buenaTESIS WIMAX XMAX

��INSTITUTO�POLITECNICO�NACIONAL��ESCUELA�SUPERIOR�DE�INGENIERIA�MECANICA�Y�ELECTRICA�

��UNIDAD�PROFESIONAL�ZACATENCO��

“IMPLEMENTACIÓN�DE�UNA�RED�INALÁMBRICA�DE�BANDA�ANCHA�EN�SERVICIOS�DIGITALES�DE�ESPECTRO�DEDICADO�PARA�MICROONDAS�

Y�RADIO�CON�ALCANCE�DE�50�KM�MÁXIMO”��

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T��E��S��I��S�

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QUE�PARA�OBTENER�EL�TITULO�DE:��

INGENIERO�EN�COMUNICACIONES�Y�ELECTRONICA��

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PRESENTA:�ADRIAN�URBAN�CERVANTES�

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ASESOR:��

ING.�RAUL�ALBERTO�RUVALCABA�DE�LA�ROSA��

MEXICO,�D.F.��2009�

Índice

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Panorama de las Comunicaciones Inalámbricas……………………………………1 Introducción General al Proyecto Estructuración y explicación del proyecto Wi-Max………………………………….2

Capitulo I

1.0 - Puntos a Considerar de la Red Wi-Max…………………………………… ….3 1.1 - HSDPA…………………………………………………….……………………4 1.2 - Transporte de paquetes de datos…….………………………………………5 1.2.1 – IP Sobre WDM 1.2.2 – Evolución de la Red Óptica………………………………………………6 1.2.3 - IP sobre ATM sobre SONET/SDH sobre WDM………………………...7 1.2.4 - IP sobre Sonet SDH sobre WDM………………………………………...8 1.2.5 - IP sobre Gigabit Ethernet sobre WDM 1.2.6 - IP sobre WDM……………………………………………………………...9 1.3 – Servicios de la Red Inalámbrica……………… ……………………………10 1.3.1 - QoS. Atm 1.3.2 - QoS en escenarios Inalámbricos 1.3.3 - Jitter………………………………………………………………………...11 1.3.4 - Soluciones para la Calidad de Servicio QoS 1.3.5 - Calidad de Servicio utilizando UPnP……………………………………12 1.3.6 - Soluciones para la Calidad de Servicio UPnP…………………………14 1.4 – Seguridad en Redes Inalámbricas Encriptación…………………………..15 1.4.1 - Algoritmos de Cifrado Simétrico 1.4.2 - Código Reed – Solomon 1.4.3 - DES…………………………………………………………………………16 1.4.4 - Triple DES 1.4.5 - AES…………………………………………………………………………17 1.4.6 - RC2 1.4.7 - RC4 1.4.8 - RC5…………………………………………………………………………18 1.4.9 - IDEA 1.4.10 - SAFER 1.4.11 - Blowfish…………………………………………………………………...19 1.5 – Algoritmos de Clave Publica 1.5.1 - RSA 1.6 - Funcionamiento de los Algoritmos 1.6.1 - Encriptación 1.6.2 - Diffie-Hellman………………………………………………………………..20

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Capitulo II

2.0 – Referencias Técnicas…………………………………………………………..22 2.1 – Descripción de la Codificación 2.2 - Codificación y Autentificación WEP 2.3 - Claves de Red 2.4 - Tipos de Claves de Red………………………………………………………23 2.5 - Descripción General de Autentificación………………………………….....24 2.5.1 - Radius………………………………………………….…………………..25 2.6 - Acceso Protegido Wi-Fi (WPA) 2.6.1 - PEAP……………………………………………………………………… 26 2.7 – LEAP de Cisco 2.7.1 - Función de Seguridad Rogue AP de Cisco 2.7.2 - CKIP 2.8 – Frame Relay…………………………………………………….……………..27 2.8.1 - Aplicaciones y Beneficios de Frame Relay…………………………….29 2.9 – Microondas…………………………………………………………………….30 2.9.1 - Usos de las Microondas 2.10 – Acceso de Teléfono Celular………………………………………………..32 2.10.1 - Tecnologías de Acceso Celular………………………………………..33 2.10.2 - Funcionamiento de Tecnologías Celulares…………………………...34 2.11 – Generaciones de Comunicaciones Móviles 2.11.1 - Primera Generación (1G) 2.11.2 - Segunda Generación (2G) 2.11.3 - Generación 2.5 (2.5G)………………………………………………….35 2.11.4 - Tercera Generación (3G) 2.11.5 – Cuarta Generación (4G)………………………………………………..36 2.12 – Redes Inalámbricas 2.12.1 - WPAN 2.12.2 - WLAN……………………………………………………………………..37 2.12.3 - WMAN 2.12.4 - WWAN 2.13 – Características y Medios de Transmisión Inalámbricos 2.13.1 - Ondas de Radio………………………………………………………….38 2.13.2 - Microondas Terrestres 2.13.3 - Microondas Por Satélite 2.14 – Aplicaciones de las Conexiones Inalámbricas 2.14.1 - Evolución del Teléfono Móvil…………………………………………...39 2.15 – Teléfono Celular……………………………………………………………...40 2.15.1 – Reutilización de Frecuencia…………………………………………….41 2.16 – Interferencia…………………………………………………………………..44 2.17 – Evolución de las Comunicaciones Digitales……………………………....46 2.18 – Capacidad de Información (Limite de Shannon)………………………….48 2.19 – Radio Digital…………………………………………………………………..50 2.20 – Modulación Digital en Amplitud 2.21 – Rapidez de bits FSK y Baudios…………………………………………….51 2.22 – Codificación Trellis (TCM)…………………………………………………..52

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2.23 - Manipulación QPSK con TCM……………………………………………....54 2.24 – Radiofrecuencia……………………………………………………………...58 2.25 – Usos de la Radio……………………………………………………………..59 2.25.1 - Audio 2.25.2 - Frecuencias de Radioaficionados….…………………………………..61 2.26 - FM……………………………………………………………………………..63 2.26.1 - Características de FM 2.27 – Espectro Disperso……………………………………………………………65 2.28 – Salto en Frecuencia (FHSS)………………………………………………..66 2.29 – Acceso Inalámbrico……………………………………………………….....67 2.30 – FDMA………………………………………………………………………….69 2.31 – Frecuencias para Sistemas Spread Spectrum 2.32 – Bluetooth………………………………………………………………………71 2.33 – OFDM………………………………………………………………………….72 2.34 – W-OFDM………………………………………………………………………73 2.34.1 - Características W-OFDM 2.35 – FSK…………………………………………………………………………….74 2.35.1 - Transmisor de FSK……………………………………………………....75 2.36 – WBFM y NBFM 2.36.1 - Banda Angosta y Banda Ancha…………………………………………76 2.37 – FDM…………………………………………………………………………….79 2.38 – WDM 2.39 – Modulación en Frecuencia (FM.AFM)……………………………………...80 2.39.1 – FM Digital………………………………………………………………….81 2.40 – Tecnología GSM……………………………………………………………...83 2.41 – Modulación MSK 2.42 – Modulación GMSK……………………………………………………………85 2.43 – Antenas Fractales…………………………………………………………….88 2.43.1 - Antenas de Árbol………………………………………………………….89 2.43.2 - Generación Fractal 2.43.3 - Análisis de la Antena……………………………………………………..90 2.43.4 - Antenas de Árbol Tridimensionales……………………………………..91

Capitulo III

3.0 – Aplicación y Descripción de la Tecnología Inalámbrica Wi-Max.….…..……93 3.1 – Wi-Max 3.2 – Características Wi-Max 3.3 – Redes Wi-Max………………………………………………………………….94 3.3.1 – Aplicación Móvil……………………………………………………………95 3.4 – Asociaciones Wi-Max………………………………………………………….96 3.4.1 - Wi-Max Forum 3.5 – Estándares de la Familia Wi-Max 3.6 – Normativa WiBro : IEEE 802.16e…………………………………………….97 3.6.1 - Aplicaciones 3.7 – Wi-Max en Latinoamérica……………………………………………………..98

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Capitulo IV

4.0 – Análisis y Cálculos…………………………………………….…………………103 4.1 – Potencia y Alcance Wi-Max del Proyecto 4.2 – Fuentes de Ruido de Radio 4.3 – Distancia Wi-Max………………………………………………………………105 4.4 – Poder de Transmisión Wi-Max……………………………………………….106 4.5 – Densidad de Poder espectral 4.6 – Calculo de Trayectorias Perdidas……………………………………………107 4.7 – Perfil de Retardo……………………………………………………………….109 4.8 – Distribución Rayleight…………………………………………………………110 4.9 – Efecto Doppler…………………………………………………………………111 4.10 – Función de Densidad de Probabilidad Ricean……………………………112 4.11 – Señal Recibida del Sistema Wi-Max……………………………………….113 4.12 – Cálculos para la Antena con Array System Adaptative…………………..114 4.12.1 - Diversidad Temporal y Espacial 4.13 – Señal de Fuente y Señal de Sensor……………………………………….117 4.14 – Modelado de la Señal de Apertura: SnapShot……………………………119

Capitulo V

5.0 – Simulación y Material a utilizar del Proyecto Wi-Max………………….…….121 5.1 – Descripción del Equipo y sus Especificaciones…………………………….123 5.1.1 - Best Link 4000 Series 5.1.2 - Características del Puente de Exterior BL 4000 5.1.3 - Características del Puente de Exterior BL 4200………………………...124 5.1.4 - Características del Puente de Exterior BL 4400 5.2 – Ventajas y Equipos de la Red Wi-max Completa…………………………..125 5.2.1 - Descripción de Equipo a una Red Wi-Max 5.3 – Especificaciones Mínimas para el soporte Wi-Max………………………..129 5.4 – Antena Wi-Max de Pol. Directa Modelo TDJ3519A -45……………………132 5.5 – Antena Wi-Max 2.4 GHz Omnidir. Modelo TQJ-3511TX…………………..133 5.6 – Antena SKU Anom de 2.4 Ghz y 5.1 GHz Omnidir………………………...134 5.6.1 - Garantía de la Antena 5.6.2 - Rendimiento de la Antena…………………………………………………135 5.6.3 - Adaptabilidad de la Antena 5.7 – Simulación para la Antena de Transmisión………………………………….136 5.8 – Simulación para la Antena de Recepción……………………………………137 5.9 – Simulación para los patrones de Radiación…………………………………138 5.9.1 - Patrón de Radiación para la Antena Receptora 5.9.2 - Patrón de Radiación para la Antena Transmisora………………………139 5.10 – Modelado de la Señal Wi-Max……………………………………………….140 5.11 – Diagrama de Operatividad del Sistema de IPN en redes…………………141 5.12 – Distribución de la red a implementar sobre la red IPN 5.13 – Simulación de Radiación para el DF………………………………………...142 5.14 – Simulación en Diagrama para la posible cobertura del IPN

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5.15 – Simulación en Mat-Lab a la Región Establecida……………………...……….143 5.16 – Diagrama de componentes de Usuario/Servidor del sistema a bloques 5.17 – Bloques y Arquitectura de funcionalidad del Proyecto Wi-Max…………….144

Capitulo VI

6.0 – Costos………………………………………………………………………………..145 6.1 – Costo No.1 Concesión de la Banda de Frec. y Equipos 6.2 – Costos No.2………………………………………………………………………..147 6.2.1 - Estación Base (BS) 6.2.2 - Unidad de Suscriptor (SU)…………………………………………………...148 6.2.3 - Software y Licencias………………………………………………………….149 6.2.4 - Costos Varios e Imprevistos…………………………………………………150 6.2.4.1 – Costos Estimados para la Implementación 6.2.5 – Tarifas y Planes de Comercialización de Servicios Wi-Max……………..151 6.2.6 – Propuestas…………………………………………………………………….152 Conclusiones………………………………………………………………………………..153 Glosario……………………………………………………………………………………...154 Glosario Técnico……………………………………………………………………………156 Bibliografía…..………………………………………………………………………………160

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Índice de Figuras y Tablas

Capitulo I

Fig. 1.0 – Vista Futurista Teléfono Wi-Max (4G)…………………………………………3 Fig. 1.1 – Manos Libre Modelo Nokia como prototipo Wi-Max…………………………4 Fig. 1.3.4 – Diferentes Clases de Servicio……………………………………………….12 Fig. 1.3.5 – Arquitectura UPnP QoS……………………………………………………...13 Fig. 1.3.5.1 – Interacción de Arquitectura………………………………………………..14

Capitulo II Fig. 2.8 – Gráfica de bits transmitidos en tiempo para Frame Relay………………….28 Tabla 2.9. Bandas de Frecuencia de Microondas……………………………………….31 Fig. 2.12 – Diagrama de Estándares Wireless…………………………………………..37 Fig. 2.15.1 – Sistema Telefónico Celular Simplificado……………….…………………40 Fig. 2.15.2 – Retícula de Células Hexagonales Sobrepuestas a un área…………….44 Fig. 2.16.1 – Diagrama de Operatividad de un sector Celular…………………………46 Fig. 2.17.1 – Diagrama a Bloques de un sistema de Comunicaciones……………….47 Fig. 2.17.2 – Radio y Transmisión Digital a bloques……………………………………48 Fig. 2.19.1 – Radio Digital a Bloques….………………………………………………….50 Fig. 2.21.1 – Modulador FSK Modo Binario……………………………………………...52 Fig. 2.22.1 - Constelación de 4 y 8 bits QPSK…………………………………….........54 Fig. 2.23.1 – Arreglo de la Constelación TCM de 8 –PSK……………………………...55 Tabla. 2.23.2 – Tabla en Ganancia de Codificación Trellis...…………………………...56 Fig. 2.23.2 – Constelación TCM a 32 puntos QAM a 256………………………………57 Tabla 2.24 – Radiofrecuencias más utilizadas…………………………………………...58 Tabla 2.25 – Bandas radiales mas Comunes…………………………………………….61 Fig. 2.28.1 – Radio Digital en Salto de frec. Y Spreed Spectrum………………………67 Fig. 2.29 – Bloques Funcionales de FDMA……………………………………………….69 Tabla. 2.32 – Clasificación de la Tecnología Bluetooth………………………………….71 Fig. 2.33 - Modulación con portadoras Ortogonales (OFDM)………………………….72 Fig. 2.33.1 – Trasladación del espectro OFDM en multiportadoras…………………….73 Fig. 2.36.1 – Modulador FM a bloques en banda angosta NBFM……………………...76 Fig. 2.36.2 – Diagrama a bloques del modulador WBFM……………………………….77 Fig. 2.36.3 – Gráficas de Banda angosta y Banda ancha para FM…………………….78 Fig. 2.41 – Diagrama a bloques de un Modulador y Demodulador MSK………………84 Fig. 2.42 – Densidad de potencia espectral de una señal GMSK………………………86 Fig. 2.42.1 – Diagrama a bloques de un Transmisor GMSK Fig. 2.42.2 – Circuitos Digitales Lógicos para Modulación GMSK……………………...87 Fig. 2.43 – Diseño Fractal en equipos de Transmisión Digital……………………….….88 Fig. 2.43.1 – Ramificación de Antena Fractal tipo Árbol…………………………………89 Fig. 2.43.2 – Geometría para implementación de una Antena frac. de árbol…………..90 Fig. 2.43.3 – Gráficas Representativas de la Antena entre Frec y Potencia Fig. 2.43.3.1 – Patrón de campo lejano para una típica Antena Fractal………………..91 Fig. 2.43.4 – Antena fractal Tridimensional Fig. 2.43.4.1 – Config. Plana en Matriz de campo Radiado de la Antena Fractal……..92

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Capitulo III

Tabla 3.7 – Comparativa entre Wi-Max y Wi-Fi…………………………………………..101 Fig. 3.7.1 – Diagrama de Operación Wi-Max

Capitulo IV Tabla 4.6 – Parámetros de Terreno para trayectorias perdidas Modelo SUI………….108 Fig. 4.8 – Función de Densidad de Probabilidad de una distribución Rayleight………110 Fig. 4.9 – Dispersión Doppler contra Retardo…………………………………………….111 Fig. 4.9.1 – Gráficas de Retardo t dispersión del Modelo de Canal Wi-Max Fig. 4.10 – Función de Densidad de Probabilidad de un distribución Rice…………….112 Fig. 4.12 – Etapas del Filtro FIR…………………………………………………………....116 Fig. 4.13 – Propagación de un Frente de Onda…………………………………………..118 Fig. 4.14 – Cadena de Formación del Snapshot al Conversor A/D…………………….120

Capitulo V

Fig. 5.0 – Chip Interno del procesador del Sistema Wi-Max……………………………....121 Fig. 5.2 – Esquema de Enlace entre edificios…………………………………………........128 Tabla 5.6 – Descripción en Ganancia con respecto a Iteraciones Fract. De la Antena....135 Fig. 5.10 – Simulación Gráfica del Modelo Sui Wi-Max…………………………………….140

Capitulo VI

Tabla 6.1 - Descripción y Precio del Equipo Transmisor / Receptor en etapa Inicial……145 Tabla 6.2.1 – Costos Referenciales de la Estación Base…………………………………..147 Tabla 6.2.2 – Costos Referenciales de la Unidad de Suscriptor…………………………...148 Fig. 6.2.2 – Costos Estimados de los CPEs Tabla 6.2.3 - Software BrezeMax y Licencias……………………………………………...149 Tabla 6.2.4.1 – Agrupación de costos Totales……………………………………………….150 Tabla 6.2.5 – Costo y variación de velocidades de servicios Wi-Max……………………..151

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Panorama de Las Comunicaciones Inalámbricas

De acuerdo a las variantes de entre todos los sistemas de comunicación de la facilidad de acceso, y del entorno en el cual se desenvuelven los sistemas hoy en día se requiere no solo de un alto nivel de infraestructura detrás de ellos sino de asimilar las tecnologías ya existentes y fusionarlas hacia nuevas tecnologías que permitan una mejora en todos los sentidos como a nivel usuario – proveedor. Ya que en los servicios de paquetes de información mantienen un gran estrecho de entre los paquetes de datos y la forma de transmisión de los mismos. Para fines de este proyecto el acceso y manipulación así como su codificación y compresión de información es en cuestiones de comunicación inalámbrica ya que al utilizar protocolos y estándares de esta clase las posibilidades de comunicación aumentan así como el nivel de transferencia y el costo sustentable de los equipos empleados, por que al incrementar el rango de cobertera y la movilidad de información solo se necesitan antenas de tipo fractal con un mínimo de potencia y con un alto rango de dispersión de señal, como resultado así también esto implica una nueva modalidad de codificación en modulación de datos y el medio de propagación que en nuestro caso serán las microondas y las ondas de radio que a su vez van a depender de las tecnologías ya existentes como WI-Fi o Bluetooth que nos solo van de la mano con la tecnología 4G en una diversidad de anchos de banda mayores a nivel celular sino a establecer los nuevos mapas y configuraciones que pretenden llegar abarcar todavía mas distancias de las ya establecidas actualmente y vinculando no solo los servicios de IP o datos a través de la red sino teniendo eventos simultáneos tanto de video como de audio tan solo en una llamada pero desde este punto WI-MAX plantea su propio nivel de expectativas que vanguardizan las brechas que actualmente se tienen en cuanto a disponibilidad de canal o de la cobertura a distancias mayores inalámbricamente hablando desde el punto emisor al receptor en una red punto-multipunto y con una compatibilidad a los estándares tales como 802.11 y sus derivados como redes MAN. El proyecto de red Wi-Max se emplea en este caso a resolver problemas meramente de apoyo a redes institucionales y servicios de red en una zona determinada. Sin embargo la tecnología de la cual depende Wi-Max no representa un alto costo en equipamiento la única alternativa viable es consolidar los niveles de radiación en antenas y centros de operación tanto celular como de estaciones o puntos de servidor los cuales modificaran un nuevo mapa de acción en el cual podrá introducirse estas nuevas microondas y ondas de radio que atravesaran la ya existentes sin causar algún tipo de interferencia el cual es calculado desde el punto del cual es irradiado y destinado a un punto central que dispersara tales señales en los equipos. Dicho esto este proyecto va destinado a mejorar las conexiones inalámbricas con un gran poder de señal y longitud de onda para las siguientes generaciones en comunicaciones y tomando en cuenta la demanda de servicios a nivel de usuario y manejo de información en este plantel y en esta región.


Introducción General al Proyecto

Planteamiento del Proyecto: Implementación de una red Wi-Max para establecer una base de información y registro de actividades académicas entre el alumnado y el Plantel Académico así como para una red pública de entretenimiento e informativa.

WiMAX está pensada para comunicaciones punto a punto o punto a multipunto, típicas de los radioenlaces por microondas. Estas ofrecen total movilidad, por lo que para este proyecto representa una gran utilidad para la facilidad de manipulación en el entorno del cual va implementarse esta red.

Los primeros rasgos por los cuales se pretende direccionar este proyecto esta en que sus características se enfoquen a proporcionar un enlace de alta velocidad para conexiones a las redes fijas públicas o para establecer enlaces punto a punto simplemente, con estos vínculos se amplia la cobertura al enlazar a otros usuarios al sistema de red creando un registro si es estudiante y si es externo abrira solo un portal web el cual será perteneciente al Instituto.

Esto se va ser con base en antenas fractales y reutilizando las ya existentes como antenas helicoidales en la banda ISM que servirán de referencia o punto de partida para la transmisión de datos, así como el uso de antenas de rejillas en Wi-fi ya que en estas el nivel de radiación omnidireccional nos conforma diferentes áreas las cuales serán las de mayor demanda de suscriptores o usuarios de la red y en la cual nos permite crear un nivel de saturación de entre 1 a 2 GHz de reserva de canal en horas pico.

Se pretende solo colocar el enlace de entre la banda civil al centro de redes y direccionalmente al punto nodo conforme la variación de sintonización, así comprobaremos el nivel de señal y el poder de transmisión en toda el área del Instituto utilizando el receptor de codificación de demodulación hacia un sistema de cómputo. Así, WiMAX puede resultar muy adecuado para unir hot spots Wi-Fi dentro del instituto conectado a las redes de los operadores en la red central o punto del ordenador, sin necesidad de establecer un enlace fijo o de seguimiento a otro centro. El equipamiento Wi-Max es relativamente barato pero un enlace E1 o DSL resulta caro y a veces no se puede desplegar, por lo que la alternativa radio parece muy razonable para llevarse acabo el proyecto bajo estas características WiMAX extiende el alcance de Wi-Fi y provee una seria alternativa o complemento a las redes 3G, según como se convenga a futuro.

En este proyecto, la alternativa a contemplar se va a enfocar únicamente a establecer el enlace del sistema y probar su eficiencia, la programación del portal web se efectuara por otra parte con todas sus características y será puesto a futuro según se convenga, con esto el costo bajara ya que puede ser hasta 10 veces menor que en el caso de emplear un enlace E1 o T1. De momento no se habla de WiMAX para el acceso a otras areas, pero en un futuro podría también implementarse pero lo que si es una realidad, es que va a sustituir con enorme ventaja a las conexiones ADSL, o de cable, y haciendo que la verdadera revolución de la banda ancha llegue a todos los sectores principalmente a lo que nos enfocaremos es a la red institucional como principal punto de enlace y como segunda instancia será el de una red publica ya que el alcance de este sistema sobresale de los limites del instituto. Así se lograra un mayor aprovechamiento de toda la cobertura nos solo como red privada del instituto sino como también una alternativa para los demás personas cercanas a el.

Por ultimo para los diferentes tipos de información que se pretende manejar se hará uso de los LMDS (Local Multipoint Distribution System) que aportaran al proyecto poner el parámetro de distribución de paquetes y enlaces hacia casi los más de 10,000 usuarios que se pretende puedan estar conectados a la red ya sea simultáneamente o con solo seguimiento de datos.

Capitulo I

Puntos a Considerar de la Red Wi-Max


Capitulo I

1.0 - Puntos A Considerar De La Red WI-MAX

Wimax Xmax es un proyecto que pretende mantenerse con la comunicación digital a través de sus diferentes bases en infraestructura y como referencia también mantiene un vinculo a sus predecesores en redes inalámbricas tales como TCM GSM y 3G dichas estas y mencionadas posteriormente en el análisis introductoria al proyecto. La base del sistema Wimax Xmax denominada por la diferenciación en banda ancha en redes digitales y a través de ondas de radio repercute en la distancia y valides del patrón que asimila a su origen en modulación y demodulación y dando un patrón de alcance mucho mas amplio que sus predecesores antes mencionados dicho esto esta nueva tecnología pretende ser la evolución hacia niveles en cuestión de paquete de datos tiempo compartido y afinidad de memoria virtual en ciclos de memoria de comandos.

En cuanto al costo de una infraestructura de este tipo cabe destacar su bajo precio de equipo de transmisión para un sector amplio con un gran nivel demanda de usuario y paquetes de datos esto se aclarara posteriormente en le estimado del proyecto, sin embargo esta red generaliza la cuestión móvil como una herramienta mas en celdas celulares y como un Modem en instancias de información para determinadas zonas con accesos a su servidor en codificación de banda.

Los estándares para este tipo de tecnología están dados por la Unión Internacional de Telecomunicaciones y el World Wireless Research Forum (WWRF) que trabajan conjuntamente en la normalización de esta y otras tecnologías. Así como el estándar 2G en 1995 y al 3G a fines de 2003 o principios de 2009, 4G podría llegar en los próximos años. Sin embargo del actual 3G, en 4G tendremos muchas tecnologías en convergencia, además de una gran cantidad de servicios, por lo que será una tecnología bastante heterogénea.

Habrá desde mensajería multimedia hasta TV de alta definición, DVB, vídeo chat, y vídeo y TV por demanda. Todo manejado bajo TCP/IP, el protocolo de internet, con lo que se espera que se pueda incluir métrica de calidad de servicio (QoS) y la posibilidad de otorgar prioridad en base al tráfico, con tasas de bit variable (VBR), e interoperabilidad con Wi-Fi y WiMax.

Pero todos estos servicios hacen de 4G un gran estándar, que por ahora esta definiendose como tal, algo que puede llegar a necesitar demasiado tiempo, porque los intereses son muchos y hay muchas grandes compañías detrás de cada uno de ellos.

Fig 1.0 - Vista futurista de un teléfono con tecnología 4G Wi.Max


A pesar de esto ya hay en la actualidad tecnologías que formarán parte del estándar 4G cuando este sea definido. Por ejemplo WiMax, u 802.16e, propuesto nada menos que por Intel como un reemplazo para Wi-Fi y que esta llevando la tecnología inalámbrica a distancias de hasta 58 kilómetros.

Como ejemplo de la utilización de Wimax. Spprint es una compañía norteamericana que cobró gran notoriedad mundial al adquirir a Nextel, ha invertido unos 4.000 millones de dólares en actualizar sus sistemas para utilizar WiMax, en lo que representa una apuesta muy fuerte y que arribara en el mundo 4G.

1.1 - HSPA

HSDPA, ya disponible en la actualidad para muchas terminales,es por muchos considerado el principio de 4G, gracias a sus 14,4Mbits. Pero en 4G tendremos 1 gigabit por segundo, y hasta 100 Mbps en vehículos en funcionamiento a velocidades moderadas, lo que puede dar una idea del potencial que tendrá esta tecnología.

En las pruebas se han alcanzado velocidades como la mencionada de 100 Mbps. Si tenemos en cuenta que con la actual 3G se dispone de como mucho 384 kilobits por segundo de velocidad media de descarga, vemos que las diferencias serán abrumadoras.

Claro que además de definir estándares de transmisión de datos, también hará falta contar con móviles adecuados a las nuevas tecnologías

Fig 1.1 - Manos libres modelo nokia Como prototipo de accesorio Wi.Max

Los móviles con mayor capacidad de almacenamiento es algo que será fundamental en un entorno de semejantes velocidades de transferencia, que permitirán realizar intercambio de ficheros y descargas.

Por lo demás, los móviles actuales cuentan con gran capacidad tecnológica, y el futuro no podría ser más esperanzador con los diseños a futuro. Aunque un gran problema a resolver es el de la duración de las baterías, que seguramente colapsaría ante un uso permanente de aplicaciones y servicios 4G.

El Netx Generation Mobile Networks (NGMN), un consorcio formado por Vodafone, Orange, Sprint, T-Mobile International, NTT DoCoMo y China Mobile, asegura que podríamos estar haciendo pleno uso del estándar 4G para el año 2010.


High-Speed Packet Access (HSPA) es la combinación de tecnologías posteriores y complementarias a la 3ª generación de telefonia móvil (3G), como son el 3.5G o HSDPAy 3.5G Plus, 3.75G o HSUPA.

Teóricamente admite velocidades de hasta 14.4 Mb/s en bajada y hasta 2 Mb/s en subida, dependiendo del estado o la saturación la red y de su implantación. En la actualidad, HSDPA admite hasta 3,6 Mb/s de bajada y 384 Kb/s de subida y HSUPA hasta 7,2 Mb/s en bajada y 2 Mb/s en subida

1.2 - Transporte de Paquetes de Datos

1.2.1 - IP sobre WDM

El tráfico IP ha sido tradicionalmente transportado sobre redes ATM y SONET/SDH antes de llegar a la red WDM. La aparición de routers de tránsito IP de alto rendimiento, el desarrollo del protocolo IP y la madurez de la tecnología WDM han posibilitado el transporte de IP directamente sobre WDM, reduciendo los costes y la complejidad de una red tan heterogénea.El reto está ahora en encontrar la solución más eficiente para integrar IP y WDM.

El aumento exponencial del número de usuarios de Internet, así como el desarrollo de aplicaciones cada vez más avanzadas y con mayores requerimientos de ancho de banda, ha convertido a IP en el protocolo de transferencia de datos dominante.Este protocolo concebido inicialmente para transportar únicamente servicios de datos, ha visto además ampliada su definición para soportar todo tipo de servicios.

Para hacer frente a esta enorme demanda de tráfico IP,han tenido lugar varios esfuerzos cuyo resultado ha sido la aparición de routers de tránsito de alto rendimiento, también denominados gigarouters. Estos nuevos routers, a diferencia de los convencionales, realizan muchas de sus funciones (como la búsqueda en tablas de encaminamiento, el procesamiento de cabeceras, el cálculo de códigos de redundancia cíclica, etc.) en circuitos integrados de aplicación específica en hardware, en vez de en software controlado por una unidad central de procesos. El número, el tipo y la velocidad de las interfaces de sus tarjetas de línea se han visto así considerablemente incrementadas: OC-192/STM-64 (10 Gbps), OC-48/STM-16 (2,5 Gbps), OC-12/STM-4 (622 Mbps), OC-3/STM-1 (155 Mbps), Fast Gigabit Ethernet (1,25 Gbps), Fast Ethernet (100 Mbps), etc. Por otro lado, también se han introducido mejoras en software como avanzados algoritmos para la optimización del proceso de búsqueda en las tablas de encaminamiento o el protocolo MPLS para una rápida conmutación por etiqueta. Por otro lado,este incremento en las necesidades de ancho de banda ha supuesto un rápido desarrollo de WDM (Wavelength Division Multiplexing), tecnología que ofrece en la actualidad la posibilidad de transportar hasta 160 canales de 10 Gbps sobre una única fibra óptica. En efecto, la red de transporte está en estos momentos pasando por un período de transición, evolucionando desde las tradicionales redes ATM y SONET/SDH basadas en la multiplexación en el tiempo, con WDM utilizado estrictamente para incrementar la capacidad de la fibra óptica, hacia una red fotónica basada en la


multiplexación en frecuencia óptica, realizando no sólo el transporte sino también la multiplexación, encaminamiento, supervisión y protección en la capa óptica. Las ventajas de una red totalmente óptica son, entre otras, una menor complejidad, una mayor transparencia respecto de las señales transportadas, un mayor ancho de banda y mayores distancias de transmisión. De este modo, teniendo en cuenta que IP se convertirá en la base de todos los servicios de telecomunicaciones y WDM en la tecnología de transporte más utilizada, ha habido un interés creciente en la integración de IP sobre las redes fotónicas. Esta integración pasa por conseguir un plano de control común que permita una administración de la red más sencilla y una provisión más rápida y sencilla del ancho de banda ofrecido por WDM para el tráfico IP, y encontrar un mecanismo eficiente para el transporte de los paquetes IP sobre WDM. En este artículo nos centraremos en los mecanismos de transporte de IP sobre WDM, para lo cual es necesario añadir un protocolo de nivel de enlace, ya que IP está asociado al nivel de red y WDM al nivel físico. Este nivel tendrá la misión de entramar el paquete, incluir la funcionalidad necesaria para establecer enlaces entre dos nodos, realizar una codificación de línea eficiente que impida las pérdidas de sincronismo, detectar errores de bit, etc.

1.2.2 - Evolución de la red óptica

La gran mayoría de las redes de las operadoras de telecomunicaciones han sido construidas utilizando un modelo de capas. En este modelo, las conexiones entre dispositivos en una capa son proporcionadas por circuitos lógicos en la capa de nivel inferior.

Cada capa ha sido tradicionalmente gestionada de forma independiente, cada una de ellas con sus propios requerimientos, problemas y características operacionales únicas. Este modelo ha servido para conseguir una mayor flexibilidad, ofrecer un mayor número de servicios y utilizar más eficientemente los recursos. No obstante, la convergencia de las tecnologías de red hacia IP ha planteado la idea de simplificar este modelo en capas, reduciendo su número. De este modo, aunque podría reducirse en ciertos casos la flexibilidad de la red se reduce también mucho su coste y complejidad. En efecto, el desarrollo de IP y de WDM, que han ido progresivamente adquiriendo funcionalidad inherente a otras capas, ha supuesto que la transición a un modelo de gigarouters IP conectados directamente sobre sistemas WDM sea una elección factible para algunas redes de transporte. No obstante, no es probable que sea la única opción, ya que las redes SONET/SDH y ATM están ampliamente desarrolladas e implantadas, y proporcionan varias características y servicios útiles.

Seguidamente, presentaremos algunos de los métodos disponibles o propuestos para transportar paquetes IP sobre la red WDM, teniendo presente que estos métodos no son los únicos,pero sí los más utilizados o los que más interés están suscitando. En este análisis será especialmente importante, además de la conveniencia para el transporte sobre la capa óptica, la eficiencia en ancho de banda. Dicha eficiencia del enlace de transmisión se verá afectada por cómo se hace la correspondencia de los paquetes IP en la capa WDM y por la longitud de dichos paquetes. Como el tamaño de la mayoría de los paquetes IP que atraviesan actualmente Internet es menor de 500 bytes, en los análisis realizados se considerará un tamaño de paquete de 350 bytes.


1.2.3 - IP sobre ATM sobre SONET/SDH sobre WDM.

En la red de transporte de datos han existido típicamente cuatro capas: IP sobre ATM sobre SONET/SDH sobre WDM. Esta arquitectura puede estar constituida por gigarouters IP con interfaces ATM (que utilizan típicamente SONET/SDH como medio físico) conectados directamente a la red WDM, o como ocurre tradicionalmente, a través de conmutadores ATM conectados a ADM SONET/SDH.

