Los
principales trabajos en marcha para lograr un
sistema global de móviles 3G se están centrando
como punto de partida, total o parcialmente, en la
tecnología de segunda generación CDMA. El objetivo
es dar paso a una nueva generación de servicios
móviles de banda ancha preparados para soportar
accesos de alta velocidad y multimedia.
[9/1/1999]
La
tecnología CDMA (Code Division Multiple Access)
constituye una solución de comunicaciones vía
radio que se enmarca en lo que se ha dado en
llamar la segunda generación de sistemas radio
(conocida como 2G), una generación de carácter
celular digital que aparece a principios de los
años 90 como continuación de la primera, basada en
tecnología analógica. La generación 2G se definió
hace más de cinco años; en concreto, su origen se
sitúa en 1992, coincidiendo con el despliegue de
GSM. De hecho, 2G está conformada por los sistemas
GSM y CDMA, éste último con una importante
presencia en Estados Unidos, conjuntamente con
NADC (North American Digital Cellular) y PDC
(Personal Digital Cellular).
Sin
embargo, en los momentos en que se gestó la 2G
todavía no era patente la creciente popularidad de
Internet. En consecuencia, estos sistemas no
fueron diseñados con la capacidad suficiente para
proporcionar el acceso a Internet de alta
velocidad propio de las redes basadas en cable.
Para tratar
de remediar esta situación, se está trabajando en
el desarrollo de la siguiente generación de medios
capaces de proporcionar servicios avanzados de
transmisión vía radio. Conocida como 3G o IMT-2000
(el plan lanzado por la Unión Internacional de
Telecomunicaciones para la 3G), esta nueva
generación añade el concepto de banda ancha la
generación anterior. En concreto, se espera que
con la 3G se puedan soslayar las deficiencias de
los actuales sistemas en términos fundamentalmente
de capacidad de red, a fin de poder acoger el
número creciente de usuarios, mejorar los niveles
de itinerancia o roaming y aumentar la capacidad
de transmisión de información, para poder sopotar
servicios multimedia e interactividad.
Otro
problema que se espera solucionar con esta tercera
generación es el de la interoperatividad, ya que
las diferentes normas existentes hacen que la
itinerancia no pueda considerarse una posibilidad
real en todos los sentidos. Es importante señalar
que la consecución de un esquema de normas
globales y universales resulta crucial en el
ámbito de las comunicaciones por radio por su
propia idiosincrasia, ya que su valor fundamental
reside en la posibilidad de ofrecer una movilidad
global; o lo que es lo mismo, ofrecer un esquema
de movilidad sin discontinuidades (seamless) por
todo el mundo.
Hacia un entorno
virtual Se trata en realidad
de conseguir como meta final las mismas
prestaciones y servicios que aparecen en el
entorno del cable con el valor añadido de una
movilidad global intrínseca a la propia concepción
de la tecnología radio.
De
conseguirse, se habrá logrado el verdadero entorno
virtual donde el usuario se inscribe en un marco
completo de comunicaciones ubicuo, en el que las
limitaciones relativas a capacidad de transmisión
y a la problemática históricamente asociada a la
transmisión por radio como dificultades para
conseguir inmunidad al ruido o escasez de
espectro, por citar sólo algunas, puedan
desaparecer o quedar reducidas a niveles que
garanticen una calidad de servicio razonable.
En
cualquier caso, este objetivo final de conseguir
un entorno virtual ubicuo constituye más bien la
cota a medio o largo plazo de la escala de
prestaciones e innovaciones en el contexto de la
transmisión radio. No en vano, existe una serie de
factores tanto de carácter tecnológico como
político o de mercado que habrá que analizar y
desarrollar con eficacia para poder avanzar de una
manera real hacia la obtención de tal objetivo,
asociado al individuo de forma indeleble. Por
ejemplo, la cuestión de una armonización a nivel
mundial en la normativa relativa a 3G no aparece
de momento como algo alcanzable a corto plazo. Por
otra parte, debido al escaso tiempo que los
sistemas 2G llevan en el mercado, la introducción
de 3G tampoco se prevé como algo inmediato; de
hecho, se ha empezado a hablar de 3G antes de que
2G haya alcanzado un nivel razonable madurez.
