Aplicaciones y diseño de redes móviles WiMAX

En este artículo revisamos brevemente la tecnología Mobile WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), IEEE 802.16e standard y sus especificaciones.

IEE 802.16e es una enmienda al standard 802.16 para WiMAX fijo, añadiendo atributos y características necesarias para la movilidad. La IEEE 802.16e-2005 forma la base para las soluciones WiMAX para aplicaciones móviles y nomádicas y es denominado mobile WiMAX, que trabaja bajo el espectro licenciado distribuido en las bandas de frecuencia 2.2, 2.5, 3.3 y 3.5  GHz. Las especificaciones de la IEEE 802.16e-2005 definen tanto una capa física – physical (PHY) layer  - como una capa de control de acceso medio – medium Access control (MAC) – para sistemas de acceso inalámbrico de banda ancha.

La interface por aire Mobile WiMAX adopta el esquema de modulación OFDMA (Acceso Múltiple de División de Frecuencia) para rendimiento multi trayectoria mejorado en ambientes no de línea de vista. OFDMA asigna una serie de sub-transportadores que son ortogonales a otros usuarios. Más de un subtransportador puede ser asignado a un usuario para suportar altas tasas de transmisión de datos. El uso simultáneo por múltiples usuarios da como resultado una mejor eficiencia espectral.

WiMAX soporta una variedad de esquemas de modulación y código y permite al esquema cambiar a una base ráfaga a ráfaga por link, dependiendo de las condiciones del canal.

WiMAX para móviles soporta un amplio rango de tecnologías de antenas inteligentes. Las tecnologías de antena inteligente soportadas incluyen:

• MIMO: La eficiencia espectral en WiMAX móvil se incrementa usando múltiples antenas en el transmisor y en el receptor. Tal sistema se llama MIMO (Entrada Múltiple Salida Múltiple). Las antenas múltiples inherentes a los sistemas MIMO pueden ser explotadas de varias formas para mejorar el rendimiento. El uso de MIMO en standards inalámbricos, incluyendo WIMAX, está principalmente motivado por el incremento de las tasas obtenidas a través de la multiplexión espacial de múltiples antenas. En particular, con N antenas en el transmisor y M antenas en el receptor puede ser soportarse  un flujo de datos independiente min (N, M), generando un incremento de datos N-veces la del transmisor respecto a un sistema con antena única (MIMO).
• Beamforming:  Beamforming es una variante de MIMO en la que el sistema usa múltiples antenas para transmitir señales ponderadas para mejorar cobertura y capacidad del sistema y reducir la probabilidad de cortes.
• Multiplexión espacial (Spatial Multiplexing SM): La multiplexión espacial permite tomar ventaja de tasas de transmisión de datos alta para mejorar el rendimiento. Con multiplexión espacial, múltiples flujos de datos se transmiten sobre múltiples antenas. Si el receptor tiene también múltiples antenas, puede separar los diferentes flujos para alcanzar un mayor rendimiento en comparación con los sistemas de antena simples.

¿Por qué WiMAX móvil?

Mobile WiMAX tiene muchos competidores en el mercado, incluyendo las especificaciones LTE y 3G. Aunque cada una de estas tecnologías tiene sus propias ventajas y desventajas, las WiMAX móviles tienen una ventaja debido a que los paquetes basados en IP conmutan a la red diseñada por tráfico de datos de una forma similar a las tecnologías 3G existentes, que primariamente soportan voz y permiten datos. Con interoperabilidad mundial en las bandas de frecuencia 2,3-2,4GHz, 2,496-2,69GHz and 3,4-3,6 GHz, los suscriptores pueden usar el mismo dispositivo en todo el mundo. Como hemos discuito, WiMAX móvil tiene la ventaja de mayor transmisión de datos usando OFDMA y MIMO. Con OFDMA, WiMAX móvil puede soportar múltiples usuarios simultáneamente. OFDMA lleva a una extensión significativa del rango de células en el uplink (desde la estación de móviles a la estación base), debido a que la potencia de transmisión se concentra en un número pequeño de transportadores y el ratio de señal a ruido (signal-to noise ratio SNR) a la entrada del receptor se incrementa. La extensión del rango de células también es alcanzable en el downlink (desde la estación base a la estación de móviles), distribuyendo más potencia a los grupos de transportadores asignados a usuarios distantes. Otra característica interesante de OFDMA es que facilita el despliegue de redes con un factor de reutilización de la frecuencia de 1, eliminándose así la necesidad de planificación de la frecuencia. Ya que los recursos de radio son escasos y los requerimientos de tasa de dato se mantienen incrementándose, la eficiencia espectral es un requerimiento exigente en los sistemas de comunicación inalámbricos presentes y futuros (MIMO).

Otro factor a considerar al desplegar WiMAX de móviles es la disponibilidad del espectro. Ya que la mayoría de los operadores de telecomunicaciones invierten significativamente en el espectro 3G, invertir más para obtener licencias WiMAX de móviles parece arriesgado para las compañías, especialmente porque la tecnología es todavía nueva. Además, los transportadores están todavía invirtiendo en expandir la cobertura 3G en todo el país debido a que no es tan penetrante como las redes más antiguas EDGE y 1xRTT.

Un número de factores deben evaluarse antes de construir una red WiMAX, el más significativo es el ratio coste/rendimiento. Ya que WiMAX es bastante nuevo, el coste implicado en desplegar transmisores y receptores es todavía relativamente alto.

En un estudio de viabilidad económica de desplegar una red WiMAX móvil en Bélgica se describió que en un radio de 2 – 2,5 millas en la nueva red pública pueden soportarse 512 kbps – 3 Mbps aguas abajo y 128 kbps – 256 kbps upstream. Aunque el estándar WiMAX puede proporcionar hasta 70 Mbps por usuario en un radio de milla, el coste asociado desplegando WiMAX con Contrato de Nivel de Servicio limitó su capacidad de oferta.

Bibliografía:

Mobile WiMAX: Design & Applications. Center for Information and Communication Sciences, Ball State University