El modo de transferencia asíncrono o ATM (Asyncronous Transfer Mode) estandarizado por el ITU-T es una tecnología de nivel de enlace de conmutación rápida de pequeñas celdas o paquetes de longitud fija de 53 bytes, diseñada para transportar cualquier tipo de tráfico (voz, datos, imágenes o multimedia) en función de la calidad de servicio o QoS (Quality of Service) demandada por los usuarios finales. ATM proporciona un ancho de banda escalable que va desde los 2 Mbps a los 10 Gbps; y debido a su naturaleza asíncrona, es más eficiente que las tecnologías síncronas, tales como la multiplexación por división en el tiempo o TDM (Time Division Multiplexing) en la que se basa SONET/SDH. Las redes ATM están constituidas por conmutadores con arquitecturas malladas.

La red óptica síncrona o SONET (Syncronous Optical NETwork) estandarizada por el ANSI para Norteamérica, y la jerarquía digital síncrona o SDH (Synchronous Digital Hierarchy) estandarizada por el ITU-T para todo el mundo y compatible en parte con SONET, son tecnologías de transmisión por fibra óptica diseñadas principalmente para la transmisión de voz. Estas tecnologías de nivel físico son ampliamente utilizadas, teniendo como principales características su alta estandarización mundial, su flexibilidad, sus potentes mecanismos de protección y administración, la posibilidad de monitorización de errores y de calidad del servicio, y su compatibilidad con las tecnologías de transporte predecesoras, como la jerarquía digital plesiócrona o PDH (Plesiocronous Digital Hierarchy).

Estos estándares definen interfaces de tráfico denominadas STM-N (Syncronous Transport Module) para el caso de SDH, partiendo de STM-1 (155 Mbps). Los restantes STM-N se obtienen mediante el entrelazado de bytes de varias señales STM-1.En la actualidad se encuentran disponibles comercialmente los valores de STM-4 (622 Mbps), STM-16 (2,5 Mbps), STM-64 (10 Gbps) y, en un futuro próximo, STM-256 (40 Gbps). SONET/SDH apuesta por arquitecturas en anillo,constituidas por multiplexores de extracción e inserción de señales o ADM (Add and Drop Multiplexers). Los anillos permiten conseguir redes muy flexibles, pudiendo extraer señales tributarias del tráfico agregado en cualquiera de los ADM, además de ofrecer potentes mecanismos de protección y restauración.

Existen varios métodos para transportar IP sobre ATM, pero el clásico consiste en segmentar los paquetes IP en celdas ATM.Estas celdas ATM son generalmente transportadas en tramas SONET/SDH, aunque se podrían transportar directamente sobre WDM.

Esta arquitectura, no obstante, presenta varios problemas: altas inversiones en infraestructura, gran dificultad para ser escalada, complejidad en el mantenimiento y gestión de la red, y alta sobrecarga en el transporte de datos debido a las cabeceras con información de control de cada una de las capas.


1.2.4 - IP sobre SONET/SDH sobre WDM.

La tecnología SONET/SDH estaba inicialmente optimizada para el transporte de tráfico de voz, pero la aparición del estándar PoS (Packet Over SONET), estandarizado por IETF, la ha convertido también en una alternativa muy eficiente para el tráfico de datos. El esquema de una red de este tipo puede ser el de gigarouters IP que simplemente utilizan el formato de trama SONET/SDH para entramar los paquetes IP encapsulados para su transmisión directa sobre WDM. También es posible transportar el paquete IP entramado mediante SONET/SDH sobre una red de ADM SONET/SDH junto a otro tipo de tráfico, que utilizará luego enlaces WDM. En efecto, PoS proporciona un método para optimizar el transporte de paquetes de datos en tramas SONET/SDH. Para ello, primero es necesario que los paquetes IP sean encapsulados en el nivel de enlace mediante PPP (Point-to-Point Protocol), siguiendo un entramado tipo HDLC (High-level Data Link Control).

La sobrecarga promedio de PoS es únicamente de un 6%, bastante inferior a la de IP sobre ATM sobre SONET/SDH, que es de un 22%, originada por la alta sobrecarga que implica ATM, principalmente para paquetes pequeños.PoS permite, además, continuar utilizando la excelente funcionalidad de conmutación de protección y de monitorización y supervisión de SONET/SDH. El problema de eliminar ATM es que se pierde flexibilidad en el manejo del ancho de banda del enlace virtual. En efecto, ATM permite además de crear circuitos virtuales permanentes con un ancho de banda fijo desde el sistema de gestión, establecer circuitos virtuales con un ancho de banda arbitrario dinámicamente, pudiendo utilizar también multiplexación estadística para permitir a ciertos servicios acceder al ancho de banda extra para pequeñas ráfagas.Esta limitación sería resuelta con la introducción de GMPLS.

1.2.5 - IP sobre Gigabit Ethernet sobre WDM

El estándar IEEE 802.3z o Gigabit Ethernet puede ser utilizado para extender las ampliamente implementadas redes locales Ethernet y Fast Ethernet a redes mucho más extensas y de mayor capacidad, utilizando tarjetas de línea Gigabit Ethernet en los gigarouters IP, con un coste alrededor de 5 veces menor que el de las tarjetas de línea SONET/SDH para una capacidad similar. Por esta razón, Gigabit Ethernet puede ser un mecanismo interesante para el transporte de IP en anillos WDM metropolitanos o incluso de mayores distancias. Es más, los puertos 10 Gigabit Ethernet estarán disponibles comercialmente en un futuro próximo.

Gigabit Ethernet es una opción aún más atractiva cuando se complementa con MPLS.El protocolo MPLS (MultiProtocol Label Switching) es un estándar de IETF que permite integrar en IP el modo de conmutación rápido por etiquetas utilizado por ATM, además de proporcionar ingeniería del tráfico, cursar tráfico con distintas QoS, proteger ciertas rutas, crear redes privadas virtuales o VPN (Virtual Private Networks), etc. Es decir, MPLS permite de una manera más sencilla y escalable ofrecer prácticamente la misma funcionalidad de ATM en IP y además está diseñado para operar sobre cualquier tecnología de nivel de enlaces (ATM, Frame Relay y Ethernet).


Las ventajas que ofrece este método de transporte de IP sobre WDM son bajo coste, sencillez y alta escalabilidad; su principal desventaja es la poca eficiencia que presenta en el transporte de datos. La sobrecarga de Gigabit Ethernet es de un 28%, originada fundamentalmente en la codificación de línea 8B/10B para el transporte óptico (la velocidad de línea es por lo tanto de 1,25 Gbps en vez de 1 Gbps), necesaria para mantener el sincronismo. 1.2.6 - IP sobre WDM

Evidentemente, la única forma de eliminar todas las limitaciones asociadas a estas arquitecturas es transportar IP directamente sobre la capa WDM con la mayor eficiencia posible, para lo cual es necesario que IP y WDM adopten la funcionalidad inherente a otras capas; en concreto, los gigarouters IP tendrían una nueva tarjeta de línea que utilizaría SDL y Digital Wrappers para el transporte óptico sobre sistemas WDM dotados de una mayor flexibilidad que los actuales. En efecto, WDM está pasando de ser una tecnología muy estática empleada únicamente en redes punto a punto, a ser utilizada en redes en anillo muy flexibles. Durante los próximos años aparecerán los primeros R-OADM (Reconfigurable Optical Add and Drop Multiplexers) capaces de extraer e insertar longitudes de onda de la fibra dinámicamente según la configuración realizada desde el sistema de gestión.Combinados con los OXC (Optical Cross-Connects), que permiten conmutar dinámicamente las longitudes de onda desde fibras de entrada a fibras de salida, la capa WDM estará en condiciones de realizar las mismas funciones que ahora desempeña la capa SONET/SDH, creando una red óptica flexible, de alta capacidad y eficiencia y con una gestión del ancho de banda totalmente óptica.

En esta arquitectura aparece SDL (Simplified Data Link) como un nuevo protocolo de nivel de enlace propuesto por Lucent Technologies para la sustitución de HDLC, pudiendo ser utilizado sobre SONET/SDH o directamente sobre WDM.Mediante SDL se consigue una sobrecarga de únicamente el 3%. Por otro lado, los Digital Wrapper, estandarizados en la G.709 del ITU-T y en proceso de implementación, se encargarían de añadir bytes de sobrecarga que soporten la gestión y control del canal óptico, aprovechando la necesidad de regeneración electro óptica en los puntos de entrada y salida de los sistemas WDM para adaptar las longitudes de onda y posibilitar su multiplexación.

La utilización de Digital Wrappers proporcionará una funcionalidad y fiabilidad semejante a la trama SONET/SDH, con la ventaja de ser totalmente transparente al tipo de interfaces utilizadas en los gigarouters que interconectan (es compatible con ATM, ESCON, Fibre Channel, SONET/SDH, etc.). Además, está más adaptado a la problemática de la capa óptica, ofreciendo nuevas mejoras, como por ejemplo, el uso de FEC (Forward Error Correction), que puede mejorar significativamente la tasa de errores de bit de la señal óptica minimizando la necesidad de puntos de regeneración.

Por otro lado, para mejorar el aprovechamiento del ancho de banda óptico y la funcionalidad de este esquema es necesario un protocolo que realice la misma misión que cumple MPLS en la arquitectura de IP sobre Gigabit Ethernet sobre WDM.Este protocolo es GMPLS (Generalized MultiProtocol Label Switching), evolución de MPLS y en proceso de estandarización por el IETF.GMPLS soporta no sólo dispositivos de conmutación de paquetes, sino también de


conmutación en el tiempo, en longitud de onda y de fibras ópticas. De esta forma, ofrece un panel de control único e integrado y extiende la disponibilidad de recursos y gestión del ancho de banda a lo largo de todas las capas de la red, ofreciendo así una rápida provisión de servicios de cualquier tipo, en cualquier momento, con cualquier calidad de servicio, con cualquier grado de disponibilidad y con cualquier destino.

1.3 -SERVICIOS DE LA RED INALAMBRICA

1.3.1 - QoS en ATM

Una de las tecnología casi extintas pero que aportan grandes cualidades de servicio y grandes ventajas es ATM (Asynchronous Transfer Mode – Modo de Transferencia Asíncrona) respecto de técnicas como el Frame Relay y Fast Ethernet, es que admite niveles de QoS. Esto permite que los proveedores de servicios ATM garanticen a sus clientes que el retardo de extremo a extremo no excederá un nivel específico de tiempo, o que garantizaran un ancho de banda específico para un servicio. Esto es posible de hacer marcando los paquetes que provengan de una Dirección IP determinada de los nodos conectados a un Gateway, ( como por ejemplo la IP de un teléfono IP, según la puerta del router, etc...). Además de que en los servicios satelitales da una nueva perspectiva en la utilización del ancho de banda, dando prioridades a las aplicaciones de extremo a extremo con una serie de reglas.

Una red IP está basada en el envío de paquetes de datos, estos paquetes de datos tienen una cabecera que contiene información sobre el resto del paquete. Existe una parte del paquete que se llama ToS (Type of Service), en realidad pensada para llevar banderas o marcas. Lo que se puede hacer para darle prioridad a un paquete sobre el resto es marcar una de esas banderas (flags).

Para ellos el equipo que genera el paquete, por ejemplo un Gateway de Voz sobre IP, coloca una de esas banderas en un estado determinado y los dispositivos por donde pasa ese paquete luego de ser transmitido deben tener la capacidad para poder discriminar los paquetes para darle prioridad sobre los que no fueron marcados o los que se marcaron con una prioridad menor a los anteriores. De esta manera podemos generar prioridades altas a paquetes que requieren una cierta calidad de envío, como por ejemplo la voz o el video en tiempo real y menores al resto.

1.3.2 - QoS en Escenarios Inalámbricos

El entorno inalámbrico es muy hostil para medidas de Calidad de Servicio debido a su variabilidad con el tiempo, ya que puede mostrar una calidad nula en un cierto instante de tiempo. Esto implica que satisfacer la QoS resulta imposible para el 100% de los casos, lo que representa un serio desafío para la implementación de restricciones de máximo retardo y máxima varianza en el retardo (jitter) en sistemas inalámbricos.


Los sistemas de comunicaciones ya estandarizados con restricciones QoS de retardo y jitter en entornos inalámbricos (Ej. GSM y UMTS) sólo pueden garantizar los requisitos para un porcentaje (<100%) de los casos. Esto implica un “Outage” en el servicio, generando las cortes de llamadas y/o los mensajes de “red ocupada”.Por otro lado, algunas aplicaciones de datos (Ej. WiFi) no requieren de restricciones de máximo retardo y jitter, por lo que su transmisión sólo necesita de la calidad media del canal, evitando la existencia del Outage.

1.3.3 - Jitter

El jitter es un efecto de las redes de datos no orientadas a conexión y basadas en conmutación de paquetes.Como la información se discretiza en paquetes cada uno de los paquetes puede seguir una ruta distinta para llegar al destino. Tecnicamente el jitter se define como la variación en el tiempo en la llegada de los paquetes, causada por congestión de red, perdida de sincronización o por las diferentes rutas seguidas por los paquetes para llegar al destino. Las comunicaciones en tiempo real (como VoIP) son especialmente sensibles a este efecto. En general, es un problema frecuente en enlaces lentos o congestionados. Se espera que el aumento de mecanismos de QoS (calidad del servicio) como prioridad en las colas, reserva de ancho de banda o enlaces de mayor velocidad (100Mb Ethernet, E3/T3, SDH) puedan reducir los problemas del jitter en el futuro aumque seguirá siendo un problema por bastante tiempo. El jitter entre el punto inicial y final de la comunicación debiera ser ser inferior a 100 ms. Si el valor es menor a 100 ms el jitter puede ser compensado de manera apropiada.En caso contrario debiera ser minimizado.

La solución más ampliamente adoptada es la utilización del jitter buffer. El jitter buffer consiste básicamente en asignar una pequeña cola o almacen para ir recibiendo los paquetes y sirviendolos con un pequeño retraso.Si alguno paquete no está en el buffer (se perdió o no ha llegado todavía) cuando sea necesario se descarta. Normalmente en los telefonos IP (hardware y software) se pueden modificar los buffers. Un aumento del buffer implica menos perdida de paquetes pero más retraso.Una disminución implica menos retardo pero más pérdida de paquetes.

1.3.4 - Soluciones para la Calidad de Servicio QoS

El concepto de QoS ha sido definido dentro del proyecto europeo Medea+ PlaNetS, proporcionando un término común para la evaluación de las prestaciones de las comunicaciones en red, donde coexisten aplicaciones sin requisitos de retardo con otras aplicaciones con estrictas restricciones de máximo retardo y jitter. Dentro de PlaNetS, cuatro diferentes clases de aplicaciones han sido definidas, donde cada clase se distingue por sus propios valores de máximo retardo y jitter. La figura 1.3.4 muestra estas clases:


Conversación: caracterizada por la más alta prioridad y los requerimientos de menor retardo y jitter, Flujo de datos (streaming),Servicios Interactivos.

Aplicaciones secundarias: la más baja prioridad y mayor permisividad de retardo y jitter. Los beneficios de la solución se resumen en:

La posibilidad de pre-calcular el máximo retardo y jitter de la comunicación; y para cada una de las clases de aplicaciones. La solución propuesta es implementada con un simple scheduler que conoce la longitud de las colas de paquetes.

La conformidad de los nodos de la comunicación es fácilmente comprobable. Una mayor QoS, tanto para el sistema como para el usuario final y la posibilidad de obtener esquemas prácticos de control de acceso (CAC en inglés).

Fig 1.3.4 - Las cuatro diferentes clases de servicios en Medea+ PlaNetS

1.3.5 - Calidad de Servicio utilizando UPnP

UPnP es una tecnología desarrollada por el UPnP Forum que permite a los dispositivos en una red formar comunidades y compartir servicios.Cada dispositivo se ve como colección de uno o más dispositivos y servicios empotrados no necesitando establecer ninguna conexión preliminar o persistente para comunicarse con otro dispositivo. Existe un punto de control que descubre los dispositivos y sincroniza su interacción. Esta tecnología se usa sobre todo en el entorno multimedia, pudiéndola utilizar en dispositivos comerciales como la XBOX 360 (compartir archivos multimedia entre la videoconsola y el ordenador), la generación de móviles N de Nokia, etc.


Dentro del UPnP Forum se trabaja en la especificación de arquitecturas de calidad de servicio, y considerando la calidad de servicio local, es decir dentro de la red local. La segunda versión de la especificación de la arquitectura de calidad de servicio UPnP se ha publicado Quality of Service v2.0, Octubre 2006., donde la especificación no define ningún tipo de dispositivo, sino un Framework de UPnP QoS formado básicamente por tres distintos servicios. Estos servicios por lo tanto van a ser ofrecidos por otros dispositivos UPnP. Los tres servicios son:

QosDevice

QosPolicyHolder

QosManager

La relación entre estos servicios puede verse en la figura 1.3.5 en la que se muestra un diagrama con la arquitectura UPnP QoS.

Fig 1.3.5 - La arquitectura UPnP QoS

En la figura se aprecia que un punto de control es el que inicia la comunicación (por ejemplo, puede ser un punto de control multimedia). Este punto de control tiene información del contenido a transmitir, origen y destino de la transmisión, así como de la especificación del tráfico. Con esta información, accede al gestor de QoS (QosManager), que a su vez actúa como punto de control para la arquitectura QoS. El QosManager consulta al QosPolicyHolder para establecer las políticas para el tráfico (básicamente para establecer la prioridad de ese flujo de tráfico).

El QosManager calcula además los puntos intermedios en la ruta desde el origen al destino del flujo, y con la información de la política, configura los QosDevices que hay en dicha ruta.En función de los dispositivos QosDevices, o bien ellos mismos o bien la pasarela pueden realizar control de admisión de flujos.Estas interacciones entre los distintos componentes de la arquitectura se reflejan en la figura 1.3.5.1.


Fig 1.3.5.1- Las interacciones de la arquitectura

1.3.6 -Soluciones para la Calidad de Servicio UPnP

Las arquitecturas de calidad de servicio actuales en redes locales para proporcionar calidad de servicio extremo a extremo. Por lo tanto el objetivo es que desde los propios dispositivos locales que tiene el usuario hasta la entrada/salida del entorno residencial se guarda el esquema de QoS UPnP.

Los objetivos concretos son:

Diseño de un mecanismo de gestión de QoS extremo a extremo, potencialmente desde un dispositivo multimedia en una red local a otro en otra red local, incluyendo la configuración de la QoS en las pasarelas, red de acceso y red core.

Flexibilidad en el soporte de distintas tecnologías de red y dispositivos.

Desarrollo de un modelo de datos flexible que permita la integración de la gestión de la calidad de servicio en sistemas heterogéneos, y que tenga en cuenta distintos aspectos que influyen en la calidad de un servicio.

Soporte a calidad de servicio con prioridades y parametrizada basado en la medida de lo posible en soluciones estándares.

Una solución mas es la de Radio Triple, ya que ofrece sistemas de comunicaciones para municipalidades, con conectividad Wi-Fi estándar en las bandas 2.4GHz/5GHz que


simultáneamente poseen conectividad en la banda licenciada de 4.9GHz dedicada a seguridad publica. Esta solución ofrece flexibilidad y confiabilidad, un robusto nivel de enrutamiento de protocolos y calidad de servicio (QoS), así como radios con capacidad para dinámicamente detectar y conectarse a la frecuencia mas fuerte, sin importar si son aplicaciones fijas o móviles. El soporte de un vasto espectro de frecuencias también incluye soporte de comunicaciones móviles EV-DO y Sistemas de Posicionamiento Global (GPS) para seguimiento y ubicación de vehículos manteniendo a los oficiales continuamente en la red.

1.4 - Seguridad en Redes Inalámbricas Encriptación

1.4.1 - Algoritmos de cifrado simétrico

1.4.2 - Códigos Reed-Solomon

El código Reed-Solomon es un subconjunto de los códigos BCH y son de bloques lineales. Un código Reed-Solomon se especifica como RS(n,k) con símbolos de s bits. Lo anterior significa que el codificador toma k símbolos de los s bit y añade símbolos de paridad para hacer una palabra de código de n símbolos. Existen n-k símbolos de paridad de s bits cada uno. Un decodificador puede corregir hasta t símbolos que contienen errores en una palabra de código, donde 2t=n-k.

El siguiente diagrama muestra una típica palabra de código Reed-Solomon (este se conoce como un código sistemático puesto que los datos se dejan inalterados y los símbolos de paridad se anexan):

Ejemplo: Un código popular Reed-Solomon es RS(255,223) con símbolos de 8 bits. Cada palabra de código contiene 255 bytes de palabra de código, de los cuales 223 bytes son datos y 32 bytes son paridad. Para este código se tiene:

N=255, k=223, s=8

2t=32, t=16

El decodificador puede corregir cualquier error de 16 símbolos en la palabra de código, es decir, errores de hasta 16 bytes en cualquier lugar de la palabra pueden ser automáticamente corregidos.

Dado un tamaño de símbolo s, la máxima longitud de la palabra de código (n) para un código Reed-Solomon es n=25 − 1. Por ejemplo, la máxima longitud de un código con símbolos de 8 bits (s=8) es de 255 bytes. Los códigos Reed-Solomon pueden ser acortados haciendo un número de símbolos de datos igual a cero en el codificador, no transmitiendo estos, y reinsertando éstos en el decodificador.


El código (255,223) descrito anteriormente puede ser acortado a (200,168). El codificador toma un bloque de 168 bytes de datos añade 55 bytes cero, crea una palabra de código de (255,223) y transmite solo los 168 bytes de datos y 32 bytes de paridad.

La cantidad de poder de procesamiento para codificar y decodificar códigos Reed-Solomon se relaciona con el número de símbolos de paridad por palabra de código. Un valor grande de t significa que un gran número de errores pueden ser corregidos pero requiere mayor poder computacional que un valor pequeño de t.

1.4.3 - DES

El DES (Data Encription Standard o Estándar de Encriptación de Datos) es el nombre del documento FIPS (Federal Information Processing Standard) 46-1 del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) del Departamento de Comercio de Estados Unidos.Fue publicado en 1977. En este documento se describe el DEA (Data Encription Algorithm o Algoritmo de Encriptación de Datos. Es el algoritmo de cifrado simétrico más estudiado, mejor conocido y más empleado del mundo.

El DEA (llamado con frecuencia DES) es un algoritmo de cifrado por bloques de 64 bits de tamaño. Emplea una clave de 56 bits durante la ejecución (se eliminan 8 bits de paridad del bloque de 64).El algoritmo fue diseñado para ser implementado en hardware. Cuando se utiliza en comunicaciones ambos participantes deben conocer la clave secreta (para intercambiarla se suelen emplear algoritmos de clave pública). El algoritmo se puede usar para encriptar y desencriptar mensajes, generar y verificar códigos de autentificación de mensajes (MAC) y para encriptación de un sólo usuario (p. ej para guardar un archivo en disco).

Aunque el DES era un algoritmo computacionalmente seguro, esto ha dejado de ser cierto, ya que con hardware específico es posible realizar ataques por fuerza bruta que descubran una clave en pocos días (ver referencia [EFF98]).El problema principal es que el tamaño de la clave (56 bits) es demasiado pequeño para la potencia de cálculo actual. De hecho, el DES dejó de ser el algoritmo empleado por el gobierno norteamericano en Noviembre de 1998 y de momento (hasta que el AES sea elegido), emplean el Triple DES.

1.4.4 - Triple-DES

Este método consiste en encriptar tres veces una clave DES.Esto se puede hacer de varias maneras:

DES-EEE3: Tres encriptaciones DES con tres claves distintas.

DES-EDE3: Tres operaciones DES con la secuencia encriptar-desencriptar-encriptar con tres claves diferentes.


DES-EEE2 y DES-EDE2: Igual que los anteriores pero la primera y tercera operación emplean la misma clave.

Dependiendo del método elegido, el grado de seguridad varía;el método más seguro es el DES-EEE3.

1.4.5 - AES

El AES (Advanced Encription Standard o Estándar Criptográfico Avanzado) es un algoritmo de cifrado por bloques destinado a reemplazar al DES como estándar.

Al contrario que su predecesor DES, AES es una red de sustitución-permutación, no una red de Feistel.AES es rápido tanto en software como en hardware, es relativamente fácil de implementar, y requiere poca memoria. Como nuevo estándar de cifrado,y se está utilizando actualmente a gran escala.

AES permite un mayor rango de tamaño de bloques y longitud de claves; tiene un tamaño de bloque fijo de 128 bits y tamaños de llave de 128, 192 ó 256 bits, mientras que Rijndael puede ser especificado por una clave que sea múltiplo de 32 bits, con un mínimo de 128 bits y un máximo de 256 bits.

1.4.6 - RC2

El RC2 es un algoritmo de cifrado por bloques de clave de tamaño variable diseñado por Ron Rivest de RSA Data Security (la RC quiere decir Ron's Code o Rivest's Cipher).

El algoritmo trabaja con bloques de 64 bits y entre dos y tres veces más rápido que el DES en software.Se puede hacer más o menos seguro que el DES contra algoritmos de fuerza bruta eligiendo el tamaño de clave apropiadamente.

El algoritmo está diseñado para reemplazar al DES.

1.4.7 - RC4

El RC4 es un algoritmo de cifrado de flujo diseñado por Ron Rivest para RSA Data Security. Es un algoritmo de tamaño de clave variable con operaciones a nivel de byte. Se basa en el uso de una permutación aleatoria y tiene un periodo estimado de más de 10100. Además, es un algoritmo de ejecución rápida en software.

El algoritmo se emplea para encriptación de ficheros y para encriptar la comunicación en protocolos como el SSL (TLS).


1.4.8 - RC5

El RC5 es un algoritmo parametrizable con tamaño de bloque variable, tamaño de clave variable y número de rotaciones variable. Los valores más comunes de los parámetros son 64 o 128 bits para el tamaño de bloque, de 0 a 255 rotaciones y claves de 0 a 2048 bits.Fue diseñado en 1994 por Ron Rivest.

El RC5 tiene 3 rutinas: expansión de la clave, encriptación y desencriptación. En la primera rutina la clave proporcionada por el usuario se expande para llenar una tabla de claves cuyo tamaño depende del número de rotaciones. La tabla se emplea en la encriptación y desencriptación. Para la encriptación sólo se emplean tres operaciones: suma de enteros, o-exclusiva de bits y rotación de variables.

La mezcla de rotaciones dependientes de los datos y de distintas operaciones lo hace resistente al criptoanálisis lineal y diferencial.El algoritmo RC5 es fácil de implementar y analizar y, de momento, se considera que es seguro.

1.4.9 - IDEA

El IDEA (International Data Encription Algorithm) es un algoritmo de cifrado por bloques de 64 bits iterativo. La clave es de 128 bits. La encriptación precisa 8 rotaciones complejas.El algoritmo funciona de la misma forma para encriptar que para desencriptar (excepto en el cálculo de las subclaves). El algoritmo es fácilmente implementable en hardware y software, aunque algunas de las operaciones que realiza no son eficientes en software, por lo que su eficiencia es similar a la del DES.

El algoritmo es considerado inmune al criptoanálisis diferencial y no se conocen ataques por criptoanálisis lineal ni debilidades algebraicas. La única debilidad conocida es un conjunto de 251 claves débiles, pero dado que el algoritmo tiene 2 128 claves posibles no se considera un problema serio.

1.4.10 - SAFER

El SAFER (Secure And Fast Encription Routine) es un algoritmo de cifrado por bloques no propietario. Está orientado a bytes y emplea un tamaño de bloque de 64 bits y claves de 64 (SAFER K-64) o 128 bits (SAFER K-128). Tiene un número variable de rotaciones, pero es recomendable emplear como mínimo 6.

El algoritmo original fue considerado inmune al criptoanálisis lineal y diferencial,pero Knudsen descubrió una debilidad en el generador de claves y el algoritmo fue modificado (SAFER SK-64 y SAFER SK-128).


1.4.11 - Blowfish

Es un algoritmo de cifrado por bloques de 64 bits desarrollado por Scheiner. Es un algoritmo de tipo Feistel y cada rotación consiste en una permutación que depende de la clave y una sustitución que depende de la clave y los datos.Todas las operaciones se basan en o-exclusivas sobre palabras de 32 bits. La clave tiene tamaño variable (con un máximo de 448 bits) y se emplea para generar varios vectores de subclaves.

Este algoritmo se diseño para máquinas de 32 bits y es considerablemente más rápido que el DES.

El algoritmo es considerado seguro aunque se han descubierto algunas claves débiles, un ataque contra una versión del algoritmo con tres rotaciones y un ataque diferencial contra una variante del algoritmo.

1.5 - Algoritmos de clave pública

1.5.1 - RSA

El RSA, llamado así por las siglas de sus creadores (Rivest, Shamir y Adelman), es el algoritmo de clave pública más popular. El algoritmo se puede usar para encriptar comunicaciones, firmas digitales e intercambio de claves.

La clave es de tamaño variable, generalmente se usan claves entre 512 y 2048 bits. Las claves más grandes aumentan la seguridad del algoritmo pero disminuyen su eficiencia y generan más texto cifrado.Los bloques de texto en claro pueden ser de cualquier tamaño, siempre que sea menor que la longitud de la clave. Los bloques de texto cifrado generados son del tamaño de la clave.

La clave pública del algoritmo tiene la forma (e, n), donde e es el exponente y n el módulo. La longitud de la clave es igual al número de bits de n. El módulo se obtiene multiplicando dos números primos grandes, p y q. Los números se seleccionan aleatoriamente y se guardan en

secreto. La clave privada tiene la forma (d, n), donde d es el producto inverso de e modulo (p-

1)(q-1) (es decir, (ed - 1) es divisible por (p-1)(q-1)).

El cálculo de d a partir de p y q es sencillo, pero es computacionalmente imposible calcular d sin conocer p y q para valores grandes de n, ya que obtener sus valores es equivalente a factorizar n, que es un problema intratable computacionalmente.


1.6 - Funcionamiento de los algoritmos

1.6.1 - Encriptación.

Para encriptar un mensaje un usuario calcula c=me modulo n, donde m es el texto en claro, c es el texto cifrado y (e, n) es la clave pública del destinatario.

Desencriptación. Para desencriptar el mensaje el destinatario calcula cd modulo n = (me)d modulo n = med modulo n = m, donde (d, n) es la clave privada del destinatario. Hay que indicar que la última sustitución es posible por el modo en que hemos escogido los números, ya que d es el producto inverso de e modulo n, por lo que med= m.

Firmado. Si el emisor desea enviar el mensaje firmado usa su clave privada para calcular c=md modulo n y el destinatario lo valida calculando ce modulo n = (md)e modulo n = mde modulo n = m, donde (e, n) es la clave pública del emisor.

El algoritmo es lento, ya que emplea operaciones matemáticas que tienen un coste elevado y trabaja con claves de gran tamaño. Parte del problema está en la elección del exponente e, ya que un exponente de 512 bits escogido aleatoriamente precisa 768 multiplicaciones en promedio. Para solucionarlo se suelen escoger los valores 3 ó 65537, que precisan 3 y 17 multiplicaciones respectivamente. La elección de un exponente fijo no disminuye la seguridad del algoritmo si se emplean esquemas de criptografía de clave pública adecuados, como por ejemplo el relleno de mensajes con bits aleatorios.

Adicionalmente, el uso de exponentes fijos hace que la encriptación sea más rápida que la desencriptación y la verificación más rápida que la firma. Esta última característica es incluso deseable, ya que un usuario firma una vez un mensaje pero es posible que la firma se valide muchas veces.

Comparado con los sistemas de cifrado simétrico como el DES, el algoritmo de RSA es 100 veces más lento en software y de 1000 a 10000 veces más lento en hardware.

1.6.2 - Diffie-Hellman

El algoritmo de Diffie Hellman es un algoritmo de clave pública que permite el intercambio seguro de un secreto compartido. Generalmente se emplea junto con algoritmos de cifrado simétrico, como método para acordar una clave secreta. El algoritmo no se puede usar para encriptar conversaciones o firmas digitales.

El funcionamiento del algoritmo es como sigue:

El emisor escoge un número primo grande p y un generador g (g<p) y se los envía al destinatario. A continuación escoge un número grande dA como clave privada y calcula la clave pública correspondiente eA = gd

A modulo p.


De modo similar, el destinatario escoge una clave privada dB y una clave privada eB = gdB modulo

p.

Ambos participantes intercambian sus claves públicas y calculan un secreto compartido. El del emisor será sA = eB

dA = (gd

B)dA = gd

BdA modulo p. Y el del destinatario sB = eA

dB = (gd

A)dB = gd

AdB=

gdB

dA modulo p.

Con este sistema, aunque un tercero interceptara los números p y g y las claves públicas eA y eB, no podría calcular el secreto compartido sin tener una de las claves privadas, lo que equivale a calcular el logaritmo discreto de una de las claves públicas, que es un problema intratable computacionalmente.

El problema fundamental de este algoritmo es que es sensible a ataques activos del tipo hombre en el medio. Si la comunicación es interceptada por un tercero, este se puede hacer pasar por el emisor cara al destinatario y viceversa, ya que no disponemos de ningún mecanismo para validar la identidad de los participantes en la comunicación.Así, el hombre en el medio podría acordar una clave con cada participante y retransmitir los datos entre ellos, escuchando la conversación en ambos sentidos.

Capitulo II

Referencias Técnicas


Capitulo II

2.0 - Referencias Técnicas

2.1 - Descripción de la codificación

La seguridad de la WLAN se puede complementar activando la codificación de datos mediante WEP (Protocolo de codificación inalámbrico). Se puede elegir un nivel de codificación de 64 ó 128 bits. Además, los datos se pueden codificar a continuación con una clave.Otro parámetro, denominado índice de claves, ofrece la opción de crear varias claves para el perfil de que se trate. No obstante, sólo se puede usar una clave al mismo tiempo. También puede elegir la protección con contraseña de un perfil de Intel(R) PROSet para redes inalámbricas a fin de garantizar la privacidad. La frase de autenticación se utiliza para generar automáticamente una clave WEP. Existe la opción de o bien usar una frase de autenticación o bien introducir manualmente una clave WEP. Usando la codificación de 64 bits, la frase de autenticación consta de 5 caracteres, y se puede optar por o bien introducir una frase cualquiera que sea fácil de recordar, como por ejemplo Acme1, o bien introducir las 10 cifras hexadecimales de la clave WEP correspondiente a la red a la que desea conectarse el usuario. En la codificación de 128 bits, la frase de autenticación consta de 13 caracteres, o bien la otra opción es introducir las 26 cifras hexadecimales correspondientes a la clave WEP de la red a la que se desea conectar.

2.2 - Codificación y autenticación WEP

La codificación y autenticación compartida de la privacidad equivalente a cables (WEP) brinda protección a los datos en una red. WEP utiliza una clave de codificación para codificar los datos antes de transmitirlos.Sólo los equipos que utilicen la misma clave de codificación pueden tener acceso a la red o descodificar los datos codificados transmitidos por otros equipos. La autenticación ofrece un proceso de validación adicional desde el adaptador hasta el punto de acceso.

Los métodos de autenticación admitidos son la autenticación Abierta y la autenticación de Clave compartida:

La autenticación de clave compartida admite claves de codificación WEP de 64 bits y de 128 bits.

El modo abierto no utiliza un método de autenticación de la codificación asociado a un punto de acceso ad hoc.