Todo esto
provoca que, para amortizar las inversiones en
base instalada y los desarrollos realizados en 2G
se haya de planificar en términos de
interfuncionamiento de la familia de sistemas 3G
con los sistemas 2G, a pesar de que ambos sistemas
presentan diferencias importantes entre sí. De
esta forma, 2G se está considerando como una
tecnología complementaria a 3G (hacia la que se
irá migrando paulatinamente), más que como un
verdadero precursor. Por otra parte, este obligado
período de coexistencia genera la necesidad de
desarrollar técnicas que permitan la integración
sin discontinuidades entre ambos sistemas. En este
contexto, una de las técnicas que se contemplan se
basa en la utilización de SDR (Software Defined
Radio), una tecnología que presenta un importante
nivel de impacto para el operador que pretende
actuar en base a una concepción global. En líneas
generales, puede afirmarse que el desarrollo de 3G
aparece fuertemente condicionado por las
estrategias de evolución de 2G.
Al mismo
tiempo, en el contexto de 3G todavía no aparece
claro el factor mercado. Al igual que en el ámbito
de los servicios multimedia en general, el aspecto
relativo a los contenidos constituye un factor
clave en lo que se refiere a la evaluación de la
viabilidad del sistema, con el valor añadido en
este caso de las comunicaciones móviles. Se trata,
pues, de analizar cuáles son las aplicaciones y
servicios innovadores que se pueden generar en 3G
capaces de ofrecer una cierta ventaja competitiva
concreta en términos de aporte de movilidad. Es
decir, hay que evaluar el potencial de esta
expansión del ancho de banda en cuanto a creación
de aplicaciones y servicios donde la movilidad
pueda constituir en alguna medida un valor añadido
tangible, sin perder de vista las implicaciones y
condicionantes del esquema regulatorio.
Todas estas
cuestiones dificultan considerablemente la
estimación del momento en que comenzarán a
desplegarse los sistemas 3G, lo que no es óbice
para que ya se estén llevando a cabo diversos
proyectos experimentales. Ni tampoco para que,
yendo aún más allá, en ciertos foros ya se esté
empezando a plantear la definición de sistemas de
cuarta generación.
Normas en marcha Dentro de las
actuaciones en el contexto de la 3G se pueden
observar dos ejes en torno a los cuales se
desarrollan las iniciativas relativas a
normalización y armonización: IMT-2000
(International Mobile Telecommunications-2000) y
UMTS (Universal Mobile Telephone System). IMT-2000
es la norma global, en fase de desarrollo, de la
UIT, el organismo de normas internacionales
dependiente de la Organización de Naciones Unidas.
Esta norma contempla tres grupos de velocidades
(144 Kbps, 384 Kbps y 2 Mbps) y las bandas de
frecuencias 1885-2025 MHz y 2170-2200 MHz, así
como 1980-2010 MHz y 2170-2200 MHz para
satélites.
UMT,
consistente con IMT-2000, es la norma surgida en
la Unión Europea. Compatible con la RDSI de banda
ancha, se puede definir como el sistema de tercera
generación que soporta niveles de capacidad de
hasta 2 Mbps en una amplia variedad de entornos de
radio. Al igual que IMT-2000, UMTS se orienta a
proporcionar servicios multimedia basados en una
combinación de servicios fijos y móviles para
obtener un servicio extremo a extremo sin
discontinuidades. Su despliegue, previsto para el
año 2000, está asociado a la oferta de servicios
tradicionalmente vinculados a las redes fijas,
incluyendo los de banda ancha de hasta 2 Mbps. En
este sentido, cabe citar el proyecto RACE Mobile,
que se desarrolla en el marco del estudio de un
sistema móvil de banda ancha que funciona en la
banda de 60 GHz para aplicaciones móviles dentro
del rango de 2-100 Mbps.
