiMAX móvil frente a los sistemas de 3G?

¿Cómo se comparan WiMAX y WiMAX móvil con las tecnologías inalámbricas existentes en lo atinente a eficiencia espectral y performance de datos?

¿Cómo se compara la tecnología WiMAX móvil con HSPA en general?

¿Cuáles podrían ser algunas de las preocupaciones de los operadores respecto de la implantación de WiMAX móvil?

¿Qué es WiMAX móvil?

WiMAX móvil, también conocida como IEEE 802.16e-2005, surgió como una alternativa potencial a la tecnología celular para redes inalámbricas de área amplia. Basada en OFDMA y aprobada por la Unión Internacional de las Telecomunicaciones (UIT) como tecnología de 3G IMT-2000 bajo el nombre de OFDMA TDD WMAN (Wireless Metropolitan Area Network, o Red Inalámbrica de Área Metropolitana), WiMAX móvil logró su mayor aceptación en países en desarrollo como alternativa a las implantaciones de líneas fijas.

Al igual que GSM/UMTS, WiMAX no es una sola tecnología sino una familia de tecnologías interoperables. A diferencia de GSM/UMTS, las redes de WiMAX móvil no tienen compatibilidad con tecnologías anteriores.

WiMAX móvil emplea muchos de los mecanismos que utiliza HSPA para maximizar la velocidad de transmisión (throughput) y la eficiencia espectral, entre ellos modulación de alto orden, codificación eficiente, modulación y codificación adaptativas, y Hybrid Automatic Repeat Request (HARQ). La principal diferencia con HSDPA consiste en que WiMAX utiliza OFDMA. OFDM brinda una ventaja potencial de implementación para canales de radio amplios (por ejemplo, de 20 MHz). En radiocanales de 5 a 10 MHz, no existen pruebas que indiquen que WiMAX móvil tendrá alguna ventaja significativa de performance en el downlink.

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¿Qué retos enfrenta WiMAX móvil?

Si bien WiMAX móvil aprovecha innovaciones de radio significativas, enfrenta desafíos relativos al espectro, las economías de escala y la tecnología. Muy pocos operadores tienen acceso a 20 MHz de espectro TDD para WiMAX como para permitirles brindar una cobertura difundida. Con más de 2,8 mil millones de suscripciones actuales para tecnologías GSM/HSPA, existe una cantidad considerable de alcance y escala económicos y de valor que WiMAX móvil no puede replicar y, tan pronto como en 2012, la cantidad de suscripciones a WiMAX como porcentaje del mercado inalámbrico total se ubicaría en cifras de un solo dígito, según la mayoría de los analistas líderes de la industria. HSPA representa a la mayoría de las redes móviles de banda ancha de la actualidad y continuará haciéndolo durante los próximos cinco años.

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¿Cómo se relacionan WiMAX y WiMAX móvil en la historia evolutiva de WiMAX?

WiMAX no es una sola tecnología sino una familia de tecnologías interoperables. La especificación original, IEEE 802.16, quedó concluida en 2001 y estaba destinada primordialmente a aplicaciones de backhaul de telecomunicaciones en configuraciones punto a punto de línea de vista que utilizan espectro por sobre los 10 GHz. Esta versión original de IEEE 802.16 utiliza una interfase de radio basada en una forma de onda de portadora única.

El siguiente paso de importancia en la evolución de IEEE 802.16 ocurrió en 2004, con la emisión de la norma IEEE 802.16-2004. Añadió múltiples interfases de radio, incluso una basada en OFDM-256 y otra basada en OFDMA. IEEE 802.16-2004 también soporta comunicaciones punto a multipunto, operación por debajo de los 10 GHz, y comunicaciones sin línea de vista. Al igual que la versión original de la norma, la operación es fija, es decir: las estaciones de suscriptores típicamente están inmóviles. Algunas aplicaciones potenciales son: servicio de Proveedor de Servicio de Internet (ISP) inalámbrico, bypass de telefonía local, como alternativa al cable módem o al servicio por DSL, y backhaul celular para conexiones desde estaciones base celulares hasta redes de infraestructura de operadores. Los proveedores pueden diseñar equipos para bandas con licencia como así también para bandas sin licencia.

Los proveedores actualmente están entregando equipos certificados para IEEE 802.16-2004. Esta norma no compite directamente con redes para datos por celular y redes Wi-Fi privadas. Por lo tanto, puede proveer servicios complementarios. Además de soluciones de acceso alojadas por operadores, entes privados tales como gobiernos municipales, universidades y corporaciones podrán utilizar esta versión de WiMAX en bandas sin licencia (por ejemplo, la de 5.8 GHz) para conectividad local, si bien en esta área el desarrollo ha sido escaso o nulo.