2.3 - Claves de red

Cuando está activada la codificación de datos (WEP, CKIP o TKIP),se utiliza una clave de red para la codificación. Se puede proporcionar automáticamente una clave de red para el usuario (por ejemplo, se puede proporcionar en el adaptador de red inalámbrico o el usuario puede escribirla y especificar la longitud (64 bits o 128 bits), el formato (caracteres ASCII o dígitos hexadecimales) y el índice (la ubicación de una clave determinada).


Cuanto más larga es la clave, más segura es ésta. Cada vez que se aumenta un bit a la longitud de la clave, el número de claves posibles se duplica. Bajo 802.11, se puede configurar una estación inalámbrica con un máximo de cuatro claves (los valores del índice de las claves son 1, 2, 3 y 4). Cuando un punto de acceso o una estación inalámbrica transmite un mensaje codificado mediante una clave almacenada en un índice de claves determinado, el mensaje transmitido indica el índice de la clave que se utilizó para codificar el cuerpo del mensaje. El punto de acceso o estación inalámbrica receptora puede, a continuación, recuperar la clave que está en el índice de la clave y utilizarla para descodificar el cuerpo codificado del mensaje.

2.4 - Tipos de claves de codificación

La familia de normativas 802.1x utiliza dos tipos de claves de codificación estáticas y dinámicas.Las claves de codificación estáticas se cambian manualmente y son más vulnerables. La autenticación MD5 utiliza sólo claves de codificación estáticas.Las claves de codificación dinámicas se renuevan automáticamente de forma periódica. Esto hace que las claves sean más seguras. Para activar las claves de codificación dinámicas, debe utilizar los métodos de autenticación 802.1x basados en certificados, tales como TLS, TTLS o PEAP.

El lineamiento a seguir dentro de estas claves es:

Autenticación 802.1x

Funciones de 802.1x

Compatibilidad con el protocolo solicitante 802.1x

Compatibilidad con el Protocolo de autenticación ampliable (EAP) - RFC 2284

Métodos de autenticación compatibles:

MD5 - RFC 2284

Protocolo de autenticación EAP TLS - RFC 2716 y RFC 2246

TLS de túnel EAP (TTLS)

LEAP de Cisco

PEAP

Compatible con Windows XP, 2000


Notas de autenticación 802.1x

Los métodos de autenticación 802.1x incluyen contraseñas, certificados y tarjetas inteligentes (tarjetas plásticas que contienen datos)

La opción de autenticación 802.1x sólo se puede utilizar con el modo de operación de infraestructura

Los modos de autenticación de red son: EAP-TLS, EAP-TTLS, Desafío MD5, LEAP (sólo para Cisco Compatible Extensions) y PEAP (sólo para los modos WPA)

2.5 - Descripción general de Auntentificación

La autenticación 802.1x es independiente del proceso de autenticación de 802.11. El estándar 802.1x provee un marco para varios protocolos de autenticación y gestión de claves. Existen distintos tipos de autenticación 802.1x y cada uno ofrece un método distinto de autenticación pero todos emplean el mismo protocolo y marco 802.1x para la comunicación entre un cliente y un punto de acceso.En la mayoría de los protocolos, al finalizar el proceso de autenticación 802.1x, el solicitante recibe una clave que utiliza para la codificación de datos.

Con la autenticación 802.1x, se utiliza un método de autenticación entre el cliente y el servidor de Servicio de usuario para el acceso telefónico remoto (RADIUS) conectado al punto de acceso. El proceso de autenticación utiliza credenciales, tales como la contraseña del usuario, las cuales no se transmiten a través de la red inalámbrica. La mayoría de los tipos 802.1x son compatibles con las claves dinámicas para cada usuario y cada sesión, lo cual fortalece la seguridad de claves estáticas. 802.1x se beneficia del uso del protocolo de autenticación existente conocido como Protocolo de autenticación ampliable ligero (EAP). La autenticación 802.1x para redes locales inalámbricas tiene tres componentes principales: El autenticador (el punto de acceso), el solicitante (el software cliente) y el servidor de autenticación (un servidor de Servicio de usuario para el acceso telefónico remoto (RADIUS)). La seguridad de autenticación 802.1x inicia una solicitud de autorización desde el cliente WLAN al punto de acceso, el cual autentica al cliente en un servidor RADIUS compatible con el Protocolo de autenticación ampliable (EAP).El servidor RADIUS puede autenticar ya sea a los usuarios (mediante contraseñas o certificados) o a los equipos (mediante direcciones MAC). En teoría, un cliente inalámbrico puede unirse a las redes hasta que se complete la transacción. 802.1x utiliza distintos algoritmos de autenticación; Desafío MD5, EAP-TLS, EAP-TTLS, EAP protegido (PEAP) y el Protocolo de autenticación ampliable ligero inalámbrico EAP de Cisco (LEAP). Todos éstos son métodos que el cliente WLAN utiliza para identificarse a sí mismo ante el servidor RADIUS. Con la autenticación RADIUS, las identidades de los usuarios se verifican en las bases de datos. RADIUS constituye un conjunto de estándares que controlan la autenticación, la autorización y la contabilidad (AAA). Radius incluye un proceso proxy para validar los cliente en los entornos con varios servidores.El estándar IEEE 802.1x se utiliza para controlar y autenticar el acceso a redes inalámbricas 802.11 basadas en puerto y a redes Ethernet cableadas. El control del acceso a redes basadas en puerto es similar a una infraestructura de red de área local (LAN) conmutada que autentica los dispositivos que están conectados a un puerto LAN y previene el acceso a dicho puerto si falla el proceso de autenticación.


Funcionamiento de la autenticación 802.1x

La siguiente es una descripción simplificada de la autenticación 802.1x:

Un cliente envía un mensaje de "solicitud de acceso" a un punto de acceso. El punto de acceso solicita la identidad del cliente.

El cliente responde con un paquete de identidad que se pasa al servidor de autenticación.

El servidor de autenticación envía un paquete de "aceptación" al punto de acceso.

El punto de acceso coloca el puerto del cliente en el estado autorizado y se permite el tráfico de datos.

Consulte Configuración del cliente para la autenticación WEP y MD5 si desea más detalles sobre la configuración de un perfil 802.1x mediante la utilidad Intel(R) PROSet para redes inalámbricas.

2.5.1 - RADIUS

RADIUS es el Servicio de usuario para el acceso telefónico remoto, un protocolo cliente servidor de autorización, autenticación y contabilidad (AAA) que se utiliza cuando un cliente de acceso telefónico AAA inicia o finaliza una sesión en un Servidor de acceso a redes.Por lo general, los Proveedores de servicios de Internet (ISP) utilizan servidores RADIUS para efectuar tareas AAA. A continuación se describen las fases AAA:

Fase de autenticación: Verifica el nombre de usuario y la contraseña en una base de datos local.Después de verificar las credenciales, se inicia el proceso de autorización.

Fase de autorización: Determina si se permitirá que una solicitud tenga acceso a un recurso.Se asigna una dirección IP al cliente de acceso telefónico.

Fase de contabilidad: Recopila información sobre el uso de los recursos para el análisis de tendencias, la auditoría, el cobro del tiempo de las sesiones o la asignación de costes.

2.6 - Acceso protegido Wi-Fi (WPA)

El Acceso protegido Wi-Fi (WPA) es una mejora de la seguridad que aumenta considerablemente el nivel de protección de datos y el control del acceso a una WLAN. El modo WPA impone la autenticación y el intercambio de claves de 802.1x y funciona sólo con claves de codificación dinámicas.Para reforzar la codificación de datos, WPA utiliza el Protocolo de integridad de claves (TKIP).

TKIP brinda importantes mejoras en la codificación de datos que incluyen una función de mezcla de claves por paquete, una verificación de integridad de mensajes (MIC) de nombre "Michael", un vector de inicialización (IV) extendido con reglas de secuencia y un mecanismo de reintroducción de claves.Mediante estas mejoras, TKIP brinda protección para las flaquezas conocidas de WEP.


2.6.1 - PEAP

PEAP es un nuevo tipo de autenticación del Protocolo de autenticación ampliable (EAP) IEEE 802.1x diseñado para sacar provecho de la seguridad del nivel de transporte EAP (EAP-TLS) del lado del servidor y para admitir varios métodos de autenticación, los cuales incluyen las contraseñas de usuario, las contraseñas de un solo uso y las tarjetas de testigo genérico.

2.7 - LEAP de Cisco

LEAP de Cisco (EAP inalámbrico de Cisco) es una autenticación 802.1x de servidor a cliente que utiliza una contraseña de inicio de sesión proporcionada por el usuario. Cuando el punto de acceso inalámbrico se comunica con un RADIUS habilitado para LEAP de Cisco (servidor de control de acceso seguro de Cisco (ACS)), LEAP de Cisco ofrece el control del acceso a través de la autenticación mutua entre los adaptadores inalámbricos de los clientes y la red inalámbrica y brinda claves de codificación de usuario individuales y dinámicas para ayudar a proteger la privacidad de los datos transmitidos.

2.7.1 – Función de Seguridad Rogue AP De Cisco La función Rogue AP de Cisco ofrece protección segura de la introducción de un punto de acce-so pirata que pudiese imitar un punto de acceso legítimo en una red a fin de extraer información acerca de las credenciales de usuario y protocolos de autenticación, lo cual podría poner en pe-ligro la seguridad. Esta función solo opera con la autenticación LEAP de Cisco. La tecnología 802.11 estándar no protege una red de la introducción de un punto de acceso pirata.

2.7.2 - CKIP

El Protocolo de integridad de claves de Cisco (CKIP) es un protocolo de seguridad propiedad de Cisco para la codificación en medios 802.11. CKIP utiliza las funciones siguientes para mejorar la seguridad 802.11 en el modo de infraestructura:

Permutación de clave

Verificación de integridad de mensajes

Número de secuencia de mensajes


2.8 - FRAME RELAY

Frame Relay o (Frame-mode Bearer Service) es una técnica de comunicación mediante retransmisión de tramas, introducida por la ITU-T a partir de la recomendación I.122 de 1988. Consiste en una forma simplificada de tecnología de conmutación de paquetes que transmite una variedad de tamaños de tramas o marcos (“frames”) para datos, perfecto para la transmisión de grandes cantidades de datos.

La técnica Frame Relay se utiliza para un servicio de transmisión de voz y datos a alta velocidad que permite la interconexión de redes de área local separadas geográficamente a un costo menor.

Ofrece mayores velocidades y rendimiento, a la vez que provee la eficiencia de ancho de banda que viene como resultado de los múltiples circuitos virtuales que comparten un puerto de una sola línea.Los servicios de Frame Relay son confiables y de alto rendimiento. Son un método económico de enviar datos, convirtiéndolo en una alternativa a las líneas dedicadas. El Frame Relay es ideal para usuarios que necesitan una conexión de mediana o alta velocidad para mantener un tráfico de datos entre localidades múltiples y distantes.

Frame Relay proporciona conexiones entre usuarios a través de una red pública, del mismo modo que lo haría una red privada punto a punto, esto quiere decir que es orientado a la conexión.

Las conexiones pueden ser del tipo permanente, (PVC, Permanent Virtual Circuit) o conmutadas (SVC, Switched Virtual Circuit).Por ahora solo se utiliza la permanente. De hecho, su gran ventaja es la de reemplazar las líneas privadas por un sólo enlace a la red.

El uso de conexiones implica que los nodos de la red son conmutadores, y las tramas deben llegar ordenadas al destinatario, ya que todas siguen el mismo camino a través de la red, puede manejar tanto tráfico de datos como de voz.

Al contratar un servicio Frame Relay, contratamos un ancho de banda determinado en un tiempo determinado. A este ancho de banda se le conoce como CIR (Commited Information Rate). Esta velocidad, surge de la división de Bc (Committed Burst), entre Tc (el intervalo de tiempo).

No obstante, una de las características de Frame Relay es su capacidad para adaptarse a las necesidades de las aplicaciones, pudiendo usar una mayor velocidad de la contratada en momentos puntuales, adaptándose muy bien al tráfico en ráfagas, pero en media en el intervalo Tc no deberá superarse la cantidad estipulada Bc.

Estos Bc bits, serán enviados de forma transparente. No obstante, cabe la posibilidad de transmitir por encima del CIR contratado, mediante los Be (Excess Burst). Estos datos que superan lo contratado, serán enviados en modo best-effort, activándose el bit DE de estas tramas, con lo que serán las primeras en ser descartadas en caso de congestión en algún nodo.


Fig 2.8 – Gráfica de bits transmitidos en tiempo para Frame Relay

Como se observa en la Fig 2.8 muestra los bits que superen la cantidad de Bc+Be en el intervalo, serán descartados directamente sin llegar a entrar en la red.

Para realizar control de congestión de la red, Frame Relay activa unos bits, que se llaman FECN (forward explicit congestion notification), BECN (backward explicit congestion notification) y DE (Discard Eligibility). Para ello utiliza el protocolo LAPF, un protocolo de nivel de enlace que mejora al protocolo LAPD.

FECN se activa, o lo que es lo mismo, se pone en 1, cuando hay congestión en el mismo sentido que va la trama. BECN se activa cuando hay congestión en el sentido opuesto a la transmisión.

De igual a 1 indica que la trama será descartable en cuanto haya congestión. Se utiliza el llamado Algoritmo del Cubo Agujereado, de forma que se simulan 2 cubos con un agujero en el fondo: Por el primero de ellos pasan las tramas con un tráfico inferior a CIR, el que supera este límite pasa al segundo cubo, por el que pasará el tráfico inferior a CIR+EIR (y que tendrán DE=1). El que supera este segundo cubo es descartado. En cada nodo hay un gestor de tramas, que decide, en caso de congestión, a quien notificar, si es leve avisa a las estaciones que generan más tráfico, si es severa le avisa a todos. Siguiendo el algoritmo anterior, podríamos


descartar en el peor de los casos el tráfico que pasa a través del segundo cubo.Este funcionamiento garantiza que se cumplen las características de la gestión de tráfico.

Por otro lado, no lleva a cabo ningún tipo de control de errores o flujo, ya que delega ese tipo de responsabilidades en capas superiores, obteniendo como resultado una notable reducción del tráfico en la red, aumentando significativamente su rendimiento. Esta delegación de responsabilidades también conlleva otra consecuencia, y es la reducción del tamaño de su cabecera, necesitando de menor tiempo de proceso en los nodos de la red y consiguiendo de nuevo una mayor eficiencia. Esta delegación de control de errores en capas superiores es debido a que Frame Relay trabaja bajo redes digitales en las cuales la probabilidad de error es muy baja.

2.8.1 - Aplicaciones y Beneficios de Frame Relay

Reducción de complejidad en la red.Conexiones virtuales múltiples que son capaces de compartir la misma línea de acceso.

Equipo a costo reducido.Se reduce las necesidades del “hardware” y el procesamiento simplificado ofrece un mayor rendimiento por su dinero.

Mejora del desempeño y del tiempo de respuesta. Conectividad directa entre localidades con pocos atrasos en la red.

Mayor disponibilidad en la red. Las conexiones a la red pueden redirigirse automáticamente a diversos cursos cuando ocurre un error.

Se pueden utilizar procedimientos de Calidad de Servicio (QoS) basados en el funcionamiento Frame Relay.

Tarifa fija.Los precios no son sensitivos a la distancia, lo que significa que los clientes no son penalizados por conexiones a largas distancias.

Mayor flexibilidad.Las conexiones son definidas por los programas. Los cambios hechos a la red son más rápidos y a menor costo si se comparan con otros servicios.


2.9 - MICROONDAS

Se denomina microondas a unas ondas electromagnéticas definidas en un rango de frecuencias determinado; generalmente de entre 300 MHz y 300 GHz, que supone un período de oscilación de 3 ns (3×10-9 s) a 3 ps (3×10-12 s) y una longitud de onda en el rango de 1 m a 1 mm. Otras definiciones, por ejemplo las de los estándares IEC 60050 y IEEE 100 situan su rango de frecuencias entre 1 GHz y 300 GHz, es decir, longitudes de onda de entre 30 cm a 1 mm.

El rango de las microondas está incluido en las bandas de radiofrecuencia, concretamente en las UHF (ultra-high frequency, frecuencia ultra alta en español) (0.3 – 3 GHz), SHF (super-high frequency, super alta frecuencia) (3 – 30 GHz) y EHF (extremely high frequency, extremadamente alta frecuencia) (30 – 300 GHz).Otras bandas de radiofrecuencia incluyen ondas de menor frecuencia y mayor longitud de onda que las microondas.Las microondas de mayor frecuencia y menor longitud de onda —en el orden de milímetros— se denominan ondas milimétricas, radiación terahercio o rayos T.

La existencia de ondas electromagnéticas, de las cuales las microondas forman parte del espectro de alta frecuencia, fueron predichas por Maxwell en 1864 a partir de sus famosas Ecuaciones de Maxwell. En 1888, Heinrich Rudolf Hertz fue el primero en demostrar la existencia de ondas electromagnéticas

Las microondas pueden ser generadas de varias maneras, generalmente divididas en dos categorías: dispositivos de estado sólido y dispositivos basados en tubos de vacío. Los dispositivos de estado sólido para microondas están basados en semiconductores de silicio o arsenuro de galio, e incluyen transistores de efecto campo (FET), transistores de unión bipolar (BJT), diodos Gunn y diodos IMPATT. Se han desarrollado versiones especializadas de transistores estándar para altas velocidades que se usan comúnmente en aplicaciones de microondas.

Los dispositivos basados en tubos de vacío operan teniendo en cuenta el movimiento balístico de un electrón en el vacío bajo la influencia de campos eléctricos o magnéticos, entre los que se incluyen el magnetrón, el Klistrón, el TWT y el girotón.

2.9.1 – Usos de las Microondas

El Active Denial System (ADS, Sistema Activo de Rechazo) es un proyecto del Ejército de los Estados Unidos en fase de desarrollo para el uso de microondas como arma no letal. El ADS produciría un aumento de la temperatura corporal de un individuo situado a una distancia de hasta 500 metros, mediante el mismo sistema que utiliza un horno microondas.

Una de las aplicaciones más conocidas de las microondas es el horno microondas, que usa un magnetrón para producir ondas a una frecuencia de aproximadamente 2.45 GHz. Estas ondas hacen vibrar o rotar las moléculas de agua, lo cual genera calor. Debido a que la mayor parte de los alimentos contienen un importante porcentaje de agua, pueden ser fácilmente cocinados de esta manera.


En telecomunicaciones, las microondas son usadas en radiodifusión, ya que estas pasan fácilmente a través de la atmósfera con menos interferencia que otras longitudes de onda mayores.También hay más ancho de banda en el espectro de microondas que en el resto del espectro de radio.Usualmente, las microondas son usadas en programas informativos de televisión para transmitir una señal desde una localización remota a una estación de televisión mediante una camioneta especialmente equipada. Protocolos inalámbricos LAN, tales como Bluetooth y las especificaciones de Wi-Fi IEEE 802.11g y b también usan microondas en la banda ISM, aunque la especificación 802.11a usa una banda ISM en el rango de los 5 GHz. La televisión por cable y el acceso a Internet vía cable coaxial usan algunas de las más bajas frecuencias de microondas. Algunas redes de telefonía celular también usan bajas frecuencias de microondas.

En la industria armamentística, se han desarrollado prototipos de armas que utilicen la tecnología de microondas para la incapacitación momentánea o permanente de diferentes enemigos en un radio limitado.

La tecnología de microondas también es utilizada por los rádares, para detectar el rango, velocidad y otras características de objetos remotos; o en el máser, un dispositivo similar a un láser pero que trabaja con frecuencias de microondas.

Tabla 2.9 - Bandas de frecuencia de microondas

Banda P L S C X Ku K Ka Q U V E W F D

Inicio (GHZ) 0,2 1 2 4 8 12 18 26,5 30 40 50 60 75 90 110

Final (GHZ) 1 2 4 8 12 18 26,5 40 50 60 75 90 110 140 170


2.10 – ACCESO DE TELEFONO CELULAR

La gran idea del sistema celular es la división de la ciudad en pequeñas células o celdas. Esta idea permite la re-utilización de frecuencias a través de la ciudad, con lo que miles de personas pueden usar los teléfonos al mismo tiempo. En un sistema típico de telefonía análoga de los Estados Unidos, la compañía recibe alrededor de 800 frecuencias para usar en cada ciudad. La compañía divide la ciudad en celdas. Cada celda generalmente tiene un tamaño de 26 kilómetros cuadrados. Las celdas son normalmente diseñadas como hexágonos (figuras de seis lados), en una gran rejilla de hexágonos.

Cada celda tiene una estación base que consiste de una torre y un pequeño edificio que contiene el equipo de radio.

Cada celda en un sistema análogo utiliza un séptimo de los canales de voz disponibles. Eso es, una celda, más las seis celdas que la rodean en un arreglo hexagonal, cada una utilizando un séptimo de los canales disponibles para que cada celda tenga un grupo único de frecuencias y no haya colisiones:

Un proveedor de servicio celular típicamente recibe 832 radio frecuencias para utilizar en una ciudad.

Cada teléfono celular utiliza dos frecuencias por llamada, por lo que típicamente hay 395 canales de voz por portador de señal. (las 42 frecuencias restantes son utilizadas como canales de control).Por lo tanto, cada celda tiene alrededor de 56 canales de voz disponibles.

En otras palabras, en cualquier celda, pueden hablar 56 personas en sus teléfonos celulares al mismo tiempo.Con la transmisión digital, el número de canales disponibles aumenta.Por ejemplo el sistema digital TDMA puede acarrear el triple de llamadas en cada celda, alrededor de 168 canales disponibles simultáneamente.

Los teléfonos celulares tienen adentro transmisores de bajo poder.Muchos teléfonos celulares tienen dos intensidades de señal: 0.6 watts y 3.0 watts (en comparación, la mayoría de los radios de banda civil transmiten a 4 watts.) La estación central también transmite a bajo poder. Los transmisores de bajo poder tienen dos ventajas:

Las transmisiones de la base central y de los teléfonos en la misma celda no salen de ésta.Por lo tanto, cada celda puede re-utilizar las mismas 56 frecuencias a través de la ciudad.

El consumo de energía del teléfono celular, que generalmente funciona con baterías, es relativamente bajo.Una baja energía significa baterías más pequeñas, lo cual hace posibles los teléfonos celulares.

La tecnología celular requiere un gran número de bases o estaciones en una ciudad de cualquier tamaño. Una ciudad grande puede llegar a tener cientos de torres.Cada ciudad necesita tener una oficina central la cual maneja todas las conexiones telefónicas a teléfonos convencionales, y controla todas las estaciones de la región.


Los celulares son dispositivos electrónicos con diseños intricados, con partes encargadas de procesar millones de cálculos por segundo para comprimir y descomprimir el flujo de voz.

Un teléfono celular contiene las siguientes partes:

Un circuito integrado que contiene el cerebro del teléfono.

Una antena

Una pantalla de cristal líquido (LCD)

Un teclado pequeño

Un micrófono

Una bocina

Una batería

2.10.1 - TECNOLOGÍAS DE ACCESO CELULAR.

En la actualidad existen tres tecnologías comunmente usadas para transmitir información en las redes celulares las cuales son:

Acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA)

Acceso múltiple por división de tiempo (TDMA)

Acceso múltiple por división de código (CDMA)

Aunque estas tecnologías se vienen aplicando con la telefonia normal, se puede tener una idea de cómo funcionan examinando cada palabra de los nombres.

La diferencia primordial yace en el método de acceso, el cual varía entre:

Frecuencia, utilizada en la tecnología FDMA

Tiempo, utilizado en la tecnología TDMA

Códigos únicos, que se proveen a cada llamada en la tecnología CDMA.

La primera parte de los nombres de las tres tecnologías (Acceso múltiple), significa que más de un usuario múltiple puede usar el acceso a cada celda.


2.10.2 - Funcionamiento De Tecnologías Celulares

La tecnología FDMA separa el espectro en distintos canales de voz, al separar el ancho de banda en pedazos (frecuencias) uniformes. La tecnología FDMA es mayormente utilizada para la transmisión analógica.Esta tecnología no es recomendada para transmisiones digitales, aun cuando es capaz de llevar información digital.

La tecnología TDMA comprime las conversaciones (digitales), y las envía cada una utilizando la señal de radio por un tercio de tiempo solamente. La compresión de la señal de voz es posible debido a que la información digital puede ser reducida de tamaño por ser información binaria (unos y ceros). Debido a esta compresión, la tecnología TDMA tiene tres veces la capacidad de un sistema analógico que utilice el mismo número de canales.

La tecnología CDMA es muy diferente a la tecnología TDMA. La CDMA, después de digitalizar la información, la transmite a través de todo el ancho de banda disponible. Varias llamadas son sobrepuestas en el canal, y cada una tiene un código de secuencia único.Usando al tecnología CDMA, es posible comprimir entre 8 y 10 llamadas digitales para que estas ocupen el mismo espacio que ocuparía una llamada en el sistema analógico.

En teoría, las tecnologías TDMA y CDMA deben de ser transparentes entre sí (no deben interferirse o degradar la calidad), sin embargo en la práctica se presentan algunos problemas menores, como diferencias en el volumen y calidad, entre ambas tecnologías.

2.11 - GENERACIÓNES DE COMUNICACIONES MOVILES

2.11.1 - Primera generación (1G)

La 1G de la telefonia móvil hizo su aparición en 1979 y se caracterizó por se analógica y estric-tamente para voz. La calidad de los enlaces era muy baja, tenían baja velocidad (2400 bauds). En cuanto a la transferencia entre celdas, era muy imprecisa ya que contaban con una baja capacidad (Basadas en FDMA, Frequency Division Multiple Access) y, además, la seguridad no existía. La tecnología predominante de esta generación es AMPS (Advanced Mobile Phone System).

2.11.2 - Segunda generación (2G)

La 2G arribó hasta 1990 y a diferencia de la primera se caracterizó por ser digital. EL sistema 2G utiliza protocolos de codificación más sofisticados y se emplea en los sistemas de telefonía celular actuales.


Las tecnologías predominantes son: GSM (Global System por Mobile Communications); IS-136 (conocido también como TIA/EIA136 o ANSI-136) y CDMA (Code Division Multiple Access) y PDC (Personal Digital Communications).

Los protocolos empleados en los sistemas 2G soportan velocidades de información más altas por voz, pero limitados en comunicación de datos. Se pueden ofrecer servicios auxiliares, como datos, fax y SMS (Short Message Service). La mayoría de los protocolos de 2G ofrecen diferentes niveles de encripción. En Estados Unidos y otros países se le conoce a 2G como PCS (Personal Communication Services).

2.11.3 - Generación 2.5 G

Muchos de los proveedores de servicios de telecomunicaciones tuvieron como instancia de tecnología a las redes 2.5G antes de entrar masivamente a la 3. La tecnología 2.5G es más rápida, y más económica para actualizar a 3G.

La generación 2.5G ofrece características extendidas, ya que cuenta con más capacidades adicionales que los sistemas 2G, como: GPRS (General Packet Radio System), HSCSD (High Speed Circuit Switched), EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution), IS-136B e IS-95Bm entre otros.Los carriers a 2.5G aparecieron en el 2001. Mientras que Japón salto directo de 3G también en el 2001.

2.11.4 - Tercera generación 3G.

La 3G se caracteriza por contener a la convergencia de voz y datos con acceso inalámbrico a Internet; en otras palabras, es apta para aplicaciones multimedia y altas transmisiones de datos.

Los protocolos empleados en los sistemas 3G soportan altas velocidades de información y están enfocados para aplicaciones más allá de la voz como audio (mp3), video en movimiento, videoconferencia y acceso rápido a Internet, sólo por nombrar algunos. Se espera que las redes 3G empiecen a operar en el 2001 en Japón, por NTT DoCoMo; en Europa y parte de Asia en el 2004, posteriormente en Estados Unidos y otros países.

Asimismo, los sistemas 3G alcanzarán velocidades de hasta 384 kbps,permitiendo una movilidad total a usuarios, viajando a 120 kilómetros por hora en ambientes exteriores.También alcanzará una velocidad máxima de 2 Mbps, permitiendo una movilidad limitada a usuarios, caminando a menos de 10 kilómetros por hora en ambientes estacionarios de corto alcance o en interiores.

En relación a las predicciones sobre la cantidad de usuarios que podría albergar 3G, The Yanlee Group anticipa que en el 2008 habrá más de 1,150 millones en el mundo, comparados con los 700 millones que hubo en el 2002. Dichas cifras nos anticipan un gran número de capital involucrado en la telefonía inalámbrica, lo que con mayor razón las compañías fabricantes de tecnología, así como los proveedores de servicios de telecomunicaciones pasaran a la evolución de la llamada 3G.


2.11.5 - Cuarta Generación (4G)

La diferencia básica entre una red de 3ra y otra de 4ta generación es la tasa de bit disponible para el usuario. Mientras que las redes de 3ra generación ofrecen accesos hasta de 384 Kbps, con picos de hasta 2 Mbps (con los que podría manejar servicios de audio, datos e imágenes), las redes de 4ta generación ofrecen accesos realmente multimedia, en las que podrá manejarse la transferencia de video en tiempo real, con velocidades equivalentes a las de una LAN básica (10 Mbps) y mayores.Para lograr esto, se necesita manejar anchos de banda de al menos 20 MHz por canal, por lo que la tecnología se considera de banda ancha. Puesto que la potencia necesaria para el transmisor es directamente proporcional al ancho de banda de la señal, el área de cobertura de una estación base para red de 4ta generación es de diámetro reducido; por lo que se prevee que se limitará a una picocélula (hasta de 200 m de radio).Por tanto, la tecnología inalámbrica de 4ta generación no vendrá a substituir a la de 3ra, sino a complementarla.

2.12 - Redes inalámbricas

Las redes inalámbricas son aquellas que se comunican por un medio de transmisión no guiado (sin cables) mediante ondas electromagnéticas y ondas de radio. La transmisión y la recepción se realiza a través de antenas.

Tienen ventajas como la rápida y fácil instalación de la red sin la necesidad de tirar cableado, permiten la movilidad y tienen menos costes de mantenimiento que una red convencional.Según el tamaño que tiene cada red, es decir, su cobertura, se pueden clasificar en diferentes tipos:

2.12.1 - WPAN (Wireless Personal Area Network)

En este tipo de red de cobertura personal, existen tecnologías basadas en HomeRF (estándar para conectar todos los teléfonos móviles de la casa y los ordenadores mediante un aparato central); Bluetooth (protocolo que sigue la especificación IEEE 802.15.1); ZigBee (basado en la especificación IEEE 802.15.4 y utilitzado en aplicaciones como la domótica, que requieren comunicaciones seguras con tasas bajas de transmisión de datos y maximización de la vida útil de sus baterías, bajo consumo); RFID (sistema remoto de almacenamiento y recuperación de datos con el propósito de transmitir la identidad de un objeto (similar a un número de serie único mediante ondas de radio).


Fig 2.12 - Diagrama de de los estándares wireless

2.12.2 - WLAN (Wireless Local Area Network)

En las redes de área local podemos encontrar tecnologías inalámbricas basadas en HiperLAN (High Performance Radio LAN), un estándar del grupo ETSI, o tecnologías basadas en Wi-Fi (Wireless-Fidelity), que siguen el estándar IEEE 802.11 con diferentes variantes.

2.12.3 - WMAN (Wireless Metropolitan Area Network, Wireless MAN)

Para redes de área metropolitana se encuentran tecnologías basadas en WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access, es decir, Interoperabilidad Mundial para Acceso con Microondas), un estándar de comunicación inalámbrica basado en la norma IEEE 802.16. WiMax es un protocolo parecido a Wi-Fi, pero con más cobertura y ancho de banda. También podemos encontrar otros sistemas de comunicación como LMDS (Local Multipoint Distribution Service).

2.12.4 - WWAN (Wireless Wide Area Network, Wireless WAN)

En estas redes encontramos tecnologías como UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), utilizada con los teléfonos móviles de tercera generación (3G) y sucesora de la tecnología GSM (para móviles 2G), o también la tecnología digital para móviles GPRS (General Packet Radio Service).

2.13 - Características y Medios de Transmisión Inalámbricos

Según el rango de frecuencias utilizado para transmitir, el medio de transmisión pueden ser las ondas de radio, las microondas terrestres, por satélite y los infrarrojos, por ejemplo. Dependiendo del medio, la red inalámbrica tendrá unas características u otras aunado al tipo de enlace y aplicación que se le asigne en nuestro caso para Wimax es necesario la combinación de microondas y ondas de radio.


2.13.1 - Ondas de radio

Las ondas electromagnéticas son omnidireccionales, así que no son necesarias las antenas parabólicas. La transmisión no es sensible a las atenuaciones producidas por la lluvia ya que se opera en frecuencias no demasiado elevadas. En este rango se encuentran las bandas des de la ELF que va de 3 a 30 Hz, hasta la banda UHF que va de los 300 a los 3000 MHz, es decir, comprende el espectro radioelectrico de 30 - 3000000 Hz.

2.13.2 - Microondas terrestres

Se utilizan antenas parabólicas con un diámetro aproximado de unos tres metros. Tienen una cobertura de kilómetros, pero con el inconveniente de que el emisor y el receptor deben estar perfectamente alineados. Por eso, se acostumbran a utilizar en enlaces punto a punto en distancias cortas. En este caso, la atenuación producida por la lluvia es más importante ya que se opera a una frecuencia más elevada.Las microondas comprenden las frecuencias desde 1 hasta 300 GHz.

2.13.3 - Microondas por satélite

Se hacen enlaces entre dos o más estaciones terrestres que se denominan estaciones base.El satélite recibe la señal (denominada señal ascendente) en una banda de frecuencia, la amplifica y la retransmite en otra banda (señal descendente).Cada satélite opera en unas bandas concretas. Las fronteras frecuenciales de las microondas, tanto terrestres como por satélite, con los infrarrojos y las ondas de radio de alta frecuencia se mezclan bastante, así que pueden haber interferencias con las comunicaciones en determinadas frecuencias.

Infrarrojos: se enlazan transmisores y receptores que modulan la luz infrarroja no coherente. Deben estar alineados directamente o con una reflexión en una superfície. No pueden atravesar las paredes. Los infrarrojos van desde 300 GHz hasta 384 Hz.

2.14 - Aplicaciones de las Conexiones Inalámbricas

Las bandas más importantes con aplicaciones inalámbricas, del rango de frecuencias que abarcan las ondas de radio, son la VLF (comunicaciones en navegación y submarinos), LF (radio AM de onda larga), MF (radio AM de onda media), HF (radio AM de onda corta), VHF (radio FM y TV), UHF (TV).

Mediante las microondas terrestres, existen diferentes aplicaciones basadas en protocolos como Bluetooth o ZigBee para interconectar ordenadores portátiles, PDAs, teléfonos u otros aparatos. También se utilizan las microondas para comunicaciones con radares (detección de velocidad o otras características de objetos remotos) y para la televisión digital terrestre.

Las microondas por satélite se usan para la difusión de televisión por satélite, transmisión telefónica a larga distancia y en redes privadas, por ejemplo los infrarrojos tienen aplicaciones como la comunicación a corta distancia de los ordenadores con sus periféricos.