PROYECTOS Y
DESARROLLOS EN CURSO
Entre los fabricantes de sistemas
involucrados de alguna forma en el desarrollo de
W-CDMA cabe citar a Ericsson, Qualcom (de la que
Ericsson tomará una parte de su capital),
Motorola, Nortel, Lucent, Telstra, Sprint,
Alcatel, Bell Atlantic, Bosch, Siemens, Sony y
Hewlett-Packard. En particular, Alcatel, Bosch,
Italtel, Motorola, Nortel, Siemens y Sony han
formado la UMTS Alliance para apoyar el
desarrollo de una norma de tercera generación
basada en GSM para la transmisión de voz y en
W-CDMA para el multimedia.
Hasta el momento, se han puesto en marcha
sistemas experimentales W-CDMA en diferentes
países europeos. Telecom Italia Mobile (TIM),
por ejemplo, ha iniciado un proyecto
experimental en el área de Turín. Otros
desarrollos también de carácter experimental
están teniendo lugar en Reino Unido, Suecia,
Alemania y Finlandia. Por otra parte, los
operadores TIM (Italia) y Sonera (Finlandia) han
firmado a finales del pasado año un MoU
(Memorandum of Understanding) con NTT DoCoMo (el
operador japonés de comunicaciones móviles)
referente a actividades de colaboración en I+D.
NTT DoCoMo ha abierto una compañía subsidiaria
en Francia.
El empuje asiático En
este contexto de las actuaciones asiáticas, cabe
citar los esfuerzos que se están realizando en
Japón en lo que se refiere a los sistemas 3G en
general y a W-CDMA en particular. Este país, por
vía de la Association of Radio Industries and
Bussinesses, ha enviado una propuesta de
interfaz radio a la UIT basada en tecnología
W-CDMA. También China ha enviado una propuesta
basada en esta tecnología. En concreto, a Japón
se le atribuye el liderazgo en los esfuerzos
para conseguir una norma global 3G. Corea juega,
asimismo, un importante papel en 3G: este país
ha enviado dos propuestas de interfaz de radio a
la UIT, una que se adhiere a los fundamentos de
la W-CDMA europea, y la otra de acuerdo a W-CDMA
(IS-95), también conocida como 2000 y que
constituye el esquema apoyado por Estados
Unidos. Esta doble iniciativa intenta potenciar
y globalizar su política de exportaciones, ya
que la economía coreana depende mayoritariamente
de su actividad hacia el exterior.
Samsung, el fabricante coreano que
mantiene una cuota de mercado del 54 por ciento
se está involucrando en los desarrollos W-CDMA
de una forma progresiva por lo que se refiere a
Europa (asíncrona) y aún mucho más intensamente
por lo que se refiere a Estados Unidos (CDMA
2000 síncrona). El trabajo de Samsung se está
realizando en colaboración con Qualcom, que ha
constituido un agente histórico en la evolución
de la tecnología CDMA en Corea a principios de
los años 90.
Volviendo otra vez a Europa, también en
nuestro continente se están realizando trabajos
en el marco de ETSI, en un proyecto de
investigación sobre W-CDMA que constituye la
base de las especificaciones del actual W-CDMA
ETSI/ARIB.
CDMA, en contexto La tecnología CDMA
constituyó un fuerte elemento impulsor de los
sistemas 2G en el momento de su aparición a
principios de la década de los 90. Actualmente, en
el marco de las actividades de desarrollo de los
sistemas 3G, CDMA vuelve a presentar un papel
preponderante, esta vez en versión de banda ancha
o W-CDMA (Wideband CDMA). De hecho, esta
tecnología aparece en la mayor parte de las
propuestas presentadas a la UIT relativas a
interfaz de radio para la tercera generación.
Otras tecnologías asociadas a la 3G son W-TDMA
(Wideband-Time Division Multiple Access) y los
sistemas híbridos entre los dos ya citados.