La IEEE también concluyó una norma para banda ancha móvil —IEEE 802.16e-2005—que añade capacidades de movilidad que incluyen soporte para operación por radio móvil, handovers entre estaciones base y handovers entre operadores. A diferencia de la IEEE 802.16-2004, que opera tanto en bandas con licencia como sin licencia, la IEEE 802.16e-2005 (conocida como WiMAX móvil) es la más indicada para bandas con licencia. Los operadores se están preparando para implantar redes de WiMAX móvil en 2007 y 2008. Los perfiles actuales de WiMAX enfatizan la operación TDD. Las redes de WiMAX móvil tienen compatibilidad hacia atrás con las redes IEEE 802.16-2004.

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WiMAX móvil ¿representa un reto para las tecnologías inalámbricas existentes?

WiMAX está intentando desafiar a las tecnologías inalámbricas existentes al prometer mayores capacidades y eficiencias que los enfoques alternativos tales como HSPA. Pero a medida que WiMAX, especialmente WiMAX móvil, se acerca a ser una realidad, los proveedores continúan optimizando HSPA, y las ventajas reales de WiMAX dejan de ser evidentes. Cualquier ventaja potencial ciertamente no justifica el reemplazo de los sistemas de 3G por WiMAX. En cambio, WiMAX ha resultado de gran atractivo para los países en desarrollo, como alternativa a la implantación de líneas fijas.

Si bien las suscripciones actuales a GSM/UMTS/HSPA suman miles de millones, se pronostica que, tan pronto como en 2010, el número de suscripciones a WiMAX será bajo. En 2007, el analista Arthur D. Little resumió distintos pronósticos sobre la cantidad total de suscriptores a WiMAX en todo el mundo, que oscilan entre 20 millones y 100 millones en 2012, una fracción muy pequeña de los suscriptores inalámbricos del mundo. Esto está en línea con un pronóstico de Junio de 2007 elaborado por Senza Fili Consulting, que proyecta 54 millones de suscriptores a WiMAX en 2012, siendo los mercados emergentes los que impulsan el crecimiento.

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¿Cuáles son las desventajas de WiMAX móvil frente a los sistemas de 3G?

Un aspecto en el que WiMAX tiene una desventaja técnica es el tamaño de la celda. De hecho, los sistemas de 3G tienen una ventaja significativa en términos de presupuesto de enlaces respecto de WiMAX móvil debido a la ganancia de diversidad del soft-handoff y la ventaja de la duplexación FDD frente a TDD. Arthur D. Little informó en marzo de 2007 que las celdas HSPA típicas tendrán radios dos a cuatro veces mayores que las celdas de WiMAX móvil típicas para operación en alta velocidad de transmisión. Las celdas de WiMAX pueden hacerse de un tamaño comparable a las de HSPA, pero en detrimento de velocidades de datos no mayores que las de HSPA y sin ventajas respecto de la inversión de capital (CAPEX). En mayo de 2007, Ericsson estimaba que para la misma salida de potencia, frecuencia y capacidad, WiMAX móvil requiere 1,7 veces más celdas que HSPA.

WiMAX móvil contiene ciertos aspectos que pueden limitar su performance, en especial en escenarios en los que un sector contiene una gran cantidad de usuarios móviles. La performance de la capa MAC es ineficiente al programar grandes números de usuarios, y ciertos aspectos, como control de potencia en la estación móvil—se proveen mediante el uso de mensajes de señalización MAC en lugar del control de potencia rápido utilizado en WCDMA y otras tecnologías.

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¿Cómo se comparan WiMAX y WiMAX móvil con las tecnologías inalámbricas existentes en lo atinente a eficiencia espectral y performance de datos?

En el campo de la eficiencia espectral, WiMAX es comparable a HSPA+. WiMAX móvil también experimenta ganancias de eficiencia espectral al aplicarse diversas optimizaciones, como MRxD y MIMO. WiMAX Wave 2 incluye 2X2 MIMO. Las optimizaciones para WiMAX provendrán de potenciales perfiles nuevos, como así también una nueva versión de la norma IEE 802.16m que probablemente iguale la eficiencia espectral de LTE y UMB.

Sin embargo, HSPA+ con MIMO es más eficiente desde el punto de vista espectral que WiMAX con MIMO. Esto se debe a que HSPA MIMO soporta operación de bucle cerrado con “precode weighting” y “multicode word MIMO”, que permite el uso de receptores SIC. Otras razones son que HSPA soporta HARQ de redundancia incremental, mientras que los perfiles WiMAX iniciales soportan sólo HARQ con combinación Chase, y que WiMAX tiene mayor margen de control en el downlink que HSPA, ya que el downlink en WiMAX está totalmente programado (por scheduling). La tecnología OFDMA requiere scheduling para evitar que dos dispositivos móviles transmitan sobre los mismos tonos simultáneamente. La encargada de realizar este scheduling es una zona MAP del uplink en el canal del downlink.