También se utilizan para mandos a distancia, ya que así no interfieren con otras señales electromagnéticas, por ejemplo la señal de televisión.Uno de los estándares más usados en estas comunicaciones es el IrDA (Infrared Data Association). Otros usos que tienen los infrarrojos son técnicas como la termografía, la cual permite determinar la temperatura de objetos a distancia

2.14.1 - Evolución del Teléfono Móvil

Los servicios telefónicos analógicos fueron introducidos primero en Estados Unidos en 1946 dando servicio a 25 ciudades principales.En cada una había una estación base, formada por un transmisor de gran potencia y un receptor sensible, localizados en el centro, en la cumbre de una colina o de una torre que abarcaba un radio aproximado de 30 millas en torno a la estación base.

Los primeros sistemas telefónicos móviles de FM, semidúplex de oprimir para hablar fueron introducidos a fines de la década de 1940, y necesitaban ancho de banda de 120 kHz por canal.Luego a principios de la década siguiente, la FCC duplicó la cantidad de canales de telefonía móvil, al reducir el ancho de banda de 60 kHz por canal.En 1960 la AT&T introdujo el servicio dúplex de discado directo con otras mejoras de funcionamiento, y en 1968 propuso el concepto de sistema móvil celular a la FCC.A mediados de la década de 1970 se desarrollaron los sistemas de teléfono celular móvil, y los circuitos integrados en miniatura permitieron la administración de los algoritmos necesarios para las operaciones de conmutación y control.De nuevo se bajó a la mitad el ancho de banda a 30 kHz, aumentando así la cantidad de canales telefónicos móviles al doble.

En 1974, la FCC asignó 40 MHz adicionales de ancho de banda para el radio servicio celular, de 825 a 845 MHz, y de 870 a 890 MHz. Estas bandas de frecuencia estaban asignadas antes a los canales 70 al 83 de TV. En 1975, la FCC otorgó a la AT&T el primer permiso para operar un radio servicio celular en desarrollo, en Chicago al año siguiente, la FCC otorgó la autorización a la American Radio Telephone Service (ARTS) para instalar un segundo sistema en desarrollo en la zona de Baltimore y Washington D.C en 1983 la FCC asignó 666 canales telefónicos móviles de 30 kHz semidúplex a AT&T para formar el primer sistema de teléfono celular en Estados Unidos, llamado servicio telefónico móvil vanzado (AMPS Advanced Mobile Phone System) . Este sistema ocupaba originalmente un ancho de banda 40 MHz en la banda de 88 MHz pero en 1989 la FCC otorgó otros 166 canales semidúplex . En 1991 se introdujeron los primeros servicios celulares digitales en lagunas de las principales ciudades de E.U.A que permitían un uso más eficiente del ancho de banda disponible mediante compresión de voz. La capacidad especificada en la norma estadounidense celular digital (USDC de U.S Digital Cellular EIA IS-54) tri´plica la capacidad de AMPS, que usaba FM convencional y acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA). La norma estadounidense especifica modulación digital, codificación de voz y acceso múltiple por división de tiempo (TDMA), después la compañía Qualcomm desarrolló el primer sistema telefónico celular, basado en acceso múltiple por división de código (CDMA).

El sistema de Qualcomm fue normalizado por la asociación de la industria de Telecomunicaciones (TIA) como norma provisional.


2.15 -Teléfono Celular

El teléfono celular corrige muchos de los problemas del servicio telefónico móvil tradicional en dos sentidos. Se determinó que al subdividir un área geográfica relativamente grande del mercado llamada zona de cobertura en secciones mas pequeñas llamadas células, se podría emplear el concepto de reutilización de frecuencia para aumentar en forma dramática la capacidad de un canal telefónico móvil. En esencia los sistemas telefónicos celulares permiten que una gran cantidad de usuarios compartan una cantidad limitada de canales de uso común disponibles en una región. Además la tecnología de circuitos integrados y microprocesadores así como microcontroladores permiten que los programas de procesamiento sea más rápido y eficiente. En la telefonía celular cada área se sigue subdiviendo en células de forma hexagonal que encajan entre sí formando una estructura de panal, se escogió la forma hexagonal porque proporciona la transmisión más eficiente al aproximarse a la forma circular y al mismo tiempo eliminar los huecos inherentes a los círculos adyacentes. Una célula se define por su tamaño geográfico y lo más importante por el tamaño de su población y sus pautas de tráfico. La cantidad de células por sistema no está definida en forma específica y se la asigna a cada área una cantidad fija de canales celulares de voz. El tamaño físico de una célula varía dependiendo de la densidad de usuarios.

Por ejemplo las macrocélulas suelen tener un radio de 1 a 15 millas con valores de potencia de salida de 1 a 20 watts. Las microcélulas suelen tener un radio desde algunos pies hasta varios cientos de pies con niveles de potencia de salida de 0 a 1 watt.

Fig 2.15 – Sistema telefónico celular simplificado


Las microcélulas son las que se usan con más frecuencia en las ciudades. En virtud de su corto radio efectivo de funcionamiento las microcélulas muestran deterioros poco importantes en la propagación como reflexiones y demoras de señal. Las macrocélulas pueden sobreponerse a los grupos de microcélulas con las unidades móviles lentas usando las microcélulas y las de movimientos más rápidos usando las macrocélulas. La unidad móvil debe poder identificarse a sí misma como de movimiento lento o rápido, permitiendo así hacer menos transferencias de célula y actualizaciones de ubicación.Los algoritmos de transferencia de célula se pueden modificar para tener en cuenta las pequeñas distancias entre unidad móvil y su estación microcelular base. El teléfono celular implica reemplazar una estación transmisora base fija de alta potencia, ubicada en lo alto del centro de una ciudad con muchos duplicados de baja potencia, de la infraestructura fija distribuidos sobre el área de cobertura en lugares más cercanos al suelo.También agrega una dimensión espacial al sencillo modelo de troncal de cable de los sistemas telefónicos normales de cableado.

2.15.1 - Reutilización de frecuencia

La reutilización de frecuencia es el proceso en el cual se puede asignar el mismo conjunto de frecuencias (canales) a más de una célula, siempre y cuando las células estén alejadas por cierta distancia, al reducir el área de cobertura de cada célula se invita a la reutilización de frecuencia.Las células que usan el mismo conjunto de canales de radio pueden evitar la interferencia mutua, siempre que estén alejados a la distancia suficiente. A cada estación de base de célula se le asigna un grupo de frecuencias de canal distintas de los grupos de las células adyacentes y se escogen las antenas de la estación base para lograr determinada distribución de cobertura (huella) dentro de su célula. Sin embargo mientras un área de cobertura esté limitada a las fronteras de una célula, se puede usar el mismo grupo de frecuencias de canal en una célula distinta siempre que las dos células estén separadas lo suficiente entre sí.

Al diseñar un sistema con células de forma hexagonal, se pueden mostrar los transmisores de estación base en el centro de la célula (células excitadas en el centro) o en tres de los seis vértices de la célula (células excitadas en el borde o la esquina). En las células excitadas en el centro se usan normalmente antenas omnidireccionales y en las células excitadas en el borde se usan antenas direccionales sectorizadas. El concepto de reutilización de frecuencia se expresa de forma matemática considerando un sistema con cierta cantidad de canales dúplex disponibles. A cada área geográfica se le asigna un grupo de canales, que se divide entre N células en agrupamiento único y ajeno en el que cada célula tiene la misma cantidad de canales, entonces la cantidad total de canales de radio disponibles se puede expresar como:

F=GN

En donde N= cantidad de células en grupo

G = cantidad de canales e una célula

F= cantidad de canales dúplex disponibles en un grupo y G < F


Las células que usan el mismo conjunto de frecuencias disponibles de canal, en forma colectiva se llama grupo.

Cuando se reproduce un grupo m veces dentro de un sistema, la cantidad total de canales dúplex se puede determinar como sigue

C = mGN o también G = mF

Donde C = capacidad de canales

m= cantidad de unidades de asignación

De acuerdo con estas ecuaciones la capacidad de canales de un sistema telefónico celular es directamente proporcional a la cantidad de veces que se duplica o reproduce un grupo en determinada área de servicio.Al factor N se llama tamaño de grupo y suele ser de 3, 7 o 12.

Cuando se reduce el tamaño de grupo manteniendo constante el tamaño de la célula, se requieren más unidades de asignación para cubrir determinada área y por consiguiente la capacidad es mayor. El factor de reutilización de frecuencia de un sistema telefónico celular es inversamente proporcional a la cantidad de células en un grupo es decir a 1/N- ésima parte de los canales totales disponibles en el grupo.

Fig – 2.15.1 Celulas hexagonales equidistantes celulares


En las células se usa forma hexagonal que tiene exactamente seis células equidistantes vecinas y las líneas que unen a los centros de cualquier célula con los de sus vecinas forman ángulos de múltiplos de 60°.

Por lo anterior es posible tener una cantidad limitada de tamaños de grupo y de distribución de células. Para unir células sin huecos entre ellas (teselarlas), la geometría de un hexágono es tal que la cantidad de células por grupo sólo puede tener valores que satisfagan la ecuación;

N = i2 + ij +j2

Donde

N = cantidad de células por grupo

i y j = valores enteros no negativos

El proceso de determinar la fila con células de canal compartido más cercanas es:

1.- Recorrer i células sucesivas por su centro

2.- Dar vuelta 60° en dirección contraria a las manecillas del reloj

3.- Recorrer las células hacia delante, pasando por el centro de células sucesivas.


Fig 2.15.2 - Reticula de celulas hexagonales sobrepuestas a un área

2.16 - Interferencia

Las dos clases principales de interferencia producida dentro de un sistema de teléfono celular son la interferencia de canal compartido y la interferencia de canal adyacente.

Interferencia De Canal Compartido.En la reutilización de frecuencia varias células dentro de determinada región de cobertura usan el mismo conjunto de frecuencias. Dos células que usen el mismo conjunto de frecuencias se llaman células por canal compartido y a la interferencia entre ellas se le llama interferencia de canal compartido. A diferencia del ruido térmico la interferencia por canal compartido no se puede reducir solo con aumentar las potencias de transmisión porque al aumentar la potencia de transmisión en una célula aumenta la probabilidad de que esa transmisión interfiera con la transmisión de otra célula. Para reducir la interferencia de canal compartido se deben separar los canales compartidos una determinada distancia mínima.

La interferencia entre células no es proporcional a la distancia entre ellas, sino más bien a la relación de la distancia entre el radio de la célula, como el radio de una célula es proporcional a la potencia de transmision.


Se pueden agregar más canales de radio a un sistema sólo disminuyendo la potencia de transmisión por célula, haciendo las células más pequeñas y llenando las áreas vacías de cobertura con nuevas células. En un sistema celular donde todas las células sean del mismo tamaño aproximado, la interferencia por canal compartido depende del radio (R) de las células y de la distancia al centro de la célula de canal compartido más cercana. Al aumentar la relación D/R aumenta la separación entre células de canal compartido en relación con la distancia de cobertura.Entonces.Se puede reducir la interferencia por canal aumentando la relación de reutilización de canal compartido. Para la geometría hexagonal.

Q = D/R = 3N1/2

Donde

Q = relación de reutilización de canal compartido (adimensional)

D = distancia al centro de la célula más cercana de canal compartido (kilómetros)

R = radio de la célula (kilómetros)

N = tamaño del grupo (cantidad de células)

Mientras menor sea el valor de Q, la capacidad de canales será mayor porque también es pequeño el tamaño del grupo. Sin embargo un valor grande de Q mejora la interferencia por canal compartido y con ella la calidad general de transmisión.


Fig 2.16.1 - Diagrama de operabilidad de un sector celular

2.17 - Evolución de las Comunicaciones Digitales.

En particular las comunicaciones electrónicas son la transmisión recepción y procesamiento de información usando circuitos electrónicos. Se define a la información como el conocimiento o las señales inteligentes comunicadas o recibidas que comprenden tres secciones principales: una fuente, un destino y un medio de transmisión. La información se propaga a través de un sistema de comunicaciones en forma de símbolos que pueden ser analógicos (proporcionales), como la voz humana, la información de las imágenes de video o la música o bien pueden ser digitales (discretos), como los números codificados en sistema binario, los códigos alfanuméricos, los símbolos gráficos, los códigos de operación de microprocesadores o la información de bases de datos. Sin embargo, y con mucha frecuencia, la información de la fuente no es adecuada para transmitirse en su forma original y se debe convertir a una forma más adecuada antes de transmitirla. Por ejemplo, con los sistemas de comunicaciones digitales, la información analógica se convierte en forma digital antes de transmitirla y con los sistemas de comunicaciones analógicos, los datos digitales se convierten en señales analógicas antes de transmitirlos.

Los sistemas tradicionales de comunicaciones electrónicas que usan técnicas convencionales de modulación analógica como los de modulación de amplitud (AM) modulación de frecuencia (FM) y modulación de fase (PM) se están sustituyendo rápidamente por sistemas de comunicación digital, más modernos que tienen varias ventajas como : la facilidad de procesamiento, de multiplexado e inmunidad de ruido.

Sin embargo también en las comunicaciones digitales se abarcan las portadoras analógicas de frecuencia relativamente altas que se modulan mediante señales de información digital de relativamente baja frecuencia, y a los sistemas que manejan la transmisión de pulsos digitales.


Fig. 2.17.1 - Diagrama a bloques simplificado de un sistema de comunicaciones electrónicas.

El término de comunicaciones digitales abarca una gran área de técnicas de comunicaciones que incluyen la transmisión digital y el radio digital. Se aplica ala transmisión de pulsos digitales entre dos o más puntos en un sistema de comunicaciones. La radio digital es la transmisión de portadoras analógicas moduladas digitalmente entre dos o más puntos de un sistema de comunicaciones. Los sistemas digitales de transmisión requieren una instalación física entre el transmisor y el receptor, como un par de hilos metálicos, un cable coaxial o un cable de fibra óptica. En los sistemas digitales de radio el medio de transmisión podría ser el espacio libre, la atmósfera terrestre o una instalación física como un cable metálico o de fibra óptica.


Fig 2.17.2 – Radio y Transmición digital a bloques

Las figura 2.17.2 muestra diagramas simplificados de bloques de un sistema de transmisiones digitales y uno de radio digital. El primero, la fuente original de información puede estar en forma digital o analógica. En el sistema digital de radio la señal moduladora de entrada y la señal desmodulada de salida son pulsos digitales, estos se podrían originar en un sistema digital de transmisión o en la fuente original digital como puede ser una computadora central o bien estar en la codificación binaria de una señal analógica.

2.18 - Capacidad de Información (Limite de Shannon)

La capacidad de información de un sistema de comunicaciones representa la cantidad de símbolos independientes que pueden transportarse por el sistema en determinada unidad de tiempo. El símbolo binario más básico es el dígito binario o bit. En consecuencia, conviene con frecuencia expresar la capacidad de información de un sistema en bits por segundo o bps.

La relación útil entre la amplitud de banda, el tiempo de transmisión y la capacidad de información. El desarrollo de esta es la ley de Hartley;

I = B x T


En donde:

I = capacidad de información (bps)

B= amplitud de banda (hertz)

T = tiempo de transmisión (seg)

De acuerdo a la ecuación la capacidad de información es una función lineal de la amplitud de banda y del tiempo de transmisión y es directamente proporcional a ambos. Si cambia el ancho de información o el tiempo de transmisión, se tendrá un cambio directamente proporcional de capacidad de información.

Shannon relaciona la capacidad de información de un canal de comunicaciones con el ancho de banda y la relación de señal a ruido. Matemáticamente el límite de shannon de capacidad de información es:

I = B log2 ( 1 + S/N)

I = 3.32 B log10 ( 1 + S/N)

Donde:


B = amplitud de banda (Hertz)

S/N = relación potencia señal a ruido

Para un canal normal de comunicaciones de voz, con relación de potencias de señal a ruido de 1000 (30dB) y amplitud de banda de 2.7 kHz, el Límite de shannon de capacidad de información es:

I = 2700 log2 ( 1+1000) = 26.9 kbps

De acuerdo al ejemplo anterior se pueden transferir 26.9 kbps a través de un canal de 2,7 kHz. Esto es cierto matemáticamente pero no se puede hacer con un sistema binario, para alcanzar una rapidez de transmisión de información de 26.9 kbps por un canal de 2.7 kHz cada símbolo transmitido debe contener más de un bit de información. Por lo anterior, para alcanzar el límite de Shannon de capacidad de información, se deben usar sistemas digitales con más de dos condiciones (símbolos) de salida.


2.19 - Radio Digital

La propiedad que distingue un sistema de radio digital de un sistema convencional de radio AM, FM o PM es la naturaleza de la señal moduladora. Los sistemas digitales y analógicos de radio usan ambos portadoras sin embargo en la modulación analógica la señal moduladora es analógica y en la modulación digital la señal moduladora es digital en los dos tipos de modulación la fuente de información podría haber sido analógica o digital.

Fig 2.19.1 - Radio Digital a Bloques

La figura muestra un diagrama de bloques simplificados de un sistema digital de radio. En el transmisor, el precodificador hace la conversión de nivel, y a continuación codifica, o agrupa los datos que llegan en una palabra de control que modula a la portadora analógica.

La portadora modulada se filtra, se amplifica y a continuación se transmite por el medio de transmisión hasta el receptor.En el receptor, la señal de entrada se filtra, amplifica y se aplica seguido al circuito desmodulador que reproduce la información de la fuente original. Los circuitos de reloj y de recuperación de portadora eliminan la información de la señal portadora y del reloj de sincronización de la señal modulada que entra.

2.20 - Modulación digital en amplitud

La técnica de modulación digital más sencilla es la modulación digital de amplitud que únicamente es una modulación de amplitud con portadora completa y doble banda lateral. La ecuación que describe la modulación digital de amplitud mediante una señal binaria es

Vam(t) = [ 1 + Vm(t) ] [A /2 cos (wct ) ]

En la que:

Vam(t) = voltaje de la onda de amplitud modulada


A/2 = amplitud de la portadora no modulada (volts)

Vm(t) = señal binaria moduladora (volts)

wc = frecuencia de la portadora en radianes (radianes por segundo)

En la ecuación anterior la señal moduladora [Vm(t) ] es un forma de onda binaria normalizada en la que +1V = 1 lógico y -1V = 0 lógico. Por consiguiente, para una entrada de 1 lógico Vm(t) = +1, y la ecuación se reduce a:

Vam(t) = [1+1] [A/2 cos (wct)]

= A cos(wct)

Y para una entrada de o lógico Vm(t) = -1 la ecuación se reduce a:

Vam(t) = [1-1] [A/2 cos (wct)] = 0

Así para 100% de modulación Vam(t) es A cos (wct) ó 0. Por consiguiente la portadora está encendida o apagada y es la causa de que a la modulación digital de amplitud se le suela llamar modulación por manipulación encendido-apagado (OOK de on-off keying).A veces la modulación por modulación de amplitud se la llama onda continua porque cuando se transmite la portadora (cuando esta encendida) tiene amplitud constante, frecuencia constante y fase constante.

2.21 -Rapidez de bits FSK y Baudios

Con FSK binaria hay un cambio de frecuencia de salida cada vez que cambia la condición lógica de la señal binaria de entrada.En consecuencia, la rapidez de cambio de salida es igual a la rapidez de cambio en la entrada. En la modulación digital, la rapidez de cambio en la entrada del modulador se llama frecuencia de bits o rapidez de transferencia de bits, y se representa por fb. Tiene las unidades de bits por segundo (bps).Debido a esto la rapidez de cambio de la salida se llama Baudio. Este es una rapidez de cambio y es igual a la recíproca del tiempo de un elemento de señalización en la salida. Con la manipulación por desplazamiento de frecuencias (FSK) el tiempo de un elemento de señalización en la salida es igual al tiempo de un solo bit tb. La frecuencia de salida cambia de una frecuencia de marca a una de espacio y viceversa, con la misma rapidez con la que la condición de entrada cambia de 1 lógico a 0 lógico y viceversa. También el tiempo mínimo de salida de una frecuencia de espacio o de marca es igual al tiempo de un bit, por consiguiente con la FSK binaria el tiempo de un elemento de señalización y el tiempo de un bit son iguales y entonces todas las rapideces de cambio de entrada y salida son iguales y la rapidez de bits y de baudios también deben ser iguales.


Fig 2.21.1 - Modulador FSK modo binario

Modulador FSK en el cual tb el tiempo de un bit = 1/fb en donde fm es la frecuencia de marca, fs la frecuencia de espacio. T1 = periodo del ciclo más corto, 1/ T1 = frecuencia fundamental de la onda cuadrada binaria y fb =rapidez de entrada en bits por segundo.

2.22 - Codificación Trellis (TCM)

Esta tipo de codificación se usa para lograr rapidez de transmisión mayor que 9600 bps en los canales telefónicos normales de banda de voz en esquema de codificación mucho mas allá de los cuadribits que se usan en el 16-PSK o el 16- QAM, es decir M debe ser mayor que 16. Como es de esperarse los mayores esquemas de codificación requieren mayores relaciones de señal a ruido S/N. Si se aplica el límite de Shannon de capacidad de información, una rapidez de transmisión de datos de 28.8 kbps que use un canal de comunicaciones con 3200 Hz de nacho de banda requiere una relación de señal a ruido de

I = B log2 ( 1 + S/N)

I = 3.32 B log10 ( 1 + S/N)

Donde:


B = amplitud de banda (Hertz)

S/N = relación potencia señal a ruido


Por consiguiente

28.8 kbps = 3.32 x 3200 log (1+ S/N)

28,800 = 10,624 log (1+ S/N)

28,800/10,624 = log (1+S/N)

2.71 = log (1+S/N)

102.71 – 1 = S/N

512 = S/N

En dB

S/N = 10 log 512 = 27 dB

En forma parecida, una rapidez de transmisión de datos de 56 kbps sobre un canal de 3200 Hz de ancho de banda necesitaría una relación S/N mínima de 53 dB.La rapidez de transmisión de datos mayor que 56 kbps se puede alcanzar en canales telefónicos normales con una técnica de codificación llamada Modulación en Código Trellis (TCM) esta combina la codificación y la modulación para reducir la probabilidad de error y así mejorar el funcionamiento.

La idea fundamental de TCM es introducir una redundancia controlada que reduzca la posibilidad de errores de transmisión. Lo que distingue a TCM de los esquemas normales de codificación es la introducción de redundancias al duplicar la cantidad de puntos de señal en determinada constelación PSK o QAM.La modulación Trellis se concibe como un método de aumentar la rapidez de transmisión de bits por los sistemas de comunicaciones usando QAM o PSK con anchos de banda fijo. En general los sistemas de comunicación digital tales como QAM y PSK M –arios usan un conjunto de señales de 2N = M siendo N la cantidad de bits codificados en M condiciones distintas. En consecuencia N = 2 produce una constelación PSK normal con cuatro puntos de señal es decir QPSK. Si se usa la modulación de código Trellis la cantidad de puntos de señal aumenta a dos por los símbolos M posibles para el mismo factor de reducción de M en ancho de banda mientras que se transmite cada señal durante el mismo intervalo de tiempo, TCM también define la manera en la que se permite la presencia de transiciones de estado de señal y las transiciones que no sigan esa pauta se interpretan en el receptor como errores de transmisión.


Fig 2.22.1 - Constelación de 4 y 8 bits QPSK

2.23 - Manipulación QPSK manipulada con TCM

Así,la TCM puede mejorar el funcionamiento en lo que a error se refiere restringiendo la manera en la que se permite transición de señales, Para valores de N mayores que 2, el QAM es el esquema de modulación que se escoge, frente al TCM; sin embargo, para simplificar, se usará la manipulación PSK para explicar, porque es más fácil de ilustrar.

La figura muestra un esquema TCM que usa 8-PSK de dos estados, que en esencia son dos constelaciones QPSK compensadas 45°. Una constelación de cuatro estados se identifica con 0-4-2-6. y la otra con 1-5-3-7. Para esta explicación, las identificaciones 0 a 7 de puntos de señal no son para representar las condiciones reales de datos, sino más bien para indicar un método cómodo de identificar los diversos puntos de señal.

Cada dígito representa uno de cuatro puntos de señal permitidos dentro de cada una de las dos constelaciones QPSK.Cuando se está en la constelación 0-4-2-6 y se transmite un 0 o 4 el sistema permanece en la misma constelación. Sin embargo, cuando se transmite un 2 o un 6, el sistema cambia a la constelación 1-5-3-7. Una vez en esa constelación y cuando se transmite un 3 o un 7, el sistema permanece en ella, y si se transmite un 1 o un 5, el sistema pasa a la constelación 0-4-2-6. Recuérdese que cada símbolo representa a dos bits, por lo que el sistema sufre un desplazamiento de fase de 45° siempre que cambia de una a otra constelación. Un análisis completo de errores de QPSK normal en comparación con QPSK con TCM indicaría una ganancia de codificaciones, para TCM de 2 a 1, 1 a 3 dB. La tabla muestra la lista de las ganancias de codificación logradas con esquemas de codificación TCM con varios estados distintos de Trellis.


La rapidez máxima de datos alcanzable con determinado ancho de banda se puede calcular rearreglando la ecuación

B = fb /N

Donde:

B = ancho mínimo de banda (hertz)

fb = rapidez de entrada de bits (bits por segundo)

M = cantidad de estados de salida (adimensional)

N = log2 M = Cantidad de bitz NRZ (no retorno acero) Codificados.

Fig 2.23.1 - Arreglo De La Constelación TCM De 8-PSK


Tabla 2.23.2 – Tabla en Ganancia de Codificación Trellis

Partiendo de la Ecuación Anterior y Despejando fb la ecuación queda:

N x B = fb

Para un sistema QAM o PSK M-arios los baudios son igual al ancho de banda mínimo requerido, por consiguiente, un ancho de bande de 3200 Hz con código Trellis de nueve bits produce una señal de 3200 baudios y cada baudio lleva nueve bits. En consecuencia la rapidez de transmisión es

fb = 9 x 3200 = 28,8 kbps

Por lo general se percibe a TCM como un esquema de codificación que mejora la QAM normal pero cabe destacar que desde el primer sistema TCM usaba un código de cinco bits que incluía cuatro bits QAM (un cuadribit) y un quinto bit que se usaba para ayudar a decodificar el cuadribit. Para transmitir cinco bits dentro de un soslo elemento de señalización se requiere producir 32 señales discernibles. Por ejemplo una señal de 3200 baudios que use una codificación TCM de nueve bits produce 512 códigos distintos, los nueve bits de datos más un bit redundante para codificación TCM requieren una constelación de 960 puntos.


Fig 2.23.2 – Constelación TCM a 32 puntos QAM a 256

La Figura 2.23.2 - muestra una constelación TCM de QAM de 32 puntos en transición a 256 puntos que usa 4 amplitudes y 8 fases


2.24 - Radiofrecuencia

El término radiofrecuencia, también denominado espectro de radiofrecuencia o RF, se aplica a la porción menos energética del espectro electromagnético, situada entre unos 3 Hz y unos 300 GHz. Las ondas electromagnéticas de esta región del espectro se pueden transmitir aplicando la corriente alterna originada en un generador a una antena. La radiofrecuencia se puede dividir en las siguientes bandas del espectro:

Tabla 2.24 - Radiofrecuencias más utilizadas

Nombre Abreviatura inglesa

Banda ITU Frecuencias Longitud de onda

Frec de mas baja After Freq. AF 3 Inferior a 3 Hz > 100.000 km

Extra baja frecuencia Extremely low frequency

ELF 1 3-30 Hz 100.000 km –10.000 km

Super baja frecuencia Super low frequency

SLF 2 30-300 Hz 10.000 km –1000 km

Ultra baja frecuencia Ultra low frequency

ULF 3 300–3000 Hz 1000 km – 100 km

Muy baja frecuencia Very low frequency VLF 4 3–30 kHz 100 km – 10 km

Baja frecuencia Low frequency LF 5 30–300 kHz 10 km – 1 km

Media frecuencia Medium frequency MF 6 300–3000 kHz 1 km – 100 m

Alta frecuencia High frequency HF 7 3–30 MHz 100 m – 10 m

Muy alta frecuencia Very high frequency VHF 8 30–300 MHz 10 m – 1 m

Ultra alta frecuencia Ultra high frequency

UHF 9 300–3000 MHz 1 m – 100 mm

Super alta frecuencia Super high frequency

SHF 10 3-30 GHz 100 mm – 10 mm

Extra alta frecuencia Extremely high frequency

EHF 11 30-300 GHz 10 mm – 1 mm

Por encima de los 300 GHz

< 1 mm


A partir de 1 GHz las bandas entran dentro del espectro de las microondas. Por encima de 300 GHz la absorción de la radiación electromagnética por la atmósfera terrestre es tan alta que la atmósfera se vuelve opaca a ella, hasta que, en los denominados rangos de frecuencia infrarrojos y ópticos, vuelve de nuevo a ser transparente.

Las bandas ELF, SLF, ULF y VLF comparten el espectro de la AF (audiofrecuencia), que se encuentra entre 20 y 20000 Hz aproximadamente. Sin embargo, éstas se tratan de ondas de presión, como el sonido, por lo que se desplazan a la velocidad del sonido sobre un medio material. Mientras que las ondas de radiofrecuencia, al ser ondas electromagnéticas, se desplazan a la velocidad de la luz y sin necesidad de un medio material.

Los conectores eléctricos diseñados para trabajar con frecuencias de radio se conocen como conectores RF. RF también es el nombre del conector estándar de audio/video, también conocido como BNC (BayoNet Connector).Uno de sus primeros usos fue en el ámbito naval, para el envío de mensajes en código Morse entre los buques y tierra o entre buques.

Actualmente, la radio toma muchas otras formas, incluyendo redes inalámbricas, comunicaciones móviles de todo tipo, así como la radiodifusión.

Antes de la llegada de la televisión, la radiodifusión comercial incluía no solo noticias y música, sino dramas, comedias, shows de variedades, concursos y muchas otras formas de entretenimiento, siendo la radio el único medio de representación dramática que solamente utilizaba el sonido.

2.25 - Usos de la radio

2.25.1 - Audio

La forma más antigua de radiodifusión de audio fue la radiotelegrafía marina, ya mínimamente utilizada. Una onda continua (CW), era conmutada on-off por un manipulador para crear código Morse, que se oía en el receptor como un tono intermitente.

Música y voz mediante radio en modulación de amplitud (AM).

Música y voz, con una mayor fidelidad que la AM, mediante radio en modulación de frecuencia (FM).

Música, voz y servicios interactivos con el sistema de radio digital DAB empleando multiplexación en frecuencia OFDM para la transmisión física de las señales.

Servicios RDS, en sub-banda de FM,de transmisión de datos que permiten transmitir el nombre de la estación y el título de la canción en curso, además de otras informaciones adicionales.


Servicios de voz utilizando FM de banda estrecha en frecuencias especiales para policía, bomberos y otros organismos estatales.

Servicios civiles y militares en alta frecuencia (HF) en la banda de Onda Corta, para comunicación con barcos en alta mar y con poblaciones o instalaciones aisladas y a muy largas distancias.

Sistemas telefónicos celulares digitales para uso cerrado (policía, defensa, ambulancias, etc). Distinto de los servicios públicos de telefonía móvil.

Telefonía

Vídeo

Navegación

Radar

Servicios de emergencia

Transmisión de datos por radio digital

Calentamiento

Fuerza mecánica

Otros

Bandas de frecuencia destacadas

General

Frecuencias de radiodifusión y televisión:

Radio AM = 530kHz - 1600kHz (MF)

TV Banda I (Canales 2 - 6) = 54MHz - 88MHz (VHF)

Radio FM Banda II = 88MHz - 108MHz (VHF)

TV Banda III (Canales 7 - 13) = 174MHz - 216MHz (VHF)

TV Bandas IV y V (Canales 14 - 69) = 512MHz - 806MHz (UHF)


El rango de frecuencias permitido a los radioaficionados varían según el país y la región del territorio del país. Las señaladas aquí en la Tabla 2.25 son las bandas más comunes, identificadas por su longitud de onda en radioastronomía ya que muchos de los objetos astronómicos emiten en radiofrecuencia. En algunos casos en rangos anchos y en otros casos centrados en una frecuencia que se corresponde con una línea espectral,

Tabla 2.25 - Bandas Radiales Mas comunes

Banda Rango de frecuencia Origen del nombre

Banda I hasta 0.2GHz

Banda G 0.2 a 0.25 GHz

Banda P 0.25 a 0.5 GHz Previous, dado que los primeros rádares del Reino Unido utilizaron esta banda, pero luego pasaron a frecuencias más altas

Banda L / LW

0.5 a 1.5 GHz Long wave (Onda larga)

Banda S / SW

2 a 4 GHz Short wave (Onda corta)

Banda C 4 a 8 GHz Compromiso entre S y X

Banda X 8 a 12 GHz Usada en la II Guerra Mundial por los sistemas de control de fuego, X de cruz (como la cruz de la retícula de puntería)

Banda Ku 12 a 18 GHz Kurz-under (bajo la corta)

Banda K 18 a 26 GHz Alemán Kurz (corta)

Banda Ka 26 a 40 GHz Kurz-above (sobre la corta)


Banda Rango de frecuencia

Origen del nombre

Banda V 40 a 75 GHz Very high frequency (Muy alta frecuencia)

Banda W 75 a 111 GHz W sigue a V en el alfabeto

Banda Rango de frecuencia

Banda A hasta 0.25 GHz

Banda B 0.25 a 0.5 GHz

Banda C 0.5 a 1.0 GHz

Banda D 1 a 2 GHz

Banda E 2 a 3 GHz

Banda F 3 a 4 GHz

Banda G 4 a 6 GHz

Banda H 6 a 8 GHz

Banda I 8 a 10 GHz

Banda J 10 a 20 GHz

Banda K 20 a 40 GHz

Banda L 40 a 60 GHz


2.26 - FM

El importante desarrollo y avance de las telecomunicaciones ha tenido varios factores para ayudas de su progreso y una de ellas es la modulación de frecuencia, inyectándole dinamismo, popularidad e interés en todo el mundo, dando estímulos a la generación de ambiciosos planes tanto técnicos como empresariales.

El inicio de la FM hizo lograr importantes progresos en el cumplimiento del compromiso por parte de las organizaciones mundiales, de expandir la cobertura de las comunicaciones a lo largo del mundo, de tal forma que se garantizó el acceso a la comunicación como un derecho fundamental de todos a un futuro no lejano.

La FM fue utilizada en un principio por la radiodifusión para crear canales radiofónicos, a continuación daremos a conocer los diferentes métodos de modulación de frecuencia que han aportado un gran desarrollo a las telecomunicaciones.

2.26.1 - CARACTERISTICAS DE FM

El primer sistema operativo de comunicación radiofónica fue descrito por el inventor norteamericano Edwin H. Armstrong en 1936.

La frecuencia modulada posee varias ventajas sobre el sistema de modulación de amplitud (AM) utilizado alternativamente en radiodifusión. La más importante es que al sistema FM apenas le afectan las interferencias y descargas estáticas. Algunas perturbaciones eléctricas, como las originadas por tormentas o sistemas de encendido de los automóviles, producen señales de radio de amplitud modulada que se captan como ruido en los receptores AM.

Las características principales de la frecuencia modulada son: su modulación y su propagación por ondas directas como consecuencia de su ubicación en la banda de frecuencia de VHF.