Los
sistemas CDMA convencionales están basados en
técnicas de espectro esparcido (spread-spectrum),
que constituyen un legado del ámbito de la defensa
en aplicaciones relativas a la eliminación de
interferencias (anti-jamping), medidas de
distancias (ranging) o encriptación. Estas
técnicas se basan en esparcir el espectro de
frecuencias de una señal en un ancho de banda
mayor que el mínimo requerido para la transmisión,
una situación que se mantiene a lo largo de todo
el proceso de transmisión. Posteriormente, al
llegar al receptor, la señal se recompone para
obtener la señal inicial que se deseaba
transmitir. De esta forma, se puede obtener una
serie de enlaces que utilizan la misma banda de
frecuencia simultáneamente sin que se generen
interferencias.
CDMA es una
tecnología de acceso múltiple, lo que significa
que puede dar soporte a varios usuarios de forma
simultánea. En este contexto, se utiliza el
concepto de canal, que se define como una porción
del espectro que se asigna, en un momento
determinado, a una tarea específica, como puede
ser, por ejemplo, una llamada telefónica. De esta
manera y volviendo a lo anterior, el acceso
múltiple significa que un número de usuarios
suficientemente elevado comparte un mismo conjunto
de canales de modo que cualquier usuario puede
acceder a cualquier canal sin que existan
asignaciones predeterminadas entre usuarios y
canales. Se tiene, pues, un sistema de acceso
basado en acceso múltiple cuando se define la
forma en que el espectro se divide en canales, así
como el mecanismo mediante el cual se genera la
asignación dinámica entre los canales y los
usuarios del sistema.
Los
diferentes tipos de sistemas celulares existentes
utilizan diversos métodos de acceso múltiple. En
concreto, en CDMA se emplea un sistema basado en
códigos digitales para diferenciar a los usuarios.
Su fundamento descansa en la premisa de que la
señal de usuario se esparce a una velocidad de
1,2288 Mbps (proceso conocido como "bit rate" o
"chip rate") por el ancho de banda con un código
ortogonal único que permite distinguirla de las de
los otros usuarios que comparten el mismo canal de
frecuencia. La relación entre la velocidad de
esparcimiento o "spread" de la señal ("spreading
rate" o "chip rate") y la velocidad inicial (la
velocidad que había antes de que se iniciase el
proceso de "spreading") se conoce como ganancia de
procesamiento o de codificación, una ganancia que
permite que la señal pueda ser extraída del ruido
asociado a la transmisión (del conjunto de señales
espúreas). La ganancia de codificación constituye
un factor de elevada importancia en el contexto de
W-CDMA debido a que las señales sufren elevados
niveles de interferencias y ruido procedentes de
otros usuarios, tanto en la misma célula como en
las adyacentes.
Para
adaptarse a los requerimientos de los sistemas 3G
es preciso conseguir una velocidad de
esparcimiento o "spreading rate" considerablemente
más elevada que las actuales, de forma que se
pueda conseguir una mayor velocidad de transmisión
y una mayor capacidad. Este "spreading rate" más
elevado genera una mayor ganancia de codificación,
lo cual proporciona una mayor inmunidad ante las
interferencias. La velocidad de "spreading" de
1,23 Mbps utilizada en los sistemas CDMA de la
generación 2G constituye un legado de los primeros
trabajos experimentales que aparecieron en este
campo (Qualcom, PacTel), donde se utilizaba una
velocidad de "spreading" que pudiera acomodar los
125 MHz de ancho de banda de que se disponía.
W-CDMA es
una tecnología CDMA extendida en términos de ancho
de banda en un entorno de frecuencias de entre 5 y
20 MHz. Actualmente, la mayor parte de actuaciones
en W-CDMA se están desarrollando para 5 MHz,
aunque se espera que próximamente aparezcan de una
manera regular los desarrollos en ancho de banda
de 10, 15 y 20 MHz.
Un aspecto
crucial relativo a W-CDMA viene dado por las
cuestiones de planificación de red, puesto que, al
tratarse de un sistema de 3G, ha de proporcionar
servicios multimedia. En este contexto, es
necesario identificar los aspectos clave
analizando su impacto en el esquema de negocio de
los operadores: en particular, la modelización del
canal W-CDMA presenta un importante papel en la
planificación de red, así como la estimación del
impacto del tráfico. Otro aspecto de especial
importancia para la planificación viene dado por
el proceso de asignación de licencias.
Angeles y Martín Grado Caffaro.
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