A la inversa, HSUPA puede utilizar transmisión autónoma en el uplink. Por lo tanto no se requiere margen en el downlink para programar el uplink. Esto conduce a una desventaja para HSUPA en el uplink al compararla con WiMAX, porque el uplink de HSUPA no es ortogonal. Pero la transmisión autónoma ofrece la ventaja de menor margen de control en el downlink para HSPA frente a WiMAX. También contribuye a mitigar interferencia de otras celdas, lo que puede tornarse un problema cuando se implanta WiMAX.

LTE también tiene mayor eficiencia espectral que WiMAX debido a que incluye redundancia incremental y soporta operación de bucle cerrado con “precode weighting”, como así también “multicode word MIMO”, lo que permite el uso de receptores SIC.

Respecto de la performance para datos, HSPA+ en Release 8 – con una tasa máxima de 42 Mbps — supera a WiMAX móvil en 10 MHz en TDD 2:1 utilizando 2X2 MIMO de 40 Mbps. La tasa máxima de 63.4 Mbps citada algunas veces para WiMAX móvil en 10 MHz no contempla ancho de banda aplicado al uplink.

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¿Cómo se compara la tecnología WiMAX móvil con HSPA en general?

Tanto las redes WiMAX como HSPA están basadas en tecnología OFDM/OFDMA. IEEE 802.16e-2005 emplea muchos de los mecanismos que utiliza HSPA para maximizar la velocidad de transmisión (throughput) y la eficiencia espectral, entre ellos modulación de alto orden, codificación eficiente, modulación y codificación adaptativas, y Hybrid Automatic Repeat Request (HARQ). Las principales diferencias con HSDPA consisten en que WiMAX Móvil utiliza OFDMA y no está estandarizada para bandas de espectro de TDD. La principal diferencia con HSDPA es que IEEE 802.16e-2005’s utiliza OFDMA. OFDM brinda una ventaja potencial de implementación para canales de radio amplios (por ejemplo, de 20 MHz). En radiocanales de 5 a 10 MHz, no existen pruebas que indiquen que WiMAX móvil tendrá alguna ventaja significativa de performance en el downlink.

Los sistemas OFDM —incluso IEEE 802.16e-2005 — exhiben mayor ortogonalidad en el uplink, de modo que IEEE 802.16e-2005 puede tener una eficiencia espectral ligeramente mayor en el uplink que la misma HSUPA. IEEE 802.16e-2005 alcanza su mayor eficiencia espectral en un patrón de reutilización 1/1, donde cada sector utiliza el mismo canal de radio. Sin embargo, esto puede introducir mayores niveles de interferencia de otras celdas, que a su vez pueden introducir problemas, ya que estas señales no serían ortogonales. Otra opción de implantación para IEEE 802.16e-2005 es 1/3, donde cada celda utiliza la misma banda de frecuencia pero cada sector emplea uno de tres canales de radio. La configuración 1/3 no es tan espectralmente eficiente como la de 1/1, pero mejora tanto la velocidad de transmisión de la celda como las velocidades de datos para el usuario en el borde de la celda. Una última opción es la reutilización 1/1 con técnicas de mitigación de interferencia que emulan la reutilización 1/3 sólo para usuarios ubicados en el borde de la celda.

Desde el punto de vista tecnológico, en la teoría WiMAX móvil puede tener una capacidad ligeramente mayor que las versiones de HSPA disponibles hoy. Pero al momento en que esté disponible, WiMAX móvil tendrá que competir contra sistemas de HSPA evolucionada que ofrecerán tanto capacidades similares como performance optimizada. Y para entonces, no faltará tanto para la implantación de LTE. En Australia, Telstra ya anunció la implantación potencial de HSPA+ al término de 2008. Se prevén pruebas comerciales de LTE en 2008, y disponibilidad de equipos a fines de 2009.

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¿Cuáles podrían ser algunas de las preocupaciones de los operadores respecto de la implantación de WiMAX móvil?

Las redes celulares de hoy pueden financiar la implantación de capacidades de datos a través de negocios de voz exitosos. Construir nuevas redes para comunicaciones inalámbricas de banda ancha exige una capacidad sustancial por suscriptor. Los consumidores que descargan 1 gigabyte de datos por mes representan una carga diez veces mayor sobre la red que los usuarios de voz que utilizan 1.000 minutos por mes.

Si el futuro yace en servicios multimedia tales como la descarga de películas, es importante reconocer que descargar una sola película en alta definición – aún con compresión avanzada – consume aproximadamente 2 gigabytes. No queda claro cuán sencillo resultará que el ingreso disponible por suscriptor financie la implantación de capacidad de red a gran escala. A pesar de que se han realizado numerosos intentos, ninguna red terrestre para datos inalámbricos exclusivamente ha tenido ningún éxito como negocio. Si bien se habla de proveer servicios de voz por WiMAX utilizando VoIP, y hay anuncios respecto del desarrollo de dispositivos para habilitar este servicio, los usuarios de voz móvil demandan cobertura ubicua – incluso en interiores. Igualar la huella celular con WiMAX exigirá inversiones significativas de parte de los operadores.

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