La modulación en frecuencia consiste en variar la frecuencia de la portadora proporcionalmente a la frecuencia de la onda moduladora (información), permaneciendo constante su amplitud. A diferencia de la AM, la modulación en frecuencia crea un conjunto de complejas bandas laterales cuya profundidad (extensión) dependerá de la amplitud de la onda moduladora. Como consecuencia del incremento de las bandas laterales, la anchura del canal de la FM será más grande que el tradicional de la onda media, siendo también mayor la anchura de banda de sintonización de los aparatos receptores (especie de " puerta electrónica " de los aparatos receptores que permite que pase a la etapa de demodulación una determinada anchura de señal). La principal consecuencia de la modulación en frecuencia es una mayor calidad de reproducción como resultado de su casi inmunidad hacia las interferencias eléctricas. En consecuencia, es un sistema adecuado para la emisión de programas (música) de alta fidelidad.


Cuando se desarrolló la frecuencia modulada, la banda de MF (tradicional en los servicios de radio) estaba completamente saturada, por lo que se adjudicó la banda de VHF, espectro que ofrecía grandes posibilidades de expansión para los nuevos servicios de radiodifusión. La televisión también se aprovechó de la saturación de media frecuencia. La ausencia de una limitación de la banda de VHF y el ánimo de otorgar a la FM la posibilidad de emitir programación de alta fidelidad, hizo que los canales de frecuencia modulada tuvieran una capacidad muy superior a sus necesidades. Aunque la anchura de los canales depende de decisiones concretas de cada Estado, la mayoría de las naciones han adjudicado a la FM unos canales con una anchura entre 100 y 200 KHz. Si consideramos que todo el espectro de audiofrecuencia necesita una amplitud de 20 KHz, podemos concluir que un canal de FM puede emitir simultáneamente por medio de una multiplexión de frecuencias entre cinco y diez canales completos de alta fidelidad (esta división no es exacta ya que se necesita la ubicación de frecuencias de separación entre cada una de las señales).

La propagación de la banda de VHF (al igual que la UHF y frecuencias superiores) se realiza por medio de las llamadas ondas directas o espaciales, que se caracterizan por su direccionalidad y, en consecuencia, su limitada cobertura (las ondas directas se pierden en el espacio cuando confluyen con la línea del horizonte). Esta direccionalidad hace que las señales de FM puedan ser fácilmente absorbidas o "apagadas" por los obstáculos que encuentra en su trayectoria. La banda de VHF tiene un índice de refracción atmosférica (pequeño declive que hace que su cobertura máxima sea superior al simple horizonte óptico) superior a las bandas de frecuencia más altas (UHF por ejemplo) y en consecuencia pueden alcanzar mayores coberturas. A pesar de la refracción troposférica, la propagación de la banda de VHF se caracteriza por su pequeña cobertura, comparada con la alcanzada por la AM, como consecuencia de la direccionabilidad de las ondas directas o espaciales.

Su pequeña cobertura convierte a la frecuencia modulada en un servicio de radio fundamentalmente local (el empleo de repetidores puede incrementar su cobertura). La escasa longitud de onda de esta banda de frecuencia hace que las antenas sean de pequeñas dimensiones y consecuentemente tengan una polarización horizontal. Sus semejanzas con las antenas de televisión (en longitud y polarización) produce que en la mayoría de los hogares la antena de FM esté incorporada en la propia antena de TV, y en definitiva las antenas de televisión sirvan para la captación de señales de modulación en frecuencia.

Las dificultades de recepción de la FM en los automóviles (generalmente antenas de polarización vertical) ha motivado que las estaciones de frecuencia modulada empleen con frecuencia antenas diseñadas para radiar la señal en ambos planos, horizontal y vertical.Estas antenas, denominadas de polarización circular, permiten que los receptores capten la misma intensidad de señal independientemente de la polarización de la antena receptora.

La propagación de la señal de la frecuencia modulada debe ser en línea de vista.Las torres solo sirven para soporte de las antenas irradiantes.Deben normarse que las plantas transmisoras se ubiquen fuera del perímetro urbano.


2.27 - ESPECTRO DISPERSO

Spread Spectrum ('espectro disperso') es una técnica de comunicación que por los altos costes que acarrea, se aplicó casi exclusivamente para objetivos militares, hasta comienzos de los años noventa. Sin embargo, comienza a surgir lentamente un mercado comercial.

Seguramente mucha gente ha escuchado alguna vez nombrar a LAN (Local Area Networks: Area de redes locales). Estas son redes que comunican ordenadores entre sí a través de cables, lo que hace posible que por ordenador se pueda enviar correo dentro de un edificio determinado, por ejemplo.Actualmente se venden también 'Radio LAN' (RLAN), que constituyen una comunicación inalámbrica entre una cantidad determinada de ordenadores. Para poder captar un programa radial hay que sintonizar con un emisor que está en una determinada frecuencia.Emisores diferentes están en diferentes frecuencias. Cada emisor ocupa un pequeño trozo de la banda emisora dentro de la cual se concentra la potencia de emisión irradiada.Ese pequeño trozo, también llamado amplitud de banda, tiene que ser lo suficientemente grande como para que los emisores cercanos no sean interferidos.A medida que la amplitud de banda es más angosta, pueden funcionar más emisores en una banda de frecuencia.

Un ejemplo:

La banda emisora FM cubre la zona de frecuencia de 88-108 MHz. Si la amplitud de banda de un emisor es 1 MHz, entonces pueden caber (108-88)/1 = 20 emisores en la banda emisora FM.

Si la amplitud de banda de un emisor es 0,2 MHz (= 200 KHz), entonces pueden caber (108-88)/0,2 = 100 emisores en la banda emisora FM.

Si ahora, por ejemplo, quisiera colocar 200 emisores en la banda emisora FM, eso sólo se pudiese si la amplitud de banda de cada emisor disminuyera.Sin embargo, esto ocasiona problemas porque en la emisora FM se maneja una amplitud de banda de 200 KHz. Una amplitud de banda más pequeña produce una menor transmisión de información por lo cual es imposible obtener una calidad Hi-fi. Este principio no es sólo válido para la banda emisora FM, sino también para otras bandas de frecuencia como la banda emisora AM, bandas de radioaficionados, bandas de la policía, etc.

La radio-receptora se puede sintonizar siempre en una frecuencia. Esa frecuencia es retransmitida por el emisor con una amplitud de banda lo más pequeña posible, pero lo suficientemente grande como para transmitir la información deseada.Este tipo de receptores se llama receptores de banda angosta (estrecha).

Por el contrario, en Spread Spectrum no se elige por una amplitud de banda lo más pequeña posible, sino justamente por una lo más grande posible.La amplitud de banda es mayor de lo que se necesita estrictamente para la transmisión de la información.Esta mayor amplitud de banda puede obtenerse de dos maneras.


La primera es codificar la información con una señal seudo-fortuita (aleatoria). La información codificada se transmite en la frecuencia en que funciona el emisor para lo cual se utiliza una amplitud de banda mucho mayor que la que se usa sin codificación (secuencia directa). La segunda posibilidad es codificar la frecuencia de trabajo con una señal seudo-fortuita(aleatoria), por lo que la frecuencia de trabajo cambia permanentemente. En cada frecuencia se envía un pequeño trozo de información (Frecuencia Hopping).

Esta difusión a través del Spread Spectrum puede ser tan grande que un receptor-radio sólo capta un zumbido. Un receptor-radio 'oye', pues, sólo una pequeña parte de la banda de frecuencia. Para poder captar la señal dispersa se necesita receptores con amplitud de banda especial que transformen el zumbido recibido en información. Este receptor de banda ancha tiene que disponer del decodificador apropiado para transformar la señal del emisor en información. De lo anterior se puede deducir en forma sencilla porqué los militares están tan interesados en esta técnica. A eso se agrega que es difícil interferir un emisor de este tipo.Si se interfiere toda la banda de frecuencia, se vuelve imposible cualquier radiocomunicación.

Determinados emisores de escuchas hacen uso también del principio Spread Spectrum. Las ondas de radio están sumergidas en el zumbido (ruido de fondo), en el Spread Spectrum, por lo cual el emisor no es fácil de descubrir con la ayuda de los aparatos de detección de corrientes.

La expectativa general es que comercialmente se vaya a ir haciendo cada vez más uso de Spread Spectrum para la transmisión de datos.A causa de que la potencia de emisión se difunde sobre una banda ancha, puede ser usada por encima de bandas de frecuencia existentes, sin interferir la recepción de banda angosta.Por eso es posible admitir más usuarios en una banda de frecuencia.Otra ventaja es la seguridad de la comunicación. Al fin y al cabo, la información se envía cifrada. En un sistema RLAN con 100 usuarios que utilizan Spread Spectrum es suficiente con 1 frecuencia emisora y 100 señales-codificadoras diferentes. La información se codifica, entonces, directamente.

La técnica Spread Spectrum se puede usar sobre bandas de frecuencia diferentes.Walkie-talkies en el trabajo o teléfonos inalámbricos en casa son aplicaciones que desde el punto de vista técnico se esperan en el porvenir. Sin embargo, este tipo de aparatos no están aún comercializados o son apenas adquiribles (o están a la venta en forma reducida).

La aplicación de esta técnica podría caer fuera del sistema de permisos de emisión, debido a que para un receptor de banda angosta parece como si hubiera zumbido y las emisoras radiales normales en su conjunto, no sufren interferencias por la técnica Spread Spectrum.

2.28 - SALTO EN FRECUENCIA (FHSS: FREQUENCY HOPPING SPREAD SPECTRUM)

FHSS de banda estrecha consiste en que una trama de bits se envía ocupando ranuras específicas e tiempo en diversos canales de radio-frecuencia.

FHSS de banda ancha consiste en que durante el intervalo de 1 bit se conmutan diversos canales de radio-frecuencia.


Al igual que Ethernet los datos son divididos en paquetes de información, solo que estos paquetes son enviados atraves de varias frecuencias, esto es conocido como "Hopping Pattern", la intención de enviar la información por varias frecuencias es cuestión de seguridad, ya que si la información fuera enviada por una sola frecuencia sería muy fácil interceptarla.

Además, para llevar acabo la transmisión de datos es necesario que tanto el aparato que envia como el que recibe información coordinen este denominado "Hopping Pattern". El estandard IEEE 802.11 utiliza FHSS, aunque hoy en dia la tecnologia que sobresale utilizando FHSS es Bluetooth

Fig 2.28.1 - Radio digital con salto en frec. y spreed spectrum

2.29 - ACCESO INALÁMBRICO

En muchos casos usuarios quieren acceder a un medio común para obtener un servicio.

Ejemplos: computadoras conectadas a una red, teléfonos fijos y móviles, etc.

El acceso inalámbrico es aquél en que los usuarios obtienen su servicio mediante un enlace óptico o de radio-frecuencias.

Muchos piensan que esta será la tecnología de acceso del futuro porque evitará el uso de diferentes modos de conexión existentes hoy en día: RS-232C, RJ-45, RJ-11, Centronics, etc.


Para tener acceso, se han creado protocolos que garantizan que el acceso obedezca a algún criterio acordado: acceso justo, dar prioridad a la información sensible a retardos, ofrecer garantías de transporte confiable, etc.

El acceso puede ser mantenido indefinidamente o ser asignado temporalmente por demanda de cada usuario:

FAMA ( Fixed Assigned Multiple Access )

DAMA ( Demand Assigned Multiple Access )

Por lo general, estas modalidades se utilizan en enlaces satelitales, aunque también es factible encontrarlo en enlaces terrestres.Un buen ejemplo de una asignación fija de canales FAMA operando en FDMA (Frequency Division Multiple Access ), usando modulación FM, son los satélites Intelsat IV y V.

Sin embargo, estos satélites también pueden ser usados en modo DAMA operando en FDMA con una frecuencia portadora modulada en QPSK por cada canal telefónico (SCPC: Single Channel per Carrier ).

El acceso inalámbrico en modo de asignación dinámica puede presentar diversas variantes,cada una de las cuales se adapta mejor a la aplicación específica.

En telefonía inalámbrica los protocolos que controlan el acceso operan de acuerdo a los parámetros de frecuencia,tiempo y código.

FDMA: Frequency Division Multiple Access

TDMA: Time Division Multiple Access

CDMA: Code Division Multiple Access

En telefonía inalámbrica la necesidad de comunicación es en ambos sentidos. Para proveer canales bidireccionales (en dirección directa y de retorno) simétricos se han ideado 2 métodos:

FDD: Frequency Division Duplex: canales separados en frecuencia

TDD: Time Division Duplex: canales separados en el tiempo

Fig 2.29 – Bloques funcionales entre TDD Y FDD


2.30 - FDMA

En este caso cada usuario tiene un canal de frecuencia asignado para la comunicación, mientras ésta dure cierto intervalo de tiempo.

Este canal puede estar permanentemente asignado (como es el caso de los canales satelitales FAMA asignados a los carrier internacionales) o puede ser usado transitoriamente por el usuario, (como en la telefonía celular analógica AMPS).

El esquema es relativamente fácil de desarrollar y sencillo de administrar cuando hay pocos usuarios.

Las desventajas son muchas: el sistema es relativamente rígido y cada equipo de estar provisto de las componentes necesarias para usar la frecuencia disponible. No es muy eficiente cuando el número de usuarios es elevado, por lo cual no se usa exclusivamente en los sistemas celulares de 2a generación.Tampoco se adapta muy bien a la transmisión de datos.Los canales son asignados de acuerdo a la demanda.Normalmente FDMA se combina con multiplexing FDD ya que los canales sin uso no pueden ser utilizados por otros para aumentar el BW.El BW de FDMA es de 30 KHz y a su vez FDMA utliza un filtro RF para evitar las interferencias con canales adyacentes.

Fig 2.30 - Bloques funcionales de FDMA

2.31 - FRECUENCIAS PARA SISTEMAS SPREAD SPECTRUM, WI-FI, BLUETOOTH Y WLAN

Desde 912.00 hasta 928.00 MHz Interior y Exterior

Desde 2,400.00 hasta 2,483.75 MHz Interior y Exterior

Desde 5,150.00 hasta 5,350.00 MHz Uso Bajo Techo

Desde 5,725.00 hasta 5,850.00 MHz Interior y Exterior

Todas las bandas antes citadas son de uso libre, sin embargo, a pesar que su utilización puede ser en interiores o exteriores, no se deberá exceder de las siguientes condiciones técnicas de operación:


- La Potencia no deberá exceder a 1 Watt a la salida del transmisor

- La ganancia máxima de las antenas deberá ser de 6 dBi,

- La potencia máxima radiada no debe sobrepasar los 6 dBW (aprox. 3.98 vatios).

Se podrá compensar la ganancia de antena con la potencia de salida del transmisor, de tal forma que la potencia máxima radiada nunca sobrepase los 6 dBW.No se ofrece protección contra interferencias perjudiciales, a quienes utilicen estas tecnologías.

Las bandas de uso libre pueden ser compartidas con bandas de uso Oficial y de uso Regulado, en el caso de las frecuencias de uso libre, éstas deberán dar protección a las de uso oficial y regulado. Esta disposición no es aplicable en el sentido opuesto, es decir, las frecuencias de uso oficial y regulado, no darán protección contra interferencias perjudiciales a las emisiones de uso Libre, cuando frecuencias dentro de esta banda sean compartidas.

Los sistemas que usen estas tecnologías, deberán cesar su operación, si se comprueba que sus emisiones están produciendo interferencias en frecuencias de Uso Regulado o Uso Oficial. Solamente se autorizará su operación, si se demuestra haber solventado el problema de interferencia.

Tipos de Espectro Amplio (Spread Spectrum)

DSSS ("Direct Sequence Spread Spectrum")

FHSS ("Frequency Hopping Spread Spectrum")

FHSS ("Frequency Hopping Spread Spectrum")

Fue la primera implementación de Espectro Amplio y funciona de la siguiente manera:

Al igual que Ethernet los datos son divididos en paquetes de información, solo que estos paquetes son enviados atraves de varias frecuencias, esto es conocido como "Hopping Pattern", la intención de enviar la información por varias frecuencias es cuestión de seguridad, ya que si la información fuera enviada por una sola frecuencia sería muy fácil interceptarla.

Además, para llevar acabo la transmisión de datos es necesario que tanto el aparato que envia como el que recibe información coordinen este denominado "Hopping Pattern". El estandard IEEE 802.11 utiliza FHSS, aunque hoy en dia la tecnologia que sobresale utilizando FHSS es Bluetooth


2.32 – BLUETOOTH

Bluetooth es un estandard que utiliza FHSS, capaz de transmitir a velocidades de 1 Mbps y es apoyado por más de 2000 empresas de tecnologia.Bluetooth ha surgido ultimamente como un posible substituto a todo tipo de cable anexado a una computadora , debido a su costo y el apoyo de cientos de empresas. A su velocidad (1 Mbps) será capaz de substituir las conexiones clasicas de cables paralelos y seriales, ya que es 3 y 6 veces más rápido (respectivamente) que estas conexiones en amplio uso en cualquier computadora.

Esto trae una cantidad interminable de posibilidades desde impresoras, monitores, conexiones de portatiles (Laptops),teclados,mouses ..etc.Esta tecnología es capaz de transmitir información efectivamente hasta una distancia de 10 metros entre aparatos que utilicen transmisores "Bluetooth", debido que se emplea FHSS el "Hopping Pattern" de Bluetooth es de 1600 veces por segundo, lo cual asegura que la transmisión de datos sea altamente segura.

En cuanto a su implementación Bluetooth utiliza el término piconet . Un piconet es un grupo de 2 u 8 aparatos que utilizan "Bluetooth", estos aparatos que forman parte del piconet comparten el mismo rango que es utilizado por un "Hopping Sequence", a su vez cada piconet contiene un aparato principal ("master") que es el encargado de coordinar el "Hopping Pattern" del piconet para que los demás aparatos ("slaves") sean capaces de recibir información

Tabla 2.32 – Clasificación de la Tecnología Bluetooth


2.33 - (OFDM) ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING

Durante los últimos años, la aceptación del OFDM como tecnología de base para el 802.16a que es un estándar de IEEE para redes de área metropolitana inalámbrica que puede proveer extensión inalámbrica para acceso de última milla de banda ancha en instalaciones de cable y DSL. El mismo cubre el rango de frecuencias de 2 a 11 GHz y alcanza hasta 50 kilómetros lineales, brindando conectividad de banda ancha inalámbrica sin necesidad de que exista una línea directa de visión a la estación de base. La velocidad de transmisión de datos puede llegar a 70 Mbps. Una estación de base típica puede albergar hasta seis sectores. La calidad de servicio está integrada dentro del MAC, permitiendo la diferenciación de los niveles de servicio.

El origen del OFDM es en la década del 50/60 en aplicaciones de uso militar que trabaja dividiendo el espectro disponible en múltiples subportadoras. La trasmisión sin línea de vista ocurre cuando entre el receptor y el transmisor existen reflexiones o absorciones de la señal lo que resulta en una degradación de la señal recibida lo que se manifiesta por medio de los siguientes efectos: atenuación plana, atenuación selectiva en frecuencia o interferencia Inter.-símbolo. Estos efectos se mantienen bajo control con el W-OFDM que es una tecnología propietaria de WI LAN quién recibió, en 1994, la patente 5,282,222 para comunicaciones inalámbricas de dos vías y banda ancha OFDM (WOFDM). Esta patente es la base para los estándares 802.11a, 802.11g, 802.11a R/A, 802.16 a estándares para HiperMAN. Los sistemas W-OFDM incorporan además estimación de canal,prefijos cíclicos y códigos Reed-Solomon de corrección de errores.

Fig 2.33 - Modulación con portadoras ortogonales (OFDM)

Wi-LAN introdujo su línea de productos BWS 3000 basada en W-OFDM en octubre del 2001. Actualmente ya ha introducido al mercado la tercera generación de equipos OFDM siendo el único proveedor mundial con una sólida experiencia en esta tecnología probada a través de la excelencia de sus productos.

Es indudable que la gran mayoría de las redes de área local funcionan bajo el estándar 802.11b. Sin embargo, la creciente disponibilidad en el mercado de tarjetas de radio y access points con tecnología 802.11a es la más clara señal de la existencia de otra poderosa tendencia en soluciones para las redes conocidas como LAN. La presencia de ambas tecnologías lleva a los usuarios a confusiones sobre cuál es "mejor" para decidir cuál de las dos deben usar.


Las tecnologías 802.11a y 802.11b definen cada una capa física diferente. Los radios 802.11b transmiten a 2.4 GHz y envían datos a tasas tan altas como 11Mbps usando modulación DSSS (Espectro Disperso de Secuencia Directa); mientras que los radios 802.11a transimiten a 5 GHz y envían datos a tasas de hasta 54 Mbps usando OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing o en español Multiplexación de División de Frecuencia Ortogonal).

OFDM es una tecnología de modulación digital, una forma especial de modulación multi-carrier considerada la piedra angular de la próxima generación de productos y servicios de radio frecuencia de alta velocidad para uso tanto personal como corporativo. La técnica de espectro disperso de OFDM distribuye los datos en un gran número de carriers que están espaciados entre sí en distintas frecuencias precisas. Ese espaciado evita que los demoduladores vean frecuencias distintas a las suyas propias.

OFDM tiene una alta eficiencia de espectro, resilencia a la interface RF y menor distorsión multi-ruta. Actualmente OFDM no sólo se usa en las redes inalámbricas LAN 802.11a, sino en las 802.11g, en comunicaciones de alta velocidad por vía telefónica como las ADSL y en difusión de señales de televisión digital terrestre en Europa, Japón y Australia.

Fig 2.33.1 - Traslapación del espectro de OFDM en multiportadoras

2.34 - W-OFDM - WIDEBAND ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING

Esquema de transmisión que codifica la información en múltiples radio frecuencias simultáneamente. Dando como resultado, mayor seguridad y mayor velocidad. Esto lo convierte en el esquema más eficiente en el uso del ancho de banda en la industria.W-OFDM es la base del estándar IEEE 802.11a que a su vez es la base para el estándar propuesto IEEE 802.16

2.34.1 - Características W-OFDM

Ancho de Banda: 30Mbps

Altamente inmune a interferencias

Punto-a-Punto, 8 a 10Km

Multi-Punto, 3 a 5Km

El reto para la industria es lograr mayores velocidades de transmisión en las redes de datos/Internet. Una propuesta es el esquema de transmisión W-OFDM (Wide-band Orthogonal Frequency Division Multiplexing), este método como otros codifica los datos dentro de una señal


de radio frecuencia (RF). Transmisiones convencionales como AM/FM envían solamente una señal a la vez sobre una frecuencia de radio, mientras que OFDM envía una señal de alta velocidad concurrentemente sobre frecuencias diferentes. Esto nos permite hacer un uso muy eficiente del ancho de banda y tener una comunicación robusta al enfrentar ruido y reflejos de señales.

La tecnología OFDM parte una señal de alta velocidad en decenas o centenas de señales de menor velocidad, que son transmitidas en paralelo. Esto crea un sistema altamente tolerante al ruido, al mismo tiempo es muy eficiente en el uso del ancho de banda y por lo tanto permite una amplia cobertura de área punto a punto y multipunto.

Actualmente existen equipos con la capacidad de transmitir desde 1.5Mbps hasta 30Mbps en 25MHz de ancho de banda y pronto se estarán produciendo equipos que superaran velocidades de 100Mbps. Adicionalmente a la velocidad, se cuenta con opciones de seguridad que hacen virtualmente imposible descifrar la señal que se transmite.

Los equipos con tecnología OFDM ayudan a las empresas a evitar los altos costos de instalación de cable, a eliminar rentas mensuales o cargos por licenciamiento. Son la solución ideal en distancias moderadas para redes de información punto a punto, multipunto, acceso de alta velocidad a Intenet, extensiones de LAN/WAN, Videoconferencia, Telefonía, Telemetría, Control, Etc

2.35 - (FSK) TRANSMISÓN POR DESPLAZAMIENTO DE FRECUENCIA

La transmisión por desplazamiento de frecuencia (FSK), es una forma, en alguna medida simple, de modulación digital de bajo rendimiento. El FSK binario es una forma de modulación angular de amplitud constante, similar a la modulación en frecuencia convencional, excepto que la señal modulante es un flujo de pulsos binarios que varía, entre dos niveles de voltaje discreto, en lugar de una forma de onda analógica que cambia de manera continua. La expresión general para una señal FSK binaria es:

donde v(t) = forma de onda FSK binaria

Vc = amplitud pico de la portadora no modulada wc, = frecuencia de la portadora en radianes

vm(t) = señal modulante digital binaria ∆ w = cambio en frecuencia de salida en radianes

De la ecuación anterior puede verse que, con el FSK binario, la amplitud de la portadora Vc se mantiene constante con la modulación. Sin embargo, la frecuencia en radianes de la portadora


de salida (wc) cambia por una cantidad igual a ± Aw/2.El cambio de frecuencia (D w/2) es proporcional a la amplitud y polaridad de la señal de entrada binaria.

Por ejemplo, un uno binario podría ser +l volt y un cero binario -1 volt produciendo cambios de frecuencia de + D w/2 y -D w/2, respectivamente. Además, la rapidez a la que cambia la frecuencia de la portadora es igual a la rapidez de cambio de la señal de entrada binaria vm(t) (o sea, la razón de bit de entrada). Por tanto, la frecuencia de la portadora de salida se desvía (cambia), entre wc + D w/2 y wc - D w/2 a una velocidad igual a fm.

2.35.1 - TRANSMISOR DE FSK

Con el FSK binario, la frecuencia central o de portadora se desplaza (se desvía), por los datos de la entrada binaria. En consecuencia, la salida de un modulador de FSK binario es una función escalón en el dominio del tiempo. Conforme cambia la señal de entrada binaria de 0 lógico a 1 lógico, y viceversa, la salida del FSK se desplaza entre dos frecuencias: una frecuencia de marca o de 1 lógico y una frecuencia de espacio lógico o de 0 lógico. Con el FSK binario, hay un cambio en la frecuencia de salida, cada vez que la condición lógica de la señal de entrada binaria cambia. Así, la razón de salida del cambio es igual a la razón de entrada del cambio. En la modulación digital, la razón (rapidez de cambio en la entrada del modulador se llama razón de bit y tiene las unidades de bits por segundo (bps). La rapidez (razón) de cambio en la salida del modulador se llama baudio o razón de baudio y es igual al recíproco del tiempo de un elemento de señalización de salida.En esencia, el baudio es la razón de línea en símbolos por segundo. En el FSK binario, las razones de cambio de entrada y salida son iguales; en consecuencia, la razón de bit y la razón de baudio son iguales.

2.36 - (WBFM Y NBFM) FM DE BANDA ANCHA Y ANGOSTA

Cuando una señal es modulada en frecuencia, la portadora cambia en frecuencia en línea con la modulación. Esto se llama la desviación. De la misma manera que el nivel de modulación puede ser variado para una señal en modulación de amplitud, es lo mismo que AM, aunque no hay un nivel máximo o una modulación al 100% como en el caso de AM.

El nivel de modulación está regido por un número de factores.El ancho de banda que está disponible es una. También se encuentra que las señales con una desviación grande pueden apoyar transmisiones más de alta calidad aunque ocupan naturalmente un mayor ancho de banda. Como resultado de estos requisitos que están en conflicto de los diversos niveles de la desviación se utilizan según la aplicación a usar.

Estas aplicaciones con los niveles bajos de la desviación se llaman, modulación de frecuencia en banda angosta (NBFM) y típicamente los niveles de +/- 3 KHz o más son usados dependiendo del ancho de banda disponible.NBFM se utiliza generalmente para comunicaciones punto a punto. Para niveles de desviación mucho más altos se utilizan para broadcasting.

Esto es llamado Wide Band FM (WBFM), FM de Banda Ancha, y es usado para broadcasting con niveles de desviación de +/- 75 KHz.


Para recibir, un scanner FM puede tener dos diversos modos, uno etiquetado WBFM y el otro NBFM.El modo correcto se debe seleccionar obviamente para la recepción correcta.También si se anticipa que la recepción de ambos modos es requerida, entonces el receptor debe tener la capacidad de recibir a cada uno de ellos.

2.36.1 - BANDA ANGOSTA Y BANDA ANCHA

El funcionamiento y el costo van tomados de la mano.Las altas demandas de datos requieren altas anchuras de banda mientras que para las largas distancias la operación de banda estrecha es la manera a seguir. Las regulaciones alrededor del globo permiten el uso de la tecnología de banda ancha y de banda estrecha. Generalmente, confinamos nuestro interés a FM donde la banda estrecha (NBFM) se define como un sistema que funciona sobre una anchura de banda entre 6.5 y 25KHz mientras que los sistemas banda ancha (WBFM) son ésos que funcionan con una anchura de banda ocupada que excede 50KHz.

Con los sistemas (WBFM) la rata de datos puede ser alta, pero esta tiene que ser negociada con respecto a inmunidad del ruido pues la cantidad de ruido que entra en un receptor es proporcional a la raíz cuadrada de su anchura de banda.Por lo tanto el sistema (WBFM) tienen típicamente sensibilidades de alrededor -100 a -102 dBm mientras que los sistemas de banda estrecha varían a partir de -107 a -125dBm. El sistema (WBFM) también por razones de economía es diseñado para funcionar con los osciladores de referencia menos estables (arriba de 100ppm sobre -20 a + 55) que requieren otra anchura de banda más amplia en el receptor, mientras que el sistema de banda estrecha de peor estabilidad tiene sobre la región de los 5ppm del mismo rango. En hecho ahora disponemos de la estabilidad de 1.5ppm en un número de productos sobre el rango de -30C + 70C, requerida bajo regulaciones del EN y de la FCC.

Donde:

c – debe ser de valor variable

KF - debe ser variable de forma que varie a

Fig 2.36.1 - Modulador FM a bloques en banda agosta, NBFM


Donde :

- debe ser de valor variable

El valor de multiplicador de frecuencias debe ser variable

Los parámetros del bloque NBFM como fc y deben ser variables

Fig 2.36.2 - Diagrama a bloques del modulador WBFM


Fig 2.36.3 – Gáficas de Banda Ancha y Banda Angosta para FM


2.37 - (FDM) MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN FRECUENCIA

El empleo de técnicas de multiplexación por división en frecuencia requiere el uso de circuitos que tengan un ancho de banda relativamente grande. Este ancho de banda se divide luego en subcanales de frecuencia.

Cuando una portadora usa FDM para la multiplexación de conversaciones de voz en un circuito ordinario, el paso-banda de 3 Khz de cada conversación se traslada hacia arriba en la frecuencia según un incremento fijo de frecuencia. Este cambio de frecuencia coloca la conversación de voz en un canal predefinido del circuito multiplexado de FDM.

En el destino, otro FDM demultiplexa la voz,cambiando el spectrum de frecuencia de cada conversación hacia abajo con el mismo incremento de frecuencia que se hizo al principio hacia arriba.

El principal uso de FDM es para permitir a las portadoras llevar un gran número de conversaciones de voz simultáneamente en un único circuito común enrutado entre dos oficinas portadoras.

El proceso actual para asignar bandas de frecuencia a cada conversación de voz ha sido estandarizado por la CCITT.Las recomendaciones FDM de la CCITT gobiernan las asignaciones de canal de conversaciones de voz multiplexada basadas en el uso de 12, 60 y 30 canales de voz derivados.

Las técnicas de multicanalización son formas intrínsecas de modulación, permitiendo la transición de señales múltiples sobre un canal, de tal manera que cada señal puede ser captada en el extremo receptor.Las aplicaciones de la multicanalización comprenden telemetría de datos, emisión de FM estereofónica y telefonía de larga distancia. FDM es un ambiente en el cual toda la banda de frecuencias disponible en el enlace de comunicaciones es dividida en subbandas o canales individuales.Cada usuario tiene asignada una frecuencia diferente. Las señales viajan en paralelo sobre el mismo canal de comunicaciones, pero están divididos en frecuencia, es decir, cada señal se envía en una diferente porción del espectro. Como la frecuencia es un parámetro analógico, por lo regular el uso de esta técnica de multicanalización es para aplicaciones de televisión.Las compañías de televisión por cable utilizan esta técnica para acomodar su programación de canales.

2.38 - WDM

Esta técnica conceptualmente es idéntica a FDM, excepto que la multicanalización y involucra haces de luz a través de fibras ópticas. La idea es la misma, combinar diferentes señales de diferentes frecuencias, sin embargo aquí las frecuencias son muy altas (1x1014 Hz) y por lo tanto se manejan comúnmente en longitudes de onda (wavelenght). WDM, así como DWDM son técnicas de multicanalización muy importantes en las redes de transporte basadas en fibras ópticas.


En resumen, los multicanalizadores optimizan el canal de comunicaciones, son pieza importante en las redes de transporte y ofrecen las siguientes características:

Permiten que varios dispositivos compartan un mismo canal de comunicaciones

Útil para rutas de comunicaciones paralelas entre dos localidades

Minimizan los costos del comunicaciones, al rentar una sola línea privada para comunicación entre dos puntos

Normalmente los multicanalizadores se utilizan en pares, un mux en cada extremo del circuito

Los datos de varios dispositivos pueden ser enviados en un mismo circuito por un mux. El mux receptor separa y envía los datos a los apropiados destinos

Capacidad para compresión de datos que permite la eliminación de bits redundantes para optimizar el ancho de banda.

Capacidad para detectar y corregir errores entre dos puntos que están siendo conectados para asegurar que la integridad y precisión de los datos sea mantenida.

La capacidad para administrar los recursos dinámicamente mediante con niveles de prioridad de tráfico.

2.39 - MODULACION EN FRECUENCIA (FM, AFM)

Normalmente, la modulación en frecuencia se abrevia como FM o AFM (Advanced Frecuency Modulation). Este tipo de síntesis fue en gran medida el responsable de la gran expansión comercial de los sintetizadores digitales durante la segunda mitad de la década de los 80. Básicamente se trata de controlar la frecuencia de un oscilador de audio por medio de la frecuencia de otro oscilador de audio. Lo más interesante que ofrece este método es la posibilidad de generar una amplia paleta de sonidos con espectros amplios y unos transitorios de ataque muy poderosos y definidos; recuérdese que los primeros sintetizadores FM, como el DX7, popularizaron unos sonidos de piano, campanas y similares muy característicos. Pero, a pesar de que muchos tienden a asociar a los sintetizadores FM con este tipo de sonidos, sus posibilidades de creación sonora van mucho más allá. La síntesis FM fue 'inventada' por John M. Chowning en la universidad de Stanford, y se estuvo utilizando en el entorno musical académico mucho tiempo antes de que Yamaha se fijara en el invento y decidiera comercializarlo. Esta implementación comercial de Yamaha introdujo en esta técnica un gran número de restricciones, pero también alguna ampliación importante, como el uso de la realimentación.

El concepto de modulación en frecuencia es muy antiguo pero, en lo que a tareas de síntesis sonora se refiere, podemos encontrarla en diferentes formatos. De entrada la mayoría de los sintetizadores analógicos. O incluso los híbridos digitales/analógicos, son capaces de realizar síntesis FM básica;


Sin embargo, dado que el FM se apoya fundamentalmente en las relaciones de frecuencia entre los osciladores involucrados en el proceso, resulta fundamental que la estabilidad de la afinación sea muy alta. Por otro lado, la síntesis FM se convierte en una herramienta versátil solo cuando se cuenta con varios osciladores con envolventes múltiples para controlar su amplitud; esto hace que su implementación analógica precise de un número demasiado elevado de componentes o módulos, lo que lo hace poco rentable. La solución real y comercialmente viable llegó de la mano de la implementación digital del método, que consiguió Yamaha a través del diseño de unos circuitos integrados que incorporaban todos los elementos necesarios.

2.39.1 - FM digital en diferentes variantes

Dependiendo del número de osciladores (mínimo, obviamente, dos, aunque la mayoría de sintetizadores comerciales utilizan 4 o 6, y algunos han llegado a incorporar hasta 10).

Si incorporan o no una envolvente para cada oscilador (algunos de los chips fabricados por Yamaha para su utilización en productos de otras marcas carecían de ella).

Las posibilidades de variación en la interconexión de los diferentes osciladores o, como es más conocido, él número de algoritmos y conexiones de modulación y realimentación.

Yamaha utilizó 3 tipos de FM: la de 6 operadores utilizada en el famoso DX7, algunas variantes de 4 operadores (los chips de este tipo se vendieron también a otras marcas que fabricaron sintetizadores FM mucho menos exitosos que los de Yamaha) y la configuración ampliada de 6 operadores (o AFM) utilizada en los sintetizadores SY77, TG77 y SY99.

Por consiguiente:

El ancho de banda teórico de una señal modulada en FM es infinito.

FM presentó otras ventajas distintas con respecto a la modulación de amplitud pero no una reducción en el ancho de banda.

La modulación FM es inmune a las no linealidades. Las no linealidades en este caso generan ondas moduladas con portadoras múltiplos de la original.

Permite diseñar multiplicadores de frecuencia (generadores de ondas FM con portadora múltiplo de la original) a partir de sencillos elementos no lineales.

Hay que tener cuidado con el corrimiento de fase o con la distorsión por retardo.

El ancho de banda de una señal WBFM depende exclusivamente del valor pico de la señal moduladora m(t) y es independiente de su ancho de banda.


El ancho de banda de una señal WBPM depende del espectro de la señal moduladora m(t) el cual depende del valor pico y del ancho de banda de la señal moduladora m(t).

La modulación exponencial es no lineal por lo que el espectro de la señal modulada no está tan claramente relacionado con la banda base como en el caso de AM.

La modulación exponencial es menos vulnerable ante señales interferentes de amplitud pequeña que la modulación lineal.

La FM es menos vulnerable que la PM cuando la señal interferente tiene frecuencia próxima a la portadora.

En la transmisión de señales FM se puede intercambiar de forma efectiva potencia por ancho de banda de transmisión o lo que es lo mismo se puede mejorar la relación S/N en el receptor sin necesidad de aumentar la potencia de transmisión.Esta característica hace que WBFM se utilice frecuentemente en los sistemas de comunicación vía satélite.

NBFM se utiliza por ejemplo en los sistemas telefónicos para transmitir las señales multiplexadas con modulación SSB.

El intercambio ancho de banda de transmisión potencia transmitida en el transmisor tiene un límite conocido como efecto umbral de FM.

La modulación FM tiene características superiores de reducción de ruido que la PM para modulación de tono y para señales que tienen su espectro concentrado en las frecuencias más altas.

En Spread Spectrum la información se dispersa en un rango de frecuencias más amplio de lo que en realidad ocupa.

En Spread Spectrum el ancho de banda de la señal transmitida es más grande que el ancho de banda del mensaje original.

Spread Spectrum es resistente a la interferencia, es redundante ya que los mensajes pueden estar en diferentes frecuencias de donde fueron transmitidos en caso de errores.

Spread Spectrum utiliza baja densidad de potencia, la energía transmitida es dispersada a lo ancho del canal, y por lo tanto, la cantidad de energía para cada frecuencia específica es muy baja. Además no requiere licenciamiento.

En FHSS la frecuencia de la portadora es modificada periódicamente (Hopping) siguiendo una secuencia específica de frecuencias.Las velocidades típicas conseguidas con FHSS son de 1 y 2 Mbps.

Los canales asignados en FDMA se hacen de acuerdo a la demanda.


2.40 - Tecnología GSM

Debido a las características del canal de radio, el sistema de modulación usado en GSM debe tener una alta eficiencia espectral y presentar una fuerte resistencia frente a los efectos nocivos que introduce el canal de radio. El grupo de esquemas de modulación con fase continua y envolvente constante se usa mucho en sistemas con atenuación variable debido a su robustez frente a las interferencias y la atenuación, mientras mantiene una buena eficiencia espectral. Cuanto más lentos y suaves sean los cambios en la fase, mejor es la eficiencia espectral. Un miembro de esta familia es "Gaussian Minimum Shift Keyng" (GMSK). Se deriva del "Minimum Shift Keyng" (MSK), en el que los cambios de fase entre bits contiguos son lineales por trozos, por lo que se tienen cambios instantáneos en la frecuencia. Esto ensancha el espectro, por lo que se usa GMSK en el que se suaviza la fase con un filtro Gaussiano.

El parámetro de GMSK que controla el ancho de banda y la resistencia a las interferencias es el producto del ancho de banda de 3 dB (B)por la duración de un bit (T). El mejor rendimiento se obtiene para BT=0.3, aunque éste produce un solapamiento no despreciable entre canales de frecuencias adyacentes. Esto introduce interferencias que se pueden minimizar separando geográficamente el uso de frecuencias adyacentes.

2.41 - Modulación MSK ("Minimum Shift Keying")

MSK es un tipo especial de esquema de modulación FSK ("Frecuency Shift Keying")[10], con fase continua y un índice de modulación de 0.5. El índice de modulación de una señal FSK es similar al de FM, y se define por kFSK= (2D F)/Rb, donde 2D F es el desplazamiento en frecuencia de pico a pico y Rb es el bit rate. Un índice de modulación de 0.5 se corresponde con el mínimo espacio en frecuencia que permite que dos señales FSK sean ortogonales coherentes, y el nombre MSK significa la mínima separación en frecuencia que permite una detección ortogonal.

MSK es una modulación espectralmente eficiente.Posee propiedades como envolvente constante, eficiencia espectral, buena respuesta ante los errores de bits, y capacidad de autosincronización. Una señal MSK genérica se puede expresar como[10]:

donde y son los bits pares e impares de la cadena de datos bipolares que tienen valores de +1 o de -1 y que alimentan los bloques en fase y en cuadratura del modulador.

La forma de onda MSK se puede ver como un tipo especial de FSK de fase continua y por tanto la ecuación anterior se puede reescribir usando las propiedades trigonométricas como


donde f k es 0 ó p dependiendo de sí mI(t) es 1 ó -1.De la ecuación anterior se puede deducir que MSK tiene amplitud constante. La continuidad de fase en los periodos de transición de bits se asegura escogiendo la frecuencia de la portadora como un múltiplo entero de un cuarto del bit rate. La fase de la señal MSK varía linealmente durante el transcurso de cada período de bit.

La Figura 2.41 muestra un modulador y demodulador típico MSK. Multiplicando una señal portadora por cos[p t/2T], se producen dos señales coherentes en fase a las frecuencias fc+1/4T y fc-1/4T. Estas dos señales FSK se separan usando dos filtros paso banda estrechos y se combinan apropiadamente para formar las dos señales en fase y en cuadratura, x(t) e y(t) respectivamente. Estas portadoras se multiplican por las cadenas de bits impares y pares, mI(t) y mQ(t) para producir la señal modulada MSK sMSK(t).

Fig 2.41 - Diagrama a bloques de un modulador y demodulador MSK


En el receptor (demodulador), la señal recibida sMSK(t) (en ausencia de ruido e interferencias) se multiplica por las portadoras respectivas en fase y en cuadratura. La salida de los multiplicadores se integra durante dos periodos de bit y se introduce en un circuito de decisión al final de estos dos períodos. Basado en el nivel de la señal a la salida del integrador, el dispositivo de decisión decide si la señal es 1 ó 0. Las cadenas de datos de salida se corresponden con las señales mI(t) y mQ(t), que se combinan para obtener la señal demodulada.

2.42 - Modulación GMSK ("Gaussian Minimum Shift Keying")

GMSK es un esquema de modulación binaria simple que se puede ver como derivado de MSK. En GMSK, los lóbulos laterales del espectro de una señal MSK se reducen pasando los datos modulantes a través de un filtro Gaussiano de premodulación. El filtro gaussiano aplana la trayectoria de fase de la señal MSK y por lo tanto, estabiliza las variaciones de la frecuencia instantánea a través del tiempo.Esto tiene el efecto de reducir considerablemente los niveles de los lóbulos laterales en el espectro transmitido.

El filtrado convierte cada dato modulante que ocupa en banda base un período de tiempo T, en una respuesta donde cada símbolo ocupa varios períodos. Sin embargo, dado que esta conformación de pulsos no cambia el modelo de la trayectoria de la fase, GMSK se puede detectar coherentemente como una señal MSK, o no coherentemente como una señal simple FSK.En la práctica, GMSK es muy atractiva por su excelente eficiencia de potencia y espectral. El filtro de premodulación introduce interferencia intersimbólica ISI ("Inter-Symbol Interference") en la señal transmitida, pero esta degradación no es grave si el parámetro BT del filtro es mayor de 0.5.Debido que en GSM se tiene que BT es 0.3, se tienen algunos problemas de ISI y es por ello la señal no es totalmente de envolvente constante.

El filtro gaussiano de premodulación tiene una respuesta impulsiva :

y su respuesta en frecuencia viene dada por

El parámetro a está relacionado con el ancho de banda del filtro B, por la siguiente expresión

y el filtro GMSK se puede definir completamente por B y por la duración de un símbolo en banda base T o equivalentemente por su producto BT. La Figura 4.2 muestra la PSD de una señal


GMSK para varios valores de BT. Se muestra también la PSD ("Power Spectral Density")de una señal MSK, que es equivalente a GMSK con BT infinito.

En la figura 2.42 se observa como conforme se reduce el parámetro BT, los niveles de los lóbulos laterales se atenúan rápidamente. Por ejemplo, para BT=0.5, el pico del segundo lóbulo está más de 30 dB por debajo del principal, mientras que para MSK el segundo lóbulo está sólo 20 dB por debajo del principal. Sin embargo, la reducción de BT incrementa la ISI, y por lo tanto se incremente el número de errores ("bit-error rate"), pero a pesar de este efecto el rendimiento global del sistema mejora.

Fig 2.42 - Densidad de Potencia Espectral de una señal GMSK para varios valores de BT

La manera más simple de generar una señal GMSK es pasar una cadena de mensajes a través de un filtro gaussiano paso baja como los descritos anteriormente, seguido de un modulador de FM. Esta técnica de modulación se muestra en la figura 4.3 y se usa actualmente en una gran cantidad de implementaciones analógicas y digitales, entre ellas en GSM.

Fig 2.42.1 - Diagrama de bloques de un transmisor GMSK usando generación directa de FM

Las señales GMSK se pueden detectar usando detectores ortogonales coherentes como se muestran en la figura 2.42. (parte superior), o con detectores no coherentes como los discriminadores normales de FM.


La recuperación de la portadora se puede realizar usando el método propuesto por de Buda donde la suma de las dos componentes en frecuencia a la salida del doblador de frecuencia se divide por cuatro. El método de de Buda es equivalente al de un PLL con un doblador de frecuencia. Este tipo de demodulador se puede implementar fácilmente usando lógica digital como se muestra en la figura 2.42.1.Los dos elementos de retardo tipo D actúan como un demodulador multiplicativo en cuadratura y las puertas XOR actúan como multiplicadores en banda base. Las portadoras de referencia mutuamente ortogonales se generan usando dos elementos de retardo, y la frecuencia central del VCO (Oscilador controlado por tensión) se elige como cuatro veces la frecuencia central de la portadora.Un método no óptimo pero efectivo de detectar señales GMSK es simplemente muestrear la salida de un demodulador de FM.

Fig 2.42.2 - Circuitos digitales logicos para modulación GMSK


Diagrama de bloques de un receptor GMSK (parte superior) y de un circuito digital para la demodulación de señales GMSK (parte inferior)

2.43 - Antenas fractales

Los objetos fractales se han convertido en uno de los principios unificadores de la geometria actual, pero las aplicaciones técnicas de estas formas geométricas no se han implementado, salvo en el grafismo informático. Los investigadores empezaron a aplicarlos hace diez años a un problema particularmente atractivo que hoy ya se ha consolidado: el diseño de antenas.

Las antenas son objetos sencillos en apariencia, pero la teoría subyacente,basada en las ecuaciones de Maxwell para el electromagnetismo, es casi impenetrable.Por esta razón los diseñadores de antenas se ven obligados a proceder por tanteos, por prueba y error. Incluso los receptores técnicamente más avanzados dependen con frecuencia de un simple hilo colgante, que no se diferencia en nada de los utilizados hace un siglo por G. Marconi en sus primeras pruebas de transmisión por radio.

Fig 2.43 - Diseño fractal en equipos de transmisión digital

Los fractales mejoran el diseño de antenas básicamente por dos motivos.En primer lugar, pueden aumentar el rendimiento de las antenas compuestas. Muchas antenas que en apariencia parecen constituir una sola unidad –gran parte de las antenas de radar, entre ellas- están en realidad compuestas por una formación de hasta un millar de pequeñas antenas.Su disposición suele ser o perfectamente regular o, por el contrario, aleatoria. Dwight Jaggard y Douglas Werner han descubierto que una distribución fractal puede combinar la robustez de los sistemas aleatoriamente dispuestos con el rendimiento de los regulares, todo ello utilizando la cuarta parte de elementos Los fractales pueden ofrecer desorden a pequeña escala y orden a gran escala.

En segundo término, la forma fractal puede ser beneficiosa incluso para antenas aisladas.Nathan Cohen y un equipo de ingenieros de la Universidad Politécnica de Cataluña, han experimentado, de forma independiente, con hilos doblados siguiendo la forma de las curvas de Koch, o de los triángulos de Sierpinski. Al replegar así la antena se consigue no sólo alojar la misma longitud en un espacio seis veces menor, sino que su forma dentada genera capacitancia e inductancia adicionales, haciendo innecesarios elementos externos para su sintonización o para aumentar la anchura de la banda de frecuencias que pueda recibir.


Cohen, que fundó Fractal Antena Systems en 1995, trabaja en la actualidad con T&M Antenas, fabricante de antenas para los teléfonos móviles de Motorola. Uno de los ingenieros de T&M afirma que el rendimiento de las antenas fractales es un 25 por ciento mayor que el de las habituales antenas romas, revestidas de goma, con que van equipadas muchos teléfonos móviles o inalámbricos. Amén de ser más baratas de fabricar, operan en múltiples bandas, lo que permite incorporar un receptor GPS al teléfono, al tiempo que la antena puede quedar oculta en el interior del aparato.

Cohen y su colega Robert Honfeld han demostrado matemáticamente que para que una antena ofrezca un comportamiento uniforme en todas las frecuencias ha de satisfacer dos criterios. Primero, ha de presentar simetría respecto a un punto.Y segundo, ha de ser autosemejante, ofrecer básicamente el mismo aspecto a todas las escalas.

2.43.1 - Antenas Fractales: Antenas en Árbol

Otro tipo de fractal que puede ser utilizado como dipolo lo constituyen las estructuras arborescentes.Una posible configuración se muestra en la imagen. De nuevo, el objetivo que se pretende es la reducción del tamaño de la antena resonante.

Fig 2.43.1 - Ramificación de antena fractal tipo arbol.

2.43.2 - Generación del Fractal

Vamos a aplicar una secuencia iterativa a la estructura inicial. Comenzamos con un monopolo simple. Tomamos un segmento extremo y lo dividimos en dos, formando un ángulo predeterminado (60º, por ejemplo), para generar las dos primeras ramas. A medida que el proceso iterativo continúa, los segmentos extremos de cada rama se van dividiendo en más ramas, como se aprecia en la imagen.


Iteración 0 Iter.1 Iter.2 Iter.3 Iter.4 Iter.5 Iter.6

Fig 2.43.2 – Geometria para la alimentación de una antena fractal de árbol como dipolo

Si definimos la longitud eléctrica total como la mínima distancia que debe recorrer un electrón desde la base del fractal hasta el extremo de cualquiera de sus ramas terminales, se observa que en los árboles fractales esta longitud permanece constante a lo largo del proceso iterativo.

2.43.3 - Análisis de la Antena

Estas antenas se montan de forma simétrica, alimentadas en su centro geométrico.Se puede ver cómo la frecuencia de resonancia decrece a medida que aumentan las iteraciones. La relación entre la miniaturización y el número de iteraciones es muy parecido al dipolo de Koch.

Fig. 2.43.3 - Gráfica representativa entre frecuencia y db de potencia de antena tipo árbol fract.

Los patrones de radiación de un dipolo en árbol son muy parecidos a los del dipolo recto en todos los cortes. Uno de estos patrones típicos se muestra en la figura. La antena elegida en este caso es la cuarta iteración de un árbol fractal formando un ángulo de 60º en cada bifurcación. Las


ventajas son obvias: igual campo radiado, equivale a una mayor miniaturización de la antena.

Fig 2.43.3.1- Patrón de campo lejano para una típica antena fractal de árbol.

Corresponde a un árbol fractal de cuatro iteraciones con una separación de 60º entre ramas.

a) Plano de corte de E paralelo a las ramas

b) Plano de corte de E perpendicular a las ramas.

2.43.4 - Antenas en Árbol Tridimensionales

Una antena fractal tridimensional en árbol presenta una geometría similar a las del apartado anterior. Sin embargo, el crecimiento, en vez de producirse en un mismo plano, tiene lugar en las tres dimensiones. La antena resultante ofrece beneficios, similares a su homóloga bidimensional, pero en mayor grado. La geometría de estas antenas se muestra en la figura 3.10.

Fig. 2.43.4 - Antena fractal tridimensional de arbol

Una distribución bidimensional de antenas permite una mayor flexibilidad y variedad. Existen dos formas estándar de distribuir las antenas: ordenándolas regularmente formando una matriz o


esparciéndolas al azar sobre una cierta área.Aunque ambos métodos dan lugar a formación de lóbulos laterales indeseados, presentan ciertas ventajas.

Una configuración plana, en donde las antenas se distribuyen formando una matriz, tiene tendencia a producir haces principales y laterales de la mismas dimensiones.En la figura (derecha) se muestran 324 elementos situados en una matriz de 1.5 x 2 unidades cuadradas.

La figura 2.43.4.1 - (izquierda) muestra el campo radiado en un mapa de colores: el azul representa el punto donde el campo es menos intenso y el rojo donde más es intenso.

Fig 2.43.4.1 – Configuración Plana de Matriz de campo Radiado de Antenas fractales

Una distribución plana aleatoria presenta características más deseables.Esparciendo 324 elementos al azar en el mismo rectángulo que antes, observamos en la figura cómo los lóbulos laterales son, en general, menores. Además se produce una simetría rotacional alrededor de un centro.

Capitulo III

Aplicación y Descripción de la Tecnología Inalámbrica Wi-Max


Capitulo III

3.0 – Aplicación y Descripción de la Tecnología Inalámbrica Wi-Max

3.1 - WI. MAX

WiMAX (del inglés Worldwide Interoperability for Microwave Access, "Interoperabilidad Mundial para Acceso por Microondas") es un estándar de transmisión inalámbrica de datos (802.16 MAN) que proporciona accesos concurrentes en áreas de hasta 50 km de radio y a velocidades de hasta 70 Mbps, utilizando tecnología que no requiere visión directa con las estaciones base. WiMax es un concepto parecido a Wi-Fi (Wireless Fidelity), pero con mayor cobertura y ancho de banda. Wi-Fi, fue diseñada para ambientes inalámbricos internos como una alternativa al cableado estructurado de redes y con capacidad sin línea de vista de muy pocos metros. WiMax, por el contrario, fue diseñado como una solución de última milla en redes metropolitanas (MAN) para prestar servicios a nivel comercial.

3.2 - Características de WiMAX

Mayor productividad a rangos más distantes (hasta 58 km)

Mejor tasa de bits/segundo/HZ en distancias largas

Sistema escalable

Fácil adición de canales: maximiza las capacidades de las células.

Anchos de banda flexibles que permiten usar espectros licenciados y exentos de licencia

Cobertura

Soporte de mallas basadas en estándares y antenas inteligentes.

Servicios de nivel diferenciados: E1/T1 para negocios, mejor esfuerzo para uso doméstico

Coste y riesgo de investigación

Los equipos WiMAX-CertifiedFF (certificación de compatibilidad) permiten a los operadores comprar dispositivos de más de un vendedor


3.3 - Redes WiMAX

Una red combinada de Wi-Fi e implementación WiMAX, ofrece una solución más eficiente con base a costes que una implementación exclusiva de antena direccional de Wi-Fi o una malla de Wi-Fi se conecta con backhaul protegido con cable para abonados que quieren extender la red de área local o cubrir hasta el último kilómetro.

Las redes Wi-Fi conducen la demanda para WiMAX aumentando la proliferación de acceso inalámbrico, aumentando la necesidad para soluciones del backhaul eficiente con base a costes y más rápida la última milla. WiMAX puede estar acostumbrado a agregar redes de Wi-Fi (como malla se conectan topologías y hotspots) y usuarios de Wi-Fi para el backend, mientras WiMAX le ofrece un backhaul de gran distancia y solución de última milla.

La mejor solución es una combinación de los dos

La red ofrece un amplio rango de opciones de implementación para cubrir áreas extendidas y de última milla. Lo mejor es que la solución varía de acuerdo a los modelos de uso, el tiempo de implementación, la posición geográfica y la aplicación de red (tanto en datos, VoIP y vídeo).Cada implementación puede estar hecha a la medida que mejor se adapte a las necesidades de la red de usuarios. Los Wi-Fi WLANs coexistirán con WiMAX. Las recomendaciones para las implementaciones:

802.16-2004 la aplicación se adapta en las áreas rurales.

El intercambio de redes autorizadas de Wi-Fi trae consigo la posibilidad de un servicio inalámbrico barato para las áreas urbanas y suburbanas.

WiMAX (802.16-2004) provee conectividad inalámbrica de banda ancha a las áreas más allá del alcance de la banda ancha tradicional (xDSL y T1) y permite el crecimiento de topología de Wi-Fi de la red de malla. Con la atención enfocada en WiMAX, es fácil olvidarse de que el Wi-Fi también evoluciona rápidamente. Las radios de Wi-Fi aparecen no sólo en computadoras portátiles y asistentes digitales personales (PDAs), sino también en equipos tan diversos como teléfonos móviles, cámaras y videoconsolas.

El estándar IEEE 802.16 con revisiones específicas se ocupa de dos modelos de uso:

Fijo

Móvil

Fijo

El estándar del 802.16-2004 del IEEE (el cuál revisa y reemplaza versiones del IEEE del 802.16a y 802.16d) es diseñado para el acceso fijo que el uso modela.


Este estándar puede ser al que se refirió como "fijo inalámbrico" porque usa una antena que se coloca en el lugar estratégico del suscriptor. La antena se ubica generalmente en el techo de una habitación o en un mástil, parecida a una antena de televisión vía satélite. 802.16-2004 del IEEE también se ocupa de instalaciones interiores, en cuyo caso no necesita ser tan robusto como al aire libre.

El estándar 802.16-2004 es una solución inalámbrica para acceso a Internet de banda ancha que provee una solución de clase interoperable de transportador para la última milla.WiMAX acceso fijo funciona desde 2.5-GHz autorizado, 3.5-GHz y 5.8-GHz exento de licencia.Esta tecnología provee una alternativa inalámbrica al módem cable y las líneas digitales de suscriptor de cualquier tipo (xDSL).

3.3.1 – Aplicación Móvil

El estándar del 802.16e del IEEE es una revisión para la especificación base 802.16-2004 que apunta al mercado móvil añadiendo portabilidad y capacidad para clientes móviles con IEEE.

Los adaptadores del 802.16e para conectarse directamente al WiMAX enlazan en red del estándar.Se espera que el estándar 802.16e haya sido consolidado en 2005.

El estándar del 802.16e usa Acceso Múltiple por División Ortogonal de Frecuencia (OFDMA), lo cual es similar a OFDM en que divide en las subportadoras múltiples. OFDMA, sin embargo, va un paso más allá agrupando subportadoras múltiples en subcanales. Una sola estación cliente del suscriptor podría usar todos los subcanales dentro del periodo de la transmisión, o los múltiples clientes podrían transmitir simultáneamente usando cada uno una porción del número total de subcanales.

El estándar 802.16-2004 del IEEE mejora la entrega de última milla en varios aspectos cruciales:

La interferencia del multicamino

El retraso difundido

La robustez

La interferencia del multicamino y retraso mejora la actuación en situaciones donde no hay una línea de vista directo entre la estación base y la estación del suscriptor.

El Control de Acceso a Medios emergente del 802.16-2004 es optimizado para enlaces de gran distancia porque es diseñado para tolerar retrasos más largos y variaciones de retraso. La especificación 802.16 acomoda mensajes de la gerencia de Control de Acceso a Medios que permiten a la estación base interrogar a los suscriptores, pero introduciendo un cierto retraso temporal.


Un equipo WiMAX que opere en bandas de frecuencia exentas de licencia usará duplicación por división de tiempo (TDD).

Un equipo funcionando dentro de bandas de frecuencia autorizadas usará ya sea TDD o duplicación por división de frecuencia (FDD).

El estándar del 802.16-2004 del IEEE usa OFDM para la optimización de servicios inalámbricos de datos. Los sistemas basados en los estándares emergentes del 802.16-2004 del IEEE son el OFDM base sólo estandarizado, el área metropolitana inalámbrico enlaza en red (WMAN) plataformas.En caso de 802.16-2004, la señal OFDM está dividida en 256 transportadores en lugar de 64 al igual que con el estándar 802.11. Como previamente se ha indicado, un mayor número de subportadoras en la misma banda da como resultado subportadoras más estrechas.

3.4 – Asociaciones Wimax

3.4.1 - WiMAX Forum

El WiMAX Forum es un consorcio de empresas (inicialmente 67 y hoy en día más de 500) dedicadas a diseñar los parámetros y estándares de esta tecnología, y a estudiar, analizar y probar los desarrollos implementados. En principio se podría deducir que esta tecnología supone una grave amenaza para el negocio de tecnologías inalámbricas de acceso de corto alcance en que se basan muchas empresas, pero hay entidades muy importantes detrás del proyecto. Las principales firmas de telefonía móvil también están desarrollando terminales capaces de conectarse a estas nuevas redes. Después de la fase de pruebas y estudios cuya duración prevista es de unos dos años, se espera comenzar a ofrecer servicios de conexión a Internet a 4 Mbps a partir de 2007, incorporando WiMAX a los ordenadores portátiles y PDA.

3.5 – Estándares De La Familia WiMax

Integra la familia de estándares IEEE 802.16 y el estándar HyperMAN del organismo de estandarización europeo ETSI.El estándar inicial 802.16 se encontraba en la banda de frecuencias de 10-66 GHz y requería torres LOS. La nueva versión 802.16a, ratificada en marzo de 2003, utiliza una banda del espectro más estrecha y baja, de 2-11 GHz, facilitando su regulación. Además, como ventaja añadida, no requiere de torres donde exista enlaces del tipo LOS sino únicamente del despliegue de estaciones base (BS) formadas por antenas emisoras/receptoras con capacidad de dar servicio a unas 200 estaciones suscriptoras (SS) que pueden dar cobertura y servicio a edificios completos. Su instalación es muy sencilla y rápida (culminando el proceso en dos horas) y su precio competitivo en comparación con otras tecnologías de acceso inalámbrico como Wi-Fi: entre 5.000 euros y 25.000 euros.

Esta tecnología de acceso transforma las señales de voz y datos en ondas de radio dentro de la citada banda de frecuencias.


Está basada en OFDM, y con 256 subportadoras puede cubrir un área de 48 km permitiendo la conexión sin línea vista, es decir, con obstáculos interpuestos, con capacidad para transmitir datos a una tasa de hasta 75 Mbps con una eficiencia espectral de 5.0 bps/Hz y dará soporte para miles de usuarios con una escalabilidad de canales de 1,5 MHz a 20 MHz.Este estándar soporta niveles de servicio (SLAs) y calidad de servicio (QoS).

WiMAX se sitúa en un rango intermedio de cobertura entre las demás tecnologías de acceso de corto alcance y ofrece velocidades de banda ancha para un área metropolitana.

3.6 - NORMATIVA WIBRO: IEEE 802.16e

Lo que ocurría en la práctica es que pocos se atrevían a invertir en wimax bajo el único estándar aprobado hasta ahora, el 802.16d, que sólo sirve para aquellos terminales que están en un punto fijo.

El 7 de diciembre de 2005, el IEEE aprobó el estándar del WiMAX MÓVIL, el 802.16e, que permite utilizar este sistema de comunicaciones inalámbricas con terminales en movimiento. Muchos fabricantes de hardware y operadores estaban esperando a esta decisión para empezar a desplegar redes de wimax. Ahora ya saben qué especificaciones técnicas debe tener el hardware del wimax móvil, que es mucho más jugoso económicamente, con lo que es posible diseñar infraestructuras mixtas fijo-móvil.

En Corea se ha materializado las ventajas de un WiMAX móvil trabajando en 2,3Ghz y se le ha acuñado el nombre de WiBRO (Wireless Broadband); esta iniciativa ha empezado sus despliegues comerciales en el 2006.

3.6.1 - Aplicaciones:

Automoviles eléctricos con conexión Wimax

Los primeros vehículos deportivos eléctricos tendrán conectividad WiMax de serie.Los va a fabricar una empresa de Mónaco, Venturi Automoviles, que pretende así poder realizar un mantenimiento a distancia e incluso controlar la situación del coche en todo momento.Su nombre, Fétish. Tendrá dos procesadores Intel XScale encargados de controlar las baterías, un reproductor iPod y un GPS. Eso sí, el precio no ayudará a popularizar el WiMax: un cuarto de millón de dólares.

WiMAX En el País Vasco ya se ha implementado, tanto experimental como comercialmente WiMAX en la mayor parte de los municipios con el operador global de telecomunicaciones en el país Vasco "Euskaltel" , tanto para voz como para datos. A fecha de febrero del 2007 el gobierno vasco ofrece subvenciones del 100% de la instalación, de modo que donde no llega la línea de cobre tradicional el Wimax sí que llega.En Cádiz también se comercializa el WiMAX tanto para voz, datos y televisión.También se ha implantado conexiones WiMAX de forma comercial en la ciudad de Sevilla por el operador Instanet (Clearwire).Se pretende cubrir toda Andalucía.


En la costa alicantina lo ofrecen 2 empresas privadas: MegaVista, que ofrece únicamente conexión a internet de 1 Mbps hasta 10 Mbps para zonas rurales. El operador de telecomunicaciones Marin Telecom ofrece a través de su red WiMAX aeromax con una superficie de cobertura actual de 1.700 km² varias modalidades de banda estrecha hasta banda ancha de hasta 34 Mbps y también línea de voz/fax a través del mismo sistema en el Vinalopó Mitjà, Baix Vinalopó y Vega Baja. Actualmente en Murcia, concretamente en Bullas también se ha instalado un operador de WiMAX que ofrece datos en banda ancha.En la localidad valenciana de Ontinyent, OSF Xarxa de Telecomunicacions ofrece WIMAX de hasta 1 Mbps simétrico, garantizado al 100%.

La empresa Neomedia ha realizado los proyectos con infraestructura WiMax sobre banda de uso común que más tráfico están soportando; el Ayuntamiento de Alcorcón dispone de una red WiMax formada por más de 70 Radioenlaces con soporte a más de 100 cámaras, agregando un total aproximado de 1,5 Gbps en la banda de 5 GHz.

Otro gran mercado de actuación de estas infraestructuras WiMax es el de backhaul de infraestructuras Mesh. De la misma manera, Neomedia ha desplegado un backhaul WiMax que da soporte a la Red inalámbrica_Mesh del Ayuntamiento de Barcelona, iniciada en la zona de Maria Cristina.

3.7 - WiMAX en Latinoamérica

En América Latina ya se ha implementado, tanto experimental como comercialmente WiMAX en varios países.

Argentina: Millicom Argentina (luego Ertach y ahora Telmex), Alvarion e Intel se unieron para crear en el año 2004 en Buenos Aires la Primera Red WiMAX de Latinoamérica. Actualmente, Telmex junto con VeloCom, cubren con sus servicios WiMAX casi toda Argentina gracias a la rápida expansión de este tipo de tecnologías.

Bolivia: en Bolivia, la empresa Telecel S.A con su marca TIGO, lanzo en agosto del 2007 su nuevo servicio TIGO WiMAX dando cobertura primeramente en la ciudad de Santa Cruz de la Sierra con planes de expansión a todo el territorio boliviano.

Chile: Telmex inició oficialmente la comercialización de planes de Internet Banda Ancha y Telefonía, a través de la primera red inalámbrica nacional, con tecnología WiMAX a través de equipos Alcatel y Alvarion. El martes 20 de marzo de 2007.Lanzó esta innovadora tecnología en el país para las PYMES.Telmex por su parte recibió la autorización que le ha permitido desarrollar la infraestructura necesaria para ofrecer esta tecnología en Chile. Desde marzo la empresa inicia su campaña para comercializar Internet Banda Ancha y Telefonía Inalámbrica en las ciudades de Santiago, Concepción, Talcahuano, Curicó, Iquique, La Serena, Coquimbo, Linares, Ovalle, Rancagua, Talca, Temuco, Valdivia, Valparaíso y Viña del Mar. También se encuentra operando en Calama, Osorno, Puerto Montt, Requinoa y Punta Arenas. La tecnología inalámbrica de Telmex esta en el 98 por ciento de las comunas de Chile, incluyendo Isla de Pascua.


Telmex desde el mes de julio comenzó a comercializar esta tecnología en el sector Hogar. En octubre de 2007 Telmex amplió su tecnología WiMAX con WiMAX Movil "e". ENTEL (Empresa Nacional de telecomunicaciones) en junio del 2007 comenzó con sus primeros pasos comercializando WIMAX a las pequeñas y grandes empresas.

Colombia: la empresa UNE y las Empresas Públicas de Medellín ofrece comercialmente el servicio desde el 2006 en las ciudades de Bucaramanga, Cúcuta, Cali, Cartagena, Manizales, San Juan de Pasto,Popayán,Barranquilla, Villavicencio, Medellín, Ibagué , Bogotá y a partir de febrero de 2008 en Neiva y Santa Marta.Además, Telebucaramanga, filial de Telefónica Telecom provee una red mixta de WiMAX-WiFi en la ciudad de Bucaramanga desde el año 2005, siendo la primera en estar en el país y latinoamérica.

Costa Rica: la compañía Radiográfica Costarricense S.A. (RACSA) ofrece el servicio WiMAX desde junio del 2006. Inició comercializando el servicio desde 512 kbps en adelante para su primera etapa de implementación en el Gran Área Metropolitana (en San José y otras grandes urbes como Alajuela, Cartago y Heredia). El Instituto Costarricense de Electricidad (ICE) prevé extender el acceso inalámbrico a Internet hacia la mitad del país para los primeros meses del 2009. La red del ICE cubrirá no solamente el Gran Área Metropolitana, sino también poblaciones importantes del Pacífico Norte, Central y Sur, así como la Zona Norte y el Caribe.

Ecuador: Intel ha firmado un acuerdo con la Estación Científica Charles Darwin en Galapagos, Ecuador, para implementar un proyecto piloto de interconexión WiMAX entre las diferentes islas que conforman el archipiélago.CONATEL es el ente regulador de las telecomunicaciones en Ecuador. Operadores como SETEL y ECUADORTELECOM (recientemente adquirida por el grupo TELMEX) tienen previsto desarrollar redes metropolitanas con tecnología WiMAX en las ciudades de Quito y Guayaquil.

El Salvador: en El Salvador, Telecom (del grupo América Móvil) inició el servicio de WiMax en junio de 2007 y Telefonica Moviles ya cuenta también con su propia red WiMAX, cuyo servicio podría lanzarse antes de agosto de 2007, Salnet desplegara su red WiMax a principios de octubre de 2007.

Guatemala: la primera empresa en instalar WiMAX en Guatemala fue UNITEL bajo la marca Yego durante 2005 sin embargo no era un Wimax Estandarizado sino un pre-wimax que luego se convirtio en un Real Wimax, seguida meses más tarde por pruebas del servicio sin lanzamiento aun de Telecomunicaciones de Guatemala (TELGUA, parte de América Móvil) y Telefónica Móviles Guatemala.

México: en México, AXTEL pertenece a WiMAX Forum y esta en vias de implementación. En la ciudad de Monterrey, Nuevo León (la tercera más extensa del país), habrá más de 100 puntos de acceso a Internet inalámbrico de banda ancha gratuitos en parques, jardines y bibliotecas. Además, el Parque Fundidora y la Macro Plaza, ya cuentan con conexión a internet gratis.


En las ciudades de Puebla, Aguascalientes y Veracruz ya se comercializa WIMAX a través de Ultranet2go, miembro del grupo empresarial Ultra Telecom.En próximos años Ultranet2go llegará a Coatzacoalcos, Tampico, Iguala, Cuernavaca, Xalapa y Matamoros.Maxcom utiliza tambien la tecnología en las ciudades donde tiene presencia. eGO de MSN usa el mismo principio de WiMax

Paraguay: en Paraguay, la empresa Telecel S.A con su marca TIGO, empezó a actualizarse de la tecnología XL a WiMAX en noviembre de 2005 dando cobertura primeramente en area metropolitana y seguidamente expandiéndose en todo el territorio, la empresa Núcleo S.A. con su marca Hipuu! continuó la expansión de esta tecnología a inicios del año 2007.

Panamá: en Panamá, Liberty Technologies introdujo el servicio Wisper Internet usando una red WiMax en la Ciudad de Panamá desde el 2005.Posteriormene, el servicio se lanzó en las ciudades de David, en Chiriquí, y Colón. A partir del 1 de enero de 2008, Liberty Techonologies abrió un nuevo servicio denominado Wipet que usa una actualización de las redes de Wisper ofreciendo mayor rango de señal y mayor velocidad al mismo precio. Wipet es la primera red en América Latina en usar el estándar WiMax IEEE 802.16 y, en la actualidad, está gozando de buena aceptación en el mercado por el gran número de computadoras portátiles en el país.

Perú: la primera empresa en instalar WIMAX en Lima (2004) TCS21S.A. E-MAX tenia 2000 usurarios a pricipios del 2006 instala cobertura Basica de LIMA METRO en setiembre 2007. Telefónica del Perú en la actualidad ya tiene más de 18 celdas de WiMAX de la marca Airspan. La empresa TELMEX PERU, ha implementado el servicio EXPLORA también con tecnología WIMAX, brindando paquetes integrales de Telefonía, Acceso a Internet en Banda Ancha y Transmisión de datos.

República Dominicana: La empresa ONEMAX lanzada en Octubre del 2007, siendo la primera compañía utilizando WiMAX Móvil a nivel mundial ofrece servicios interactivos de voz y datos. Tricom, empresa telefónica de capital privado, ha anunciado la implementación del servicio WiMAX exclusivamente a sus clientes de negocios en su primera etapa; la misma estará disponible en Bavaro, Haina y Santo Domingo Norte, Oeste y Distrito Nacional. También [Wind Telecom]http://www.wind.com.do a ofrecer servicios WIMAX en lo que es internet ,Telefonia y television digital inalambrica en este pais.

Uruguay: en Uruguay la empresa de telecomunicaciones privada Dedicado, junto a Intel están trabajando actualmente en el proyecto WiMAX para toda Montevideo y parte de la Costa de Oro, durante el 2007 el servicio podría quedar activo.

Venezuela: en Venezuela, Omnivisión desplegó la red WiMAX en Caracas junto a Samsung en la banda de 2.5 Ghz, sin embargo, recientemente CONATEL (ente regulador de las telecomunicaciones en ese país) asignó las bandas de 3.5 y 3.7 Ghz para el uso de esta tecnología, lo que ha retrasado un poco el lanzamiento comercial. Samsung Electronics Co. Ltd, proveedor de sistemas de Telecomunicaciones y Omnivisión C.A. operador de televisión han desarrollado el servicio WiMAX móvil en Venezuela bajo la marca MOVILMAX.


El acuerdo fue firmado el 16 de diciembre 2005, convirtiendo a Omnivisión en uno de los primeros operadores en Latinoamérica en instalar servicio WiMAX móvil de Banda Ancha Personal.

En enero de 2008 MOVILMAX pasó a formar parte de la junta de directores de WCA (Wireless Communications Association International), organismo encargado de velar por los intereses de los proveedores inalámbricos que ofrecen datos a alta velocidad, Internet, servicios de voz y vídeo en espectro de banda ancha utilizando dispositivos de recepción/transmisión a lo largo del espectro de banda ancha.

Tabla 3.7 - Comparativa entre WiMAX y WiFi

*

Fig 3.7.1 – Diagrama de operación Wimax


En la imagen se aprecia la conexión WiMax en un ambiente exterior esta esta definida como Worldwide Interoperability for Microwave Access ya que es el nombre de máscara de la definición técnica de la norma 802.16a, un nuevo estándar inalámbrico.

* Esta tecnologia esta provista de un gran ancho de banda: una sola estación de base puede admitir de manera simultánea más de 60 empresas con conectividad tipo T1/E1 o cientos de hogares con conexión tipo DSL (línea digital de suscriptor).

* Esta tecnología también es independiente de protocolo: puede transportar IP, Ethernet, ATM y más en un mismo canal de espectro dedicado.

* Wimax también Puede transmitir otros servicios agregados como: voz sobre IP (VoIP), datos, video tan solo en una llamada o integrándolos en un solo servicio de canal.

Capitulo IV

Análisis y Cálculos


Capitulo IV

4.0 - Análisis y Calculos

4.1 - Potencia y Alcance Wi.Max del Proyecto

La señal XG Flash bajo el modelo SUI que es la encargada de la tecnologia a la cual pertenece WI.Max usa aberturas simples de modulación ortogonal que se basa en ciclos para transmitir un rango amplio y con potencia baja en comunicaciones RF. Solo en el ciclo de modulación que es implementado cuando la señal senoidal individual del ciclo RF de energía son moduladas para representar uno o más bits de datos.

Esta propiedad de modulación difiere de los métodos convencionales donde decenas a cientos de miles de ciclos RF para Factales se equipan para transferir un sencillo bit de información de datos en la retransmición, con cada ciclo adicional de este representa mas potencia en RF obteniendo el trabajo hecho con menos ciclos de traducidos asi en mas potencia eficiente en la transmisión NLOS.

Aunado a esto la conformidad del Array system adapatative que genera la señal s/n y al mismo tiempo la capacidad de la antena de tipo fractal a su dimensionamiento en direccionamiento al ancho de banda y de canal a transmitir se adopta el calculo de RF para NLOS.

A partir de las teorías de comunicaciones, Tambien vamos a referirnos a la teoría de Shannon ya que aporta a este proyecto la posible comunicación con un promedio de error bajo a partir de un canal con ruido externo que podría llegar más lejos en un promedio de señal a ruido expresada de esta forma:

Eb/N0 > ln alrededor de 0.693 o -1.6 decibeles dado como el límite de Shannon.Entonces cualquier receptor siempre empeorara la transmisión. Expresado esta relación que va de la mano con la de la formula señal a ruido de un sistema de comunicación se tiene que establecer primero

4.2 - Fuentes de ruido de Radio ( canal inalámbrico)

Ya que es el medio por el cual se retransmite este sistema las mas importantes recurre a las fuentes de radio en el y las vibraciones térmicas que son las que reciben los átomos u objetos por medio de su antena, esto es la densidad de poder del ruido térmico emitido por un objeto es aplicado a nuestro sistema de comunicaciones WiMax y alcanza este factor a través de las ondas de radio con:

N0 = kT

Donde: k = la constante de boltzman = 1.38x10-23 J/K

T = temperatura absoluta (°K)

Así es que a una temperatura de 300 °K (26.85 °C ó 80.33 °F),


N0 = k T

= 1.38X10-23 J/K X 300 K

= 4.14 X 10-21 W/Hz (-203.83 dBJ)

El poder de ruido en un ancho de banda B es

N = N0B

Así es que el total del poder del ruido de un objeto a 300°K en una banda ancha de 1 MHz es:

N = N0B

= 4.14X10-21 X 1 X 106

= 4.14X10-15 = 4.14 fem de watts = -143.83 dBW

Esto representa que solo un nivel bajo de potencia alcanza un gran rango de operabilidad y alcance en el sistema y adecuándose a no interferir en los sistemas de radio

La relación convencional de potencia señal a ruido es:

Eb/N0 = (S/N) X (B/R), En donde:

S = señal de poder (Watts)

N = poder de ruido (Watts)

B = señal de banda ancha (Hertz)

R = razón de bit (bit/sec)

Eb/N0 = S/N únicamente cuando la señal ocupa 1 Hertz de banda ancha (B) por cada bit por segundo de datos (R) cuando la señal es mas amplia que el rango de información, la Eb/N0 es mas grande S/N. Cuando el rango de información es mayor que la banda ancha, la Eb/N0 es menos que la S/N. El promedio R/B es conocido como la eficiencia del espectro del sistema el cual deriva el alcance del mismo en Wimax que se expresa como: Eb/N0 = (S/N) X (B/R)

Tomando en cuenta y de acuerdo a los 35 miliwatts que proporciona xG para nuestro caso a 3.67 Mb/s la señal a una distancia de 18 millas sobre los 902Mhz de la “ISM” de la banda civil se usaran 50mW radiados de una antena de altura máxima de 204 centimetros con 6.5 de dBi puestos en la transmisión de la antena y un receptor direccional al otro extremo del nivel de cobertura no excedente a los 55 km de radio activo a 8 dBi y dependiendo también de las condiciones del subsuelo y deformidades para el tipo de región a establecerse para este caso el del valle de México se usara rango horizontal irradiado desde lo mas alto de la torre para usar la


cobertura en patron horizontal sin la necesidad de un foco radiador del centro de la misma asi el modelo de transmisión usado se aplica a la siguiente formula:

Rango = R cos-1 [R/(R+h)]

Donde:

R = radio de la tierra

h = altura máxima de la torre

4.3 – Distancia Wimax

Entrada en R = 6378 km y altura h = 0.204 km

= 6378 cos-1 [6378 / (6378+0.204)]

=6378 cos-1 (0.99996801607)

= 51 km

La distancia de operación en la demostración inicial es de 58.8 km dentro de la línea de rango de señal de la torre. Como condiciones iniciales al model SUI la atmósfera es transparente a 902 MHz. Así es que la pérdida de señal a esta distancia es puramente geométrica y la antena receptora simplemente captura una fracción más pequeña de la energía transmitida.

Perdida de trayectoria (dB) = 20 x log10(4xπ XD / λ )

Donde D es la distancia y λ es la longitud de onda en las mismas unidades

Como punto de parida para Wi-Max se toma como distancia inicial en metros la longitud de 28.968 aproximadamente a esclable y con una longitud de onda de 915 MHz (del centro de la banda del rango 902-928 MHz) y la distancia en metros a ese rango seria 0.3279 de acuerdo a estos parámetros iniciales la formula para la trayectoria resultaría:

20xlog10(4xπ x28968/0.3279) = 120.9 dB

En este cálculo se emplearon configuración de antenas isotrópicas del tipo fractal ya que proporcionan una igualdad de radiación en todas direcciones igualando asi a la SKU pero para los fines de operabilidad del sistema la transmisión se debe dar con antenas omnidireccionales fractales con ganancias de 6.5 dBi y de recibiendo de antena de 8 dBi a 2.5 y 2.7 GHz respectivamente.


4.4 – Poder de Transmisión Wimax

Mencionado esto el poder de transmisión en un lugar determinado con 35 milliwatts o 50 mW teniendo en cuenta que -14.56 Dbw como referencia en decibeles a 1 Watt por lo tanto el nivel de potencia para recibir la señal debe ser:

P (rx) = P (tx) – perdida de trayectoria + ganancia tx + ganacia rx

= -14.56 dBW -120.9 dB + 6.5 dBi +8 dBi

= -120.96 dBW

La velocidad de datos debe ser 3.67 Mb/s o 65.65 dB-Hz (como referencia en decibeles a un hertz) pero como el recibimiento de energia por bit Eb es:

Eb = P(rx) – 10 x log10 (tasa de bits)

= -120.96 dBw – 10 x log10 (3.67*106)

= -120.96 dBw – 65.65 dB-Hz

= -186.61 dBJ como nivel de referencia de decibels a un Joule

4.5 – Densidad de Poder Espectral

La última sección del cálculo de potencias viene dado por el componente N0 que nos proporciona la densidad de poder espectral recibido. Partiendo del ruido que cada objeto irradia como ruido blanco Gaussiano y tomando en cuenta las diferencias de temperatura en el sistema de comunicación esto puede ser calculado con:

N0 = k x T

Donde:

k = es la constante de Boltzmann 1.38x10-23 J/K o -228.6 dBJ/K

T = temperatura absoluta en Kelvins


Aunado a esto la potencia en el amplificador produce 915 MHz que proporciona menos ruido que el radiado por la tierra en el recogimiento de antena y asumiendo que el sistema de ruido en temperatura de la tierra es acerca de 300 kelvins ( 24.8 dBK tomando de referencia un kelvin)

N0 = 10log10 (1.38 x10-23) + 10 log10 (T)

= -228.6 dBJ / K + 24.8 dB-K

= -203.8 dBJ

Y finalmente tenemos:

Eb / N0 = Eb (dBJ) – NO (dBJ)

= -186.61 – (-203.8 dBJ) = +17.2 dB

4.6 – Calculo de Trayectorias Perdidas

Para el cálculo de trayectorias perdidas (path loss) adoptado por la IEEE 802.16 el cual nos proporciona las pérdidas de trayecto en el transcurso de la señal se adopta la ecuación:

PL = A + 10 γ Log10 (d/d0) + s x desviación estándar fract

Donde: A = 20 Log10 (4πd0 / λ ) con λ (long. de onda) dada en metros para nuestro

caso λ = 50m por lo tanto A = 28 dB

γ Indica el exponente de trayectoria perdida dado por: γ = (a-b x hb + c/hb )

con la altura de la antena de estación base 10m < hb < 80m para nuestro caso

hb = 20.4m por lo tanto γ = 74.28m

En cuanto a, b y c son constantes dependientes del tipo de terreno de acuerdo al Modelo SUI:

Terreno A: máximas pérdidas, terreno con cerros, densidad de follaje moderado a alto

Terreno B: terrenos planos con densidades moderadas a latas, o terrenos con cerros y

baja densidad de árboles.


Terreno C: mínima pérdida de espacio libre, terreno plano, densidad ligera de árboles

Tabla 4.6 - Parametros de terreno para Trayectorias perdidas de acuerdo al Modelo SUI

Para nuestro caso optamos la denominación C ya que hasta ahora los cálculos y pruebas se han efectuado únicamente en un área de cobertura en la cual coinciden los parámetros de la opción descrita como C

Para d0 es considerado como una distancia de referencia escogida en 100m t d la distancia de la antena a la estación base en nuestro caso tomamos d=20m

Y por ultimo s representa el efecto de ensombrecimiento para el cual se asume una distribución con desviación estándar entre 8 y 10 dB

Entonces:

PL = (28 dB+ 10 (74.28) Log10 (20/100) + 10dB )(1000 dB) de la antena fractal

PL = -5.15 dB de perdida de trayecto

Parámetro Terreno A

Terreno B

Terreno C

a 4,6 4.0 3,6

b (m-1) 0,0075 0,0065 0,005

c (m) 12,6 17,1 20


4.7 - Perfil de Retrado

Adicionalmente para el caso de antenas directivas fractales, el perfil de retardo juega un desempeño primordial para la implantación del modelo ya que este proporciona la correcta cobertura de dirección de la antena, este perfil de retardo puede ser representado por una curva caracterizada por el retardo RMS del perfil completo de retardos, el cual está dado por la ecuación:

t2 RMS = Σj Pj t2 j – t2 avg t2 RMS = 3ms (milisegundos)

Donde:

t avg = Σj Pj t j

t j = es el retardo de la j-esima componente del perfil

Pj = representa la potencia de la j-esima componente (potencia total de todas

las componentes).

De aquí se deriva a al modelado del perfil de retardo la cual esta dada por P (t ) con valores típicos del retardo RMS en el canal inalámbrico en el rango de 0.1 a 5 mili segundos. Adicionalmente se considera el efecto doppler y un factor de corrección K para incluir las características que el canal representa en condiciones NLOS es decir definirlo como tipo Rice o Rayleight

P(t) = A δ(t) + B Σ∞t=0 e(-(∆t / tm) ( δ ( t - ∆ t) )

Donde: A, B y ∆t se determinan de manera experimental.


4.8 – Distribución Rayleight

La distribución de Rayleigh se utiliza en radiocomunicaciones para describir la variación estadística de la envolvente (amplitud) de la señal recibida en un escenario de propagación multicamino.

Esta distribución se puede aplicar en el caso de que existan desvanecimientos de la señal causados por las reflexiones de los rayos de la propagación multicamino, existiendo un número grande de ondas reflejadas y ninguna onda directa (canal NLOS). En este escenario, si r representa la envolvente de la señal, la función densidad de probabilidad viene dada por la ecuación

donde σ es la mitad del valor cuadrático medio de valor σ = ( r2 / 2 )1/2

Fig 4.8 - Función de Densidad de Probabilidad de una distribución Rayleight


4.9 – Efecto Doppler sobre el canal espectral y al Perfil Retardo

La frecuencia Doppler es una medida del ensanchamiento espectral causado por la variación del canal y se define como el rango de frecuencias sobre el cual el espectro Doppler es de valor diferente a 0. Aquí la gráfica con respecto al retardo:

Fig 4.9 – Dispersión doppler Respecto al Retardo

Fig 4.9.1 - Gráficas de retardos y dispersión del modelo de canal Wimax


4.10 - Función densidad de probabilidad Ricean

Esta función densidad de probabilidad modela la evolución aleatoria de la envolvente de la señal recibida el caso en el que haya una única onda directa y un número grande de ondas reflejadas (canal con visión directa). Seguirá una distribución Rice la envolvente de la señal cuando la onda directa llegue con mucha más intensidad que las ondas reflejadas por la propagación multicamino. Por el contrario, en el caso en que esta onda directa pierda intensidad y su intensidad no difiera en gran medida con la de las ondas reflejadas por la propagación multicamino estaríamos ante una distribución Rayleigh. A partir de la función densidad de probabilidad de una variable aleatoria Rice:

siendo A la amplitud de pico de la señal directa, σ2 la potencia de la envolvente y I0 la función modificada de Bessel de orden cero. La distribución Rice también suele describirse en términos de K, conocido como el factor de Rice, definido como la relación entre la potencia de la señal y la varianza de la propagación multicamino.

K (dB) = 10 Log A2 / 2 σ2

Tan pronto como A tienda a 0 y K a −∞ , siendo K una unidad logaritmica, (disminuye la amplitud del rayo directo), la distribución Rice va variando hasta convertirse en una distribución Rayleigh.

Fig 4.10 - Función de densidad de probabilidad de una distribución Rice


4.11 - Señal Recibida Del Sistema WiMax

Por ultimo se analiza la señal recibida donde aplica a ciudades grandes y medianas según sea el caso dando asi las correcciones necesarias para áreas suburbanas y abiertas. Las distancias límite son menores a 10 km y las alturas de las antenas comprenden entre 20 y 200 metros. El resultado de la extrapolación es que la señal recibida está dada por:

A (X ) = A fs + A bm – G c – G T

A (X) = 237.865 dBW

Donde:

Afs= 92,4+20Log(D)+20log(RF), son las pérdidas en el espacio libre.

Abm=20,41+9,83Log(D)+7,894Log(RF)+ 9,56[log(RF)]2, pérdida media básica

de trayecto.

GC= Log(hc/200){13,958+5.8[Log(D)]2}, ganancia en BS.

GT=[42,57+13,7Log(RF)][Log(ht)–0,585] para ciudades medianas y

GT=0,795ht– 1,862 para grandes ciudades. RF en GHz

D en km, hc y ht en m (altura BS y altura SS respectivamente).

ht = 20.4 m D = 51km y RF = 2,4GHz


4.12 – Calculos Para la Antena con Array System Adaptative

4.12.1 - DIVERSIDAD TEMPORAL Y ESPACIAL

Todo proceso de filtrado, clasificación o selección requiere que el fenómeno físico bajo análisis permita extraer características al observador.Dichas características o etiquetas permiten, siempre que sean diversas para el colectivo de fenómenos a analizar, la clasificación o selección de este frente a otros fenómenos diferentes. Así pues, es necesario el recurrir a un proceso de extracción de características antes de intentar cualquier proceso de filtrado o reconocimiento.

Dado que todos los fenómenos de interés suelen firmar vía señales eléctricas, generadas por sensores que pasan de parámetros físicos a parámetros eléctricos la información correspondiente, una manera trivial de generar características, o dicho de otro modo, de generar diversidad a partir de una señal eléctrica x(t) es recurrir a sus muestras. De este modo, una diversidad de orden Q estaría formada por Q muestras, no necesariamente consecutivas de x(t).

El instante t, o n en discreto, en la expresión anterior, se toma como referencia de los vectores de diversidad que el procesador manejara.El superíndice T indica vector o matriz transpuesta.

Otra alternativa es, teniendo en cuenta que la diferencia finita o la derivada de orden Q manejan valores de diversidad temporal, formar la diversidad de orden Q a partir de las Q primeras derivadas o diferencias finitas de la señal.De este modo,también constituiría una firma adecuada en diversidad de la señal x(t).


Obviamente el uso de diferencias finitas se corresponde con la segunda versión de la primera formula para señales muestreadas.

Es de destacar que cualquier forma manera o tecnología de procesar, filtrar o clasificar pasa de un modo u otro por este proceso de firma de la señal.Mientras que en tecnología analógica la diversidad generada por componentes L-C esta constituida por derivadas (o integrales) de la señal de entrada, se examinara el caso discreto por estar más próximo al caso de procesado espacial.

Examinando la primera formula, se trata de la arquitectura de un FIR (Los filtros adaptivos FIR son una estructura adecuada para este problema, especialmente cuando se trabaja con señales localmente estacionarias (como por ejemplo la voz humana).El filtro adaptivo intenta generar una estimación de la muestra de entrada actual mediante una combinación lineal de N muestras anteriores. La elección de N para el predictor es crucial para el rendimiento del filtro. Si la señal de entrada puede ser modelada filtrando ruido aditivo, Gaussiano, y blanco (AWGN))

de Q coeficientes. Si se concentra la misión del FIR en extraer, de una mezcla de dos sinusoides, la señal de frecuencia mas baja, lo primero que se lleva a cabo es hacer firmar a la señal de entrada en el sistema de diversidad.

Es decir, la primera capa genera un vector de diversidad Xn donde se recogen Q muestras, ahora consecutivas por razones de viabilidad, de la señal de entrada. La referencia de tiempo se denota en el subíndice del vector.

La segunda capa del selector o filtro, al observar la diversidad, se limita a privilegiar la firma de la señal de baja frecuencia y eliminar el resto de señales. En otras palabras, el conjunto de coeficientes de un FIR puede contemplarse como un proceso adaptado a la diversidad generada de tal modo que, si esta es adecuada, le permite extraer la señal deseada y atenuar el resto. En definitiva, la realización de un filtro no es ni más ni menos que el proceso de la diversidad correspondiente.


Esta visión, aparentemente artificial de un FIR, será de gran valor para comprender y asimilar otros tipos de diversidad y su correspondiente proceso. En concreto se pasara a revisar como seria un sistema en el que la diversidad, en lugar de generarse en tiempo, se genera en espacio.

En el caso de diversidad espacial,esta se genera en términos de tiempo de retardo, pero sigue adoptando el planteamiento que se realizo en la primera formula.

Fig 4.12.- Etapas del filtro FIR


4.13 - SEÑAL DE FUENTE Y SEÑAL DE SENSOR.

Si se supone una fuente situada en los ángulos (θs,ϕs) que emite una señal paso banda muy estrecha xs(t), asumiendo que se encuentra en campo lejano y que, por tanto, el frente de onda es plano, se puede dar una expresión de la señal en el sensor q. Para obtener la expresión de la señal en el sensor, se ha de asumir un punto de referencia que se denomina centro de fase. El significado del centro de fase es que los tiempos de llegada (TOA Time of Arrival) estarán referidos al punto elegido como centro de fase.

Es decir, tomando las coordenadas del centro de fase como origen o punto (0,0,0), y asumiendo que en este punto se recibiría la señal como xs(t-to), la señal recibida en el sensor q tendrá un retardo respecto a la anterior τqs que dependerá de la posición del sensor en la apertura y de la dirección de llegada o DOA (Direction of Arrival) de la fuente en cuestion.

Es decir, la señal recibida en el sensor q tendrá un retardo con respecto a la recibida en el centro de fase que contiene información de la posición de la fuente y que depende del punto de diversidad elegido o posición del sensor. Antes de proseguir se ha de insistir que el centro de fase es un punto físico no necesariamente accesible. Dicho de otro modo, no tiene porque haber una antena o sensor en el centro de fase. Si se imagina una apertura circular, el centro de fase natural estará en el centro, donde habitualmente no existe un sensor. El hecho de que el centro de fase no coincida con la posición de un sensor no es problema ya que el sistema de localización y procesado de la señal de una fuente es un sistema diferencial que se basa en las diferencias en los TOA a cada sensor y no requiere de una medida absoluta. En resumen, el procesado no dependerá del tiempo to.


Fig 4.13.- Propagación de un frente de onda con indicación del vector de onda sobre una apertura.

La señal en el sensor estará referida a la recibida por un sensor virtual o no en el centro de fase seleccionado.Es fácil de probar, usando geometría elemental que el retardo debido a la velocidad de propagación del frente de onda viene dado por el producto escalar del vector de onda de la fuente por el vector de posición del sensor. Expresando el vector de onda en función de su modulo y ángulos directores se obtiene:

Siendo λ la longitud de onda de la fuente (igual a la frecuencia dividido por la velocidad de

propagación c) y θs y ϕs la elevación y el azimut de la fuente respectivamente.Recordando que el norte geográfico se toma coincidente con el eje y (horizontal) de la grafica.Considerando ahora una apertura planar, el vector de posición, siempre respecto al centro de fase,del sensor que vendra dado por:

De este modo, el producto escalar o el tiempo de retardo, tras agrupar términos resulta igual a


4.14 - MODELO DE SEÑAL DE APERTURA: SNAPSHOT

Dado que la caracterización de un escenario de banda ancha es más complicado, se comienza por analizar la banda estrecha.Dado esto cuando el retardo de grupo es despreciable, con respecto al centro de fase, la señal que se recibe en un sensor debido a una fuente situada en

(θs,ϕs) viene dada por:

Así pues, si se congela el tiempo en un instante t, el conjunto de valores que tomaría la señal recibida en todos los sensores de la apertura pueden concentrarse en las componentes de un vector, según se indica:

X t = as (t).Ss

El termino correspondiente a la frecuencia portadora se omite pues, como se vera en adelante solamente es necesario su multiplicación sistemática en todas las derivaciones y formulas. También puede pensarse que la estimación no cambiara tanto si se realiza en RF, IF o banda base. Es decir todas las señales que se utilizaran a partir de este momento, para pasar a ser la señales reales, habrán de multiplicarse por el fasor de la portadora o frecuencia de análisis.

Su parte real e imaginaria será la componente en fase y cuadratura respectivamente de la señal en cuestión.Es interesante destacar que el vector indicado separa claramente la información temporal de la fuente de su información de posición.

Para entender la importancia de esta separación, nótese que si se esta interesado en localizar la posición de la fuente tan solo el vector Ss será de interés, mientras que para el receptor de comunicaciones lo crucial será obtener as(t). Dado que el vector Ss contiene la información de posición de la fuente se le denominara vector de posición o, por razones que se verán mas adelante, vector de enfoque de la fuente s (‘steering vector’).En resumen la firma de la fuente de banda estrecha en la diversidad espacial es el producto de la envolvente paso bajo por el vector de steering de la fuente.


Si en lugar de existir una fuente presente en el escenario, se tienen NS fuentes, el vector de señal en la apertura en el instante t seria:

Fig 4.14 -La cadena de recepción hasta la formación del “snapshot” a la salida del conversor A/D.

Capitulo V

Simulación y Material a utilizar del Proyecto Wi-Max


Capitulo V

5.0 - Simulación y Material a Utilizar del Proyecto Wimax

El proyecto lo que pretende es permitir la difusión de imágenes, voz, información de control escolar bibliográfica o de consulta de datos y de entretenimiento en quince sectores del campo del instituto en la ciudad de México Incluyendo como sector principal al IPN, facilitando de esta forma monitorear cada emplazamiento, aumentando la seguridad de los operarios y vinculando centros de operación de red hacia los usuarios. La inversión para este proyecto es de 2,178,444 de pesos en solo en la etapa de implantación inicial del sistema y cuenta con un plazo de tres meses para llevarse a cabo.

El chip WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) aportara a la tecnología WiMax la banda ancha a utlizar cuyas características principales son que puede cubrir áreas de 58 km. a una velocidad de 70 Mbits y con una mayor posibilidad de encriptación. Una sola antena Wimax con configuración interna de antenas fractales daría la cobertura a 10.000 usuarios con una ADSL de 10 Mbit./seg cada uno. Este chip esta basado bajo el estándar IEEE 802.16 y escompatible con WiFi (802.11b y 802.11g).

Fig 5.0 – Chip Interno del Procesador Wimax Patrocinado por Intel

El material a utilizar para la comprobación de este sistema de red es:

- 3 Ordenadores Portátiles DELL - 1 Ordenador Portatil DELL - 2 antenas de rejilla o helicoidal de 24db con su equivalente en fractal. - 2 antenas de rejilla de 19db con su equivalente en fractal - 1 antena omni direccional de 8 db - Entorno mixto de sistemas operativos Windows y Linux - Tarjetas inalámbrica de distintas marcas tipo 802.11b a 11mbps la mayoría siendo de D-Link


El material utilizado para establecer el enlace es: - 1 Ordenador Portátil Dell 8100 - 1 Ordenador Portátil Asus - 2 Antenas de rejilla de 24db - 2 tarjetas inalámbricas D-Link con sus respectivos pigtail

Como primera instancia se analizara las antenas a utilizar para bandas civiles C omnidireccionales helicoidales de preferencia para banda de ISM:

Cl tiene que estar entre 0.75L-1.133L y es el perímetro del arrollamiento Sl tiene que estar entre 0.2126Cl y 0.2867Cl y es la longitud axial de una vuelta G tiene que estar entre 0.8L y 1.1L y es el diámetro del plano de tierra o reflector Cl = pi * D es el perímetro de arrollamiento, y viene fijado por el tubo de PVC que pensemos utilizar como base para la antena. (Longitud = Diámetro * pi).

La frecuencia central (2.425GHz) tiene una longitud de onda L = 0.123711 metros.

Cl = pi * 0.040m = 0.12566 m (12.56 cm) = 1.0576 veces L Sl = 0.2126 * 0.12566 = 0.02671 ( o sea 26.7 milímetros, 2.67 cm)

La ganancia de la antena dada en dBi viene definida como ...

Ganancia = 11.8 + 10log10(Cl * Cl * n * Sl) donde n es el número de espiras. Ganancia = 11.8 + 10log10(1.0576 * 1.0576 * 22 * 0.2126) = 18.9 dBi


5.1 - DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO Y SUS ESPECIFICACIONES

5.1.1 - BEST LINK 4000SERIES

El BL4000 Series es un sistema de puente WLAN de exteriores de antena desmontable que puede ser combinado con antenas que el comprador elija para optimizar la calidad de la comunicación de larga distancia.

Este sistema es usado para soluciones de puenteo inalámbrico punto-a-punto y punto-a-multipunto que conecta múltiples redes locales entre diferentes edificios.

Simultáneamente operadores de internet inalámbrico pueden usar este resistente dispositivo de exterior para conectar y entregar señal inalámbrica a sus usuarios sin importar si están adentro, afuera o incluso en la calle.

Éstos productos cumplen el Standard IEEE e incorporan tecnología DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum). Con tecnología inalámbrica superior y funciones avanzadas, BL4000 Series es una solución inalámbrica confiable, de alto rendimiento y con efectividad de costo.

5.1.2 - Caractreristicas del Puente de Exterior BL4000 802.11

2400 ~ 2500 / 5725 ~ 5850 Mhz banda ISM sin licencia

Estandard IEEE 802.11b

Tecnología DSSS

Transmite hasta 40Km de distancia

Energía de salida de 2.4 Ghz 0.1W/0.5W/1W

Energía de salida de 5.8 Ghz 0.2W/0.5W

Energía por Ethernet

SSID oculto y aislamiento del cliente

Fácil administración usando SNMP

Amplio rango de temperatura de operación: -30ºC ~ 60ºC

LEDs indicadores de señal en ODU


Seguridad avanzada 802.1X Auth. (EAP)

5.1.3 – Caracteristicas del Puente de Exterior BL4200 802.11g/b 54Mbps

2400 ~ 2500 Mhz banda ISM sin licencia

Larga distancia IEEE 802.11g

Compatible con 802.11b y soporta 802.11b/g de uso mixto

Tecnología TDD bidireccional

Soporta sistema WDS

Niveles de energía de salida de 0.1W/0.5W

WEP64/128 bits. Soporta encriptación WPA-PSK

Filtro de acceso MAC


LEDs indicadores de señal que ayudan para la alineación de la antena

5.1.4 – Caracteristicas del Puente de Exterior Avanzado BL4400 802.11a 54Mbps

5150 ~ 5725 Mhz banda UNII

Soporta 802.11h (Administración de control de energía y espectro: DFS y TPC)

Excelente covertura de señal de Radio Frecuencia de hasta 32Km

Tecnología TDD bidireccional

Soporta función WDS

Estricto control de seguridad de acceso con codigos Reed- Solomon y SSID oculto y aislamiento del cliente

Encriptación CKIPEP de 64 / 128 / 152 bits con Filtro por el acceso MAC y PHY


Función de survey de Sitio para evitar la interferencia de otros dispositivos de radio

LEDs indicadores de señal que ayudan para la alineación de la antena


5.2 - Ventajas y Equipo de la Red Wimax Completa

La mayor ventaja en estos sistemas conocidos como de red libre sin cables es que brinda mayor movilidad para sus clientes y usuarios sin depender de conexiones físicas o fibra que limiten su conectividad permitiendo una instalacion inmediata de servicios.

Si el Instituto o Empresa requiere dar servicios a empleados, clientes, alumnos y proveedores a sus sistemas de datos, dar voz en IP, imagenes y video, ampliar cobertura de ultima milla, tener vigilancia con camaras remotas en todas sus instalaciones, una red WiMax de banda ancha permite cubrir estas aplicaciones a un costo muy accesible.

5.2.1 – Descripción de Equipo a una Red Wimax De Amplia Tecnología

Best LINK 3000 Series

Puente de Exterior con Panel de Antena Integrado 802.11a 1-2-3Gb

Best LINK 4000 Series

Puente / Punto de Acceso de Exterior 802.11a / 1-2Gb

Wimax Broadcast MMDS

KB WiMax MMDS

Solución inalámbrica "Last Mile" calidad operador.


WiMax MultiBand Radio

El WiMAX/Wi-Fi Multi-band Dual Radio cubre de 700MHz to 6.1GHz, incluyendo la popular banda no licenciada (estándar 2.4/5GHz 802.11a/b/g), Banda de frecuencia sin línea de vista 700MHz, la banda no licenciada sin línea de vista 900MHZ, la banda licenciada MMDS de 2.3 a 2.7, la banda licenciada de 3.4 a 3.6Ghz, la nueva banda no licenciada 3.65GHz, la banda de Seguridad Pública 4.9GHz, la banda UNII FCC US de 5.150 a 5.350GHz, la banda ETSI Europe de 5470 a 5.725GHz, la banda ISM FCC US de 5.725 to 5.850GHz, Special Wideband Range de 4.9 a 6.1GHz y futuras bandas licenciadas y no licenciadas.

El WiMAX/Wi-Fi Multi-band Dual Radio viene con 2 Radio Slot para seleccionar entre varios módulos Mini PCI, la frecuencia que necesita, gran potencia de salida y Firmware con características de software avanzadas basadas en Linux OS permitiendo cubrir largas distancias de hasta 50 millas o 80 Km. Todas estas características transforman a esta radio en la más completa y avanzada del mundo.

Con su prominente tasa de transferencia de datos, 108 Mbps (45 Mbps de velocidad real) y hasta 1Watt de potencia de salida, puede olvidarse de la palabra "interferencia". El WiMAX/Wi-Fi Multi-band Dual Radio pertenece a la siguiente generación de equipos inalámbricos.

El WiMAX/Wi-Fi Multi-band Dual Radio puede trabajar en 5 modalidades:

• Access Point (Para Punto a Punto y Enlace Multipunto, Hotspot, Redes Mesh, Estacion Base WISP y aplicaciones Backhaul) • WDS (Sistema de Distribución Inalámbrica para aplicaciones de Redes Mesh) • Repeater (Para aplicaciones de un rango inalámbrico extenso) • AP Client (Para Punto a Punto y Enlace Multipunto, Wireless Client y aplicaciones Backhaul) • Station (Para Punto a Punto y Enlace Multipunto y aplicaciones Wireless Client)

Características:

Múltiples bandas licenciadas y no licenciadas de 700MHz a 6.1GHz (Escoja la frecuencia que necesita!)

Tasa de transferencia de datos de hasta 108 Mbps en modo Turbo.

Trabaja como una Estación Base Inalámbrica, HotSpot AP, Mesh AP, Wireless Client, Backhaul y Repeater.

Módulos de alta potencia, hasta 1Watt para largas distancias que enlazan 50 millas ó 80 Km.

Parámetros de larga distancia y regulación de la potencia de salida.


Gran potencia de CPU para una conexión de alta velocidad.

Diseño perfecto y características que permiten el uso industrial al aire libre (Impermeable).

Compatibilidad completa con cualquier red IEEE y futuro WiMAX.

Funciones de red avanzadas (IP Routing, Firewall, DHCP, NAT, Bandwidth Management, QoS, etc).

Características de seguridad avanzadas WEP (64,128 bit), WPA1 & WPA2.

NETKROM NMS - Network Management System (Sistema de Administración de Red).

Soporta condiciones ambientales extremas -60C a 230C.


Fig 5.2 - Esquema de enlace entre 2 edificios


5.3 – Especificaciones Minimas para soporte de WiMax:

Hardware

Procesador Intel IXP4 Preferentemente Intanium o Xeon 2 Memoria 64 MB Memoria Flash 16 MB Puerto RF Dos RF Mini-PCI Modules Puerto Ethernet Dos Ethernet 10/100 Mbps Puerto de Consola Un Serial DB9 standard Conector RF N-Hembra Conexiones deEnergía

802.3af Power over Ethernet 48v DC con surge protector

Caja exterior Molde de Aluminio fundido de uso Industrial, NEMA-67/IP-67

Dimensiones 8.3 x 6 x 2 pulg. (21 x 15 x 5cm.) Peso 4.5 Lb. ó 2 Kg. (Radio, bracket y accesorios) Temperatura deOperación Enclosure Seal -60C a 230C

Soporte Brackets de montura para mástil o torre

Software

Modos de Operación en RF

Access Point (Función de bridge o router) WDS (Función de bridge) Repeater (Función de bridge) AP Client (Función de bridge o router) Station (Función de bridge o router)


Software

Características Avanzadas en Wireless

Tx Power y Tx Rate Selección de Antena ACK Timeout WMM - Wireless QoS Mac Address Spoofing Ocultamiento de SSID y Modo Stealth Selección del Mejor Canal y Selección de código de País DFS/TPC (Selección Dinámica de Frecuencia / Control de Transmisión de Potencia) Compression, Bursting, Fast Frames Soporta Completamente 802.11h Alineación de Antena (Site Survey (escaneo) / Calidad de Enlace / Nivel de Señal)

Características Avanzadas en Networking

Bridge Transparente Layer 2 (Mac Address) Forwarding Layer 3 (IP Address) Forwarding Enrutamiento Estático

Dynamic Routing RIP v1/ v2 DHCP Server y Client PPPoE Client/PPTP Client Soporta Vlan (802.1Q) Estadísticas Avanzadas Interfaz de Usuario Gráfica Utilidades de Monitoreo (Ping y Trace Route)

Firewall - NAT

Input/Output Interface Source IP/Subnet Port(s)

Source Mac Destination IP/Subnet Protocolos (ICMP, TCP, etc) Estado de Conexión (Nuevo, Establecido, etc)

Características deSeguridad

Lista de Control de Acceso

Codigo Reed-Solomon 64/128 canales de encriptación WPA1/WPA2 con cifrado TKIP & AES


Software

Administración de Ancho de Banda

Commited Information Rate (CIR) Peak Information Rate (PIR) Commited Burst Size (CBS) Excess Burst Size (EBS) Basado en :QoS

- Input/Output Interface - Source IP/Subnet - Source Port(s) - Source Mac - Destination IP/Subnet - Destination Port(s) - Destination Mac - Protocolos (FTP, ICMP, TCP, etc) - Aplicaciones (Peer to Peer, EDonkey, Kazza, IRC, etc)

Características de Hot Spot

WAN, LAN, DHCP, Firewall - NAT QoS - Administración del Ancho de Banda Wireless Radius Client

Autenticación UAM, Autenticación por Direcciones Mac Walled Garden Sites de Publicidad Página de Logueo Personalizado Información para Usuarios, Estadísticas del Radius

Herramientas de Administración

SNMP Agent

NTP Agent HTTP Server SSH


5.4 – WiMax 3.5 GHz-V Pol. Directa –TDJ-3519A-45


5.5 – WiMAX 2.4 GHz Omni Dir. – TQJ-3511TX


5.6 – Antena SKU ANOM de 2.4y 5.1 GHz (2.4 - 5.1 GHz) Omdirectional y 10dBi de Ganancia

SKU:ANOM5X10 DescripcióndelProducto–ModeloANOM5X10 Las antenas de Air802 Sku -Anom son profesionalmente creadas y manufacturadas con la mayor calidad industrial al precio mas bajo posible, entregando un valor considerable a nuestros enlaces y que para este proyecto es de vital importancia su adquisición para sustentar la calidad del enlace.

Esta antena Omni-fractal está diseñada para las bandas 2.4GHz y 5.8GHz para cubrir toda la banda de frecuencia 5.1 a 5.9 GHz. Esta antena provee una ejecución alta de eficiencia de transmiciónmen IEEE 802.11b/g WiFi, ISM, bandas NII y WIMAX. La antena incluye, distribución de antenas fract. En su interior en arreglos preestablecidos abrazaderas de montaje y ferretería para un mástil de 2” pulgadas de diámetro (5.08 cms). La cubierta de fibra de vidrio de la antena permite una protección impermeable para todo tipo de transmición de datos en casi todo tipo de clima.

5.6.1 - GARANTIA DE LA ANTENA La antena está absolutamente cubierta bajo la Garantía Limitada de Air802 LLC.Notas de Termi-nología: debido a varios usos de términos, esta antena puede ser encontrada como: antena wlan omni frac, antena omni inalámbrica,o sus similares lan omni inalámbrica, antena omni 5.8 GHz, antena omni 5900 MHz, antena omni ISM, antena LAN omni inalámbrica, antena omni 25.8, antena omni 802.11, antena omni 802.11a, antena omni 802.16, antena omni 802.11a, antena omni wimax, antena omni wimax 5.8 GHz, antena omni wi-max, antena omni RF, antena omni hotspot, antena 5.8 GHz, antena wimax, antena 802.11

La tabla 5.6 muestra la relación entre número de iteraciones fractales y la ganancia. Como puede verse, para ganar 3 dbs más de la sku anom, es necesario doblar casi el número de iteraciones y por lo tanto la longitud de la antena.


Tabla 5.6 - Descripción en Ganancia con respecto a las Iteraciones Fractales dentro de la Antena

Algunas de las nuevas tarjetas 802.11 te permiten seleccionar la frecuencia central (canal) en la que emitirán.Es posible que basándonos en esto quizás pudieramos calcular la antena nuevamente para que se acomode lo más posible a la instalación que requerimos.

5.6.2 – RENDIMIENTO DE LA ANTENA

Se ha medido la eficiencia de esta antena midiendo los parámetros S11. Esta muestra la medida SWR (Standing Wave Ratio, Cociente de Onda Estacionaria) y el de la medida “Log return". Que cumple las reglamentaciones del espectro radioeléctrico (SWR de 1:1.15 o mejor). Parece ser que el apaño de la tira de cobre/latón para ajustar las impedancias funciona en los parámetros establecidos.

5.6.3 – ADAPATABILIDAD DE LA ANTENA

La SKU: ANOM5X10 En el caso de su adaptabilidad puede entrar dentro del sistema ISM con las antenas de rejilla o fractales o sola con un buen direccionamiento debido a su compatibilidad. La simulación correspondiente a la potencia así como el patrón de radiación se analizo en maker y mat lab sin montarla a una antena adicional y los resultados arrojados fueron los siguientes en cuestión de parámetros lineales entre dos estaciones.


5.7 – SIMULACION PARA LA ANTENA DE TRANSMISIÓN

<


5.8 - SIMULACIÓN PARA LA ANTENA DE RECEPCIÓN

< s


5.9 – SIMULACION PARA LOS PATRONES RADIACIÓN

Las medidas de algunos patrones de radiación.Desafortunadamente, debido a la instalación, sólo pude hacer medidas a 180 grados en la parte delantera. El primer patrón se hizo tomando medidas con intervalos de 5 hasta 40 grados, y después dibujando la gráfica reflejada para tener el patrón completo. Los puntos de -3Db se marcaron de acuerdo con la teoría de que el lóbulo tiene aproximadamente 40 grados de ancho.Los segundos patrones se hicieron utilizando intervalos de 10 hasta 90 grados. En ellos se muestra claramente el primer nulo a unos 40 grados del eje de la antena. La relación delante-detrás se midió en 20 dB.

Half Power Beam Width = 52 / (C? * sqrt(n * S?)) degrees = 52 / (1.066 * sqrt(13 * 0.31830)) = 23.98 degrees

5.9.1 – Patron de Radiación para la Antena Receptora

<


5.9.2 – Patron de Radiación para la Antena Transmisora

<


5.10 - Modelado de la señal Wimax

Como primera instancia la señal se aplico primero al simulador de Hardware en generador de señal digital para mobile Wimax Measurement Software y Wipilang de Matlab y de acuerdo al modelado de la señal del proyecto se tomo en cuenta el patrón de radiación final como referencia de señal en ancho de banda y Contando con un nivel de ruido medio de 155 dBm/Hz (en 2 gigahertz) y una exactitud media total de 0.5 DB (desde 50 hertzios a 6 gigahertz), este analizador tiene medidas de soporte incorporada hasta 31.25 megaciclos, así como función de digitalizador para capturar formas de onda de la señal de RF.

Este analizador ofrece una gran exactitud de medida por encima de 3Ghz, haciéndolo ideales para realizar medidas en sistemas de comunicaciones inalambricas de próxima generación, así como en la comprobación de funcionamiento de dispositivos de alto rendimiento.

De acuerdo a esto se obtuvieron las siguientes graficas;

Fig 5.10 – Simulación en Graficas del modelo SUI Wimax Para el enlace multipunto en tipo de Terreno y Distancia Respecto a la señal recibida


5.12 - Distribución de la red a implementar sobre el aprovechamiento de la red institucional

5.13 – Simulación de radiación para el DF.


Tomando en cuenta solo el calculo omnidereccional con una antena de 25 m de altura e implementando la antena de rejilla o su equivalente en fractal hacia un punto en el centro

5.14 – Simulación en Diagrama Para La Posible Cobertura del Instituto


5.15 - Simulacion de mat-lab a la region establecida

5.16 - Diagrama de Componentes Usuario/Servidor del sistema a bloques


5.17 – BLOQUES Y ARQUITECTURA DE FUNCIONALIDAD DEL PROYECTO WIMAX

Capitulo VI

Costos y Propuestas


Capitulo VI

6.0 - COSTOS

Para este sistema y solo con un sistema compuesto por las antenas arribas ilustradas con su patrón de radiación omnidireccional en sincronía con la estación principal que contiene la principal antena sku de wi-max se tienen los siguientes parámetros de los equipos y habiendo hecho un costo presupuestal de uso de servicio de línea a la compañía de servicios telefónicos Telmex y tomando en cuenta también los equipos pertenecientes a la compañía XG Technology pedidos para la prueba del enlace se logro el alcance denominado una milla con los siguientes parámetros y costos que son estrictamente necesarios para llevar acabo el sistema Wi.Max :

6.1 - Costo No. 1 Concesión de la Banda de Frec. y Equipos

Tomando en cuenta un ancho de banda de 4MB

Conexión Simétrica download / upload

Back Bone con tecnología ATM

De acuerdo al sistema que plantea Telmex otorgan al sistema 3 IP fijas con Interfase Ethernet y WLAN en ISM con navegación Full sobre la ya existente en ISDN-$50.000 a 1 año por cada linea

Cada conexión con capacidad de 20Mbps

Tabla 6.1 – Descripción y Precio del Equipo Transmisor/ Receptor para la Etapa Inicial:

Descripción Modelo Precio 3 Ordenadores Portátiles Dell Genérico $ 5,000 cada uno 2 Antenas Fractales rejilla ISM Sn8779 $ 17,000 cada una Best Link puente WLAN 4000 series $ 7,000 Best Link puente WLAN 3000 series $ 5.000 Antena (5.1-5.9 GHz) 10dBi SKU: ANOM 5x10 $ 25,000 KB WI-Max inalámbrica MMDS $ 10,000 2 Wi-Max / Wi.fi Radio Multi-banda dual

9.61 GHz $ 12.350 cada uno

MODEM XG technology s/n 67865778 $ 45,000 Wi.Max Antena 5.8 Ghz Pol Directa

TDJ 5819 AM-14 $ 4,000

Wi.Max Antena 3.5 Ghz Pol Omnidireccional

TQJ 3511TX $ 3.500


Continuación de la Tabla 6.1 de Costos de la Etapa Inicial del Proyecto

Descripción Modelo Precio RFS

Optimizer APXVx56516 $13,000

fiber-to-the-tower in-building

----- $4,000

dual-polarizedWiMAX

versiones: 2,3 a 2,7GHz $2,000

(APXV256516-x)

Ver A – 3,3 GHz $18,000

(APXV356516-x).

Ver. A - 3,8GHz $15,000

by-side quad-polarized.

serie Optimizer APXVx56516 $1,000

WiMAX Optimizar

APXV con inclinación eléctrica $13,000

WiMAX beam

pattern shaping $4,000

WiMAX remote-tilt

(APXVx56516-RET) con una antena de control unit (ACU)

$6,000

serie remote radio head (RRH) WiMAX.

fiber-to-the tower-top’ WiMAX.

$7,000

WiMAX RRH

con dos canales de RFS $2,000

architecture initiative (OBSAI), common public radio interface (CPRI)

unidad de 2.5GHz con 8W por canal,

$10,000

Total Inicial Costo 1 $ 418,200


6.2 - Costo 2

En el presente proyecto de titulación se ha considerado los costos referenciales proporcionados por la empresa “Diseños Integrales y Telecomunicaciones. Cia. Ltda.”, quienes suministran soluciones empleando equipos Alvarion.

6.2.1 - Estación Base (BS)

La estación base se encuentra comprendida por varios componentes que se especifícan a continuación, donde cada uno de ellos tiene su respectivo costo:

Tabla 6.2.1 - Costos referenciales de la Estación Base, Alvarion

COMPONENTE Costo Cantidad Total

Shelf de la Estación Base BreezeMAX (Incluye la unidad de ventilación)

$ 3,850 2 $ 7,700

Unidad de la fuente de alimentación de la Estación base BreezeMAX

$ 770

4 $ 3,080

Unidad de Procesador de Red de BreezeMAX $ 7,700 2 $ 15,400

Unidad de Interface de Alimentación de la Estación Base BreezeMAX

$ 770 2 $ 1,540

Modulo de interface de la Unidad de Acceso de la Estación Base BreezeMAX

$ 5,775 4 $ 23,100

Unidad de Radio Externa $ 2,310 4 $ 9,240

Cable para conectar la unidad externa a la antena

$ 105 4 $ 420

Mux de frecuencia Intermedia $ 1,100 1 $ 1,100

Total $ 61,580


6.2.2 - Unidad de suscriptor (SU)

La unidad de suscriptor estación base se encuentra comprendida por una unidad de RF, la antena y el equipo interior, el cual puede ser un módem, un puente de datos (data bridge), etc.. A continuación, la Tabla muestra los costos de estos equipos

Tabla 6.2.2 - Costos referenciales de la Unidad de Suscriptor, Equipo Alvarion

COMPONENTE Costo Cantidad Total

Unidad de Radio con antena integrada, polarización vertical BreezeMAX

$ 386 1000 $ 386,000

Módulo interior tipo puente (Bridge) BreezeMAX, con puerto 10/100 Base

- $ 44 1000 $ 44,000

TOTAL $ 430,000

Los costos señalados anteriormente se aproximan bastante a lo que el Foro WiMAX ha publicado, es así que el costo del CPE, incluyendo el Terminal WiMax, costos deinstalación y el IAD. Integrated Access Device o Hub. Se estima que para finales del 2010 se encontrarán en aproximadamente $ 450 para los terminales de SME (Smalland Medium Enterprises, $ 300 para residenciales exteriores y $ 175 pararesidenciales interiores . De acuerdo al WiMax Forum los costos de CPEs irán disminuyendo conforme los sistemas WiMAX vayan abriéndose mayores mercados, es así que después de algunos años éstos costos estarán al alcance de un mayor número de clientes. La figura 4.1 muestra esta variación en costos de los CPEs durante el transcurso de los años, pudiéndose observar la evidente disminución.

Fig 6.2.2 - Costos estimados de los CPEs


6.2.3 - Software y Licencias

Para la gestión, es decir administración y monitoreo de los enlaces se requiere un software y licencias. Inicialmente se sugiere la compra de licencias para gestión de las 2 estaciones base (ubicadas en ESIME Zacatenco y El Edificio Inteligente, respectivamente) y las licencias para la gestión de los CPEs; de acuerdo a los capítulos anteriores se tendrá un total aproximado de 10,000 clientes por lo que el número de licencias que se deberían tener es éste, sin embargo el número de licencias que se sugiere adquirir es menor a éste, puesto que si bien es cierto se han hecho los cálculos de los potenciales clientes que tendría el Instituto, no se puede afirmar que el potencial mercado tendrá un comportamiento positivo hacia esta nueva propuesta;

Debido a esto el número de licencias a considerar será de 5600 para los CPEs.

Tabla 6.2.3 - Software AlvariSTAR BreezeMAX 3500 y Licencias

COMPONENTE Costo

Cantidad Total

Kit Alvaristar : incluye liciencia para los elementos de red de 1 Estación Base y 30 CPEs

$ 2,926 2 $ 5,852

Licencia para los elementos de red de 1000 CPEs

$ 4,389 20 $ 87,780

Total $ 93,632

INVERSIÓN TOTAL DE COSTO 2 $585,212


6.2.4 - Costos varios e imprevistos

En todo proyecto se deben considerar costos extras tales como mano de obra, obras civiles, transporte, operación y mantenimiento. Para estos costos se considerará el 10% de la inversión que la empresa debe realizar en el proyecto. Todo proyecto es vulnerable a tener gastos imprevistos, para este rubro se considerará el 5% del costo de la inversión.

6.2.4.1 - Costos estimados para la implementación del proyecto

En este punto se considerarán todos los costos que intervienen en la implementación de la red de Banda Ancha Inalámbrica, objeto del presente proyecto de titulación.Se consideran los costos antes mencionados: concesión de la banda de frecuencia,equipos, costos varios, y costos por imprevistos. La Tabla 6.2.5.1 muestra dichos costos.

Tabla 6.2.4.1 – Agrupación de costos totales para la implementación del proyecto

Banda de Frecuencia Costos

A Concesión de la Banda de Frecuencia (Costo1) $ 418,200

Equipos

Estación Base $ 61,580

Unidad de suscriptor $ 430,000

Software y licencias $ 93,632

B Total Costo 2 $ 1,682,072

Otros

C Costos varios (10% del costo de inversión en equipos)

$ 52,115

D

Costos imprevistos (5% del costo de inversión en equipos)

$ 26,057

SUBTOTAL (Considerando B,C,D) - $ 1,760,244

TOTAL (Considerando A,B,C,D) - $ 2,178,444


6.2.5 -Tarifas y planes de comercialización de servicios WiMAX en algunos países

En América Latina, México y Colombia son los países que en la actualidad se encuentra dando soluciones WiMAX a través de la empresa ORBITEL, TELMEX y AVANTEL. Actualmente se encuentra operando en Cali y Barranquilla de Colombia y Monterrey de México

ORBITEL ofrece dos tipos de contratos: WiMAX Banda Ancha sin permanencia,Mientras que Telmex y Alcatel Ofrecen WiMax Premium con cargo de activación de acuerdo con el plan que el cliente escoja, y un contrato con permanencia de 12 meses y activación gratis.

Los siguientes planes son los ofrecidos por ORBITEL y su equivalente en Alcatel, en la modalidad de arriendo del equipo al cliente y con la instalación realizada por el propio suscriptor, el costo de arriendo del equipo depende del plan. La Tabla 6.2.6 resume dichos planes:

Tabla 6.2.5 – Costo y Variación de velocidad de Servicios WiMax

Velocidad Costo Costo del alquiler del equipo

Costo Total incluido el IVA

Costo Total (DólaresEstadouniden- ses)

Extras

100 Kbps $ 395 $ 7,000 $ 53,940 $ 23.06

Una cuenta de correo y buzón de 50Mb

300 Kbps $ 695 $ 7,000 $ 88,740 $ 37.94

Tres cuentas de correo,buzón de 50 Mb y sitio web de 10 Mb

450 Kbps $ 1095 $ 5,000 $13280 $ 56.78 Tres cuentas de correo,buzón de 50 Mb y sitio web de hasta 10 Mb

650 Kbps $ 1395 $ 5,000 $167,620 $ 716

Cinco cuentas de correo,buzón de 100 Mby sitio web de hasta 10 Mb

1 / 2 Mbps

$ 1795 $ 3495

$208,220

$ 891 10 Cuentas de correo,buzón de 100 Mb,sitio web hasta 50 Mb


6.2.6 - PROPUESTAS

Propuesta 1.- En Concesión y Vínculo Empresarial

El primer Aspecto importante de Establecimiento de un Red Inalámbrica esta dada por las concesiones y licencias ala cual va a estar sujeta ya que de aquí dependerá el aprovechamiento al máximo de la red en todos sus sentidos debido a esto se expuso algunos costos de manera superficial o sea sin ningún estipulado de contrato por lo que las empresas antes mencionadas para el registro de estos costos y equipos no están manejados como precios de alternativa Institucional en otras palabras no hay un convenio en el cual se haya negociado un acuerdo de mayoreo o vinculo empresarial lo que constituye que estos costos propuestos se hayas calculado a un precio mas elevado. Sin embargo tomando estos precios como referencia se propone que a medida de que el Instituto convenga implementar esta Red se busquen Licitaciones hacia las diversas empresas que actualmente ofrezcan estos servicios estableciendo así un acuerdo del tipo empresarial para negociar el abastecimiento completo en equipos y licencias de red destinado hacia los cálculos propuestos en este proyecto. Con esto se convendrá un precio razonable para empezar a utilizar esta Tecnología de vanguardia que integrara todos los servicios antes mencionados.

Propuesta 2.- En Destinamiento y Adquisición de Equipo

Para este proyecto una de las propuestas que se conviene establecer con el proveedor de servicios y los posibles proveedores de equipo es la que el propio instituto pueda ofrecer un plan de negocios destinado asumir los costos de la unidad de suscriptor convenido con la empresa elegida, en este caso los equipos mas apropiados como por ejemplo los convertidores y/o adaptadores de red inalámbrica. Con lo cual esto permitira que el alumnado y/o cliente pueda constituir una propuesta mas atractiva de transición a esta nueva red. Así se creara un registro de quienes han invertido en equipo para que cuando ya no lo desee este deba devolverlo de nuevo al instituto y a su vez el Instituto a la empresa dando la diferencia monetaria en plusvalía para el equipo seleccionado con esta propuesta se solucionan dos aspectos importantes: la inversión que el alumnado o cliente pueda aportar en un mínimo de dinero y la garantía de tener equipos altamente aprovechables a la red establecida así como su soporte técnico por parte de la empresa.


Conclusiones

En este proyecto se plantea la utilización de esta nueva tecnología inalámbrica para la eficiencia técnica y administrativa del IPN así como una red dentro de la misma que es conformada por usuarios externos e internos al Instituto definido esto en un portal web similar al ya existente con la ventaja de que la transmisión de datos y la velocidad de los mismos se incrementa notablemente así como el ancho de canal es mayor. En este sistema las posibilidades de integrar otros servicios también quedan al alcance, servicios tales como seguimiento del alumnado, biblioteca digital asignación de documentos y enlaces a otros portales de interés o simplemente comunicación con docentes. Por otra parte el portal para usuarios externos dentro del mismo canal y perteneciente al instituto se dará servicio de entretenimiento propuestas del instituto y avisos de carácter cultural y de innovación del mismo.

Este tipo de tecnología fue comprobada y estructurada basándonos con un analizador de espectros de canal que probo la eficiencia del sistema así como la manera de transmisión que también fue analizado con un demodulador digital de la compañía XG technology y posteriormente reproducido en el simulador maker y sobrepuesto a matlab y Wipilang así se constato el nivel de potencia dados en los cálculos así como tambien el nivel de transmisión dentro de este sistema.

La estructura general y el nivel de posicionamiento fueron resueltas solo con las pruebas iniciales del sistemas que arrojaron los patrones de radiación mostrados anteriormente y sobrepuestos al mapa aéreo del instituto conforme al modelo de canal SUI con lo cual se da un acercamiento mas fiable a la verdadera cobertura que se pretende tener con la antena SKU y sus direccionamientos en 2 de los 9 edificios del plantel y con dos receptores en modulación y direccionamiento vertical aplicados a la fractalidad.

Cabe mencionar como ultima instancia que este proyecto esta únicamente enfocado en el buen funcionamiento del enlace y la calidad del servicio a usuarios que cuenten con un dispositivo que contenga algún tipo de conexión inalámbrica el cual fue bien comprobado físicamente y simuladamente con los programas y cálculos antes mencionados y descritos quedando al aire el diseño del nuevo portal web del instituto y la del portal externo ya que las restricciones a este tipo de información no son perminentemente concedidas y nos limitamos solo a estructurar el enfoque a bloques de la señal hacia la red.


GLOSARIO

Baudio (Medida de la rapidez de bits FSK)…………………………………………..Pag 51

CDMA (Acceso multiple por división de código)…………………………………….Pag 34

CKIP (Protocolo de Integridad de claves reguladas por CISCO)……………….…Pag 26

FDM (Multiplexación por división de frecuencia)……………………………………Pag 79

FDMA (Acceso multiple por división de frecuencia).………………………..………Pag 34

FHSS (Salto en frecuencia para banda ancha)……………………………………..Pag 66

Frame Relay (Tecnologia de conmutación de paquetes de datos)…………..……Pag 27

FSK (Modulación de frecuencia en salto o desplazamiento)…………………..…..Pag 74

GSM(Group especial movile) especificación de telefonia movil digital…………...Pag 83

HSPA (High Speed Packet Acces) alta rapidez para accesos de pequetes……. Pag 5

Jitter – Efecto de retardo en tiempo de red de datos de paquetes………………...Pag 11

MSK (Modulación de fase continua)…………………………………………………Pag 83

OFDM (Multiplexación por división de frecuencias ortogonales)……………….....Pag 72, 73

OFDMA (Acceso multiple por división de frec. Ortogonales)…..………………….Pag 72

Peap (Autentificación de protocolo ampliable)……………………………………....Pag 26

QoS (Calidad de servicio de redes para la saturación de datos)………………......Pag 9

QoS Manager(Administrador del calidad de servicip QoS en sistemas definidos).Pag 10

Radius ( Servicio de usuario en accesos telefonicos y encriptación sucesiva en ella remota)………………………………………………………………………………….Pag 25

Spread spectrum ( Radio frecuencia dedicada en salto de frec)…………………..Pag 65

TCM(Sitema digital de comunicaciones para transmitir voz y datos en donde se digitaliza y comprime la información)……………………………………………………………..Pag 52


TDMA (Acceso multiple por división de tiempo)…………………………………… Pag 34

UPnP (Universal plug and play) ……………………………………………………..Pag 12

WDM (Wavelenght division multiplexing)…………………………………………….Pag 79,5

WEP (Codificación y autentificación de servicio y datos de red)…………………..Pag 22

WPAN (Wireless personal area network) ……………………………………………Pag 29


Glosario Técnico

ADSL - Asymmetric Digital Subscriber Line ("Línea de Suscripcion Digital Asimétrica"). ADSL es un tipo de línea DSL. Consiste en una transmisión de datos digitales (la transmisión es analógica) apoyada en el par simétrico de cobre que lleva la línea telefónica convencional o línea de abonado, siempre y cuando el alcance no supere los 5,5 km. medidos desde la Central Telefónica, o no haya otros servicios por el mismo cable que puedan interferir.

BTS – (Business Telecommunication Systems) Sistemas de Negocio en telecomunicaciones. Referido a la comunicación inalámbrica en adaptación a las tarjetas Sim de identificación de usuario.

Capa MAC (Medium Access Control) Esta capa provee la función de interfaz de medio independiente para la capa Física. Dado que la capa Física de WiMAX es inalámbrica, la capa MAC se centra en administrar en forma eficiente los recursos de la interfaz de aire. El protocolo MAC fue diseñado, desde un principio, para soportar aplicaciones punto a multipunto (PMP) de banda ancha, tanto en el enlace DL como en el UL, y modelos con arquitectura mesh. Además soporta servicios de distintos requerimientos, desde voz sobre IP (VoIP) hasta transmisión de datos sobre IP, a los cuales se les exigirán distintos niveles de QoS.

A la vez el protocolo MAC debe soportar diversas tecnologías en el backhaul, que conectará las BS con el núcleo de la red, incluyendo ATM y protocolos basados en el concepto de paquetes. Es por esto que en la parte superior de la capa MAC se encuentra una subcapa de convergencia

Códigos Reed-Solomon El código Reed-Solomon es un subconjunto de los códigos BCH y son de bloques lineales. Un código Reed-Solomon se especifica como RS(n,k) con símbolos de s bits. Lo anterior significa que el codificador toma k símbolos de los s bit y añade símbolos de paridad para hacer una palabra de código de n símbolos. Existen n-k símbolos de paridad de s bits cada uno. Un decodificador puede corregir hasta t símbolos que contienen errores en una palabra de código, donde 2t=n-k.

CPE – (Customer Premises Equipment) Equipo Local de Cliente. Son unidades terminales asociadas a equipos de telecomunicación.

dB – El decibelio es, una unidad utilizada para expresar la relación entre dos magnitudes, acústicas o eléctricas, quizá la unidad más utilizada en el campo de las Telecomunicaciones por la simplificación que su naturaleza logarítmica posibilita a la hora de efectuar cálculos con valores de potencia de la señal muy pequeños. Como relación de potencias que es, la cifra en decibelios no indica nunca el valor absoluto de las dos potencias comparadas, sino la relación entre ellas.


dBw – Es una relación de potencia dB y a 1 watt dado que es 10 veces el logaritmo de una potencia expresada en watts

1 watt = 0 dBW, 10 watts = 10 dBW, 100 watts = 20 dBW and 1,000,000 W = 60 dBW

DLC (1) – (Digital Loop Carrier) Operador de Anillo Digital. Equipo que conecta los circuitos telefónicos y suministros a una conexión de fibra óptica.

DLC (2) – (Data Link Control) Esta referido a los componentes internos de las tarjetas de red o de equipos inalámbricos y contiene 48 bits en la capa MAC adress.

DSL – (Digital Subscriber Line)Linea de Suscriptor Digital. Es un conjunto de normas para la conexión de red de banda ancha sobre líneas telefónicas normales

FDD – (Frequency Division Demultiplex) Demultiplexado por División de Frecuencia

FEC (Forward Error Correction) es un tipo de mecanismo de corrección de errores que permite su corrección en el receptor sin retransmisión de la información original. Se utiliza en sistemas sin retorno o sistemas en tiempo real donde no se puede esperar a la retransmisión para mostrar los datos. Este mecanismo de corrección de errores se utiliza por ejemplo, en las comunicaciones vía satélite, en las grabadoras de DVD y CD o en las emisiones de TDT para terminales móviles (estándar DVB-H), concretamente en este último caso se trata de un tipo especial de FEC, el denominado MPE-FEC.

.FWA – (Fixed Wireless Access) Acceso al arreglo inalámbrico

GMPLS – es una extensión natural del protocolo MPLS (MultiProtocol Label Switching), Clasificación de cambio del multiprotocolo.

GSM – Este sistema funciona por TDMA, es decir, se divide el tiempo en slots y a cada usuario se le asigna un slot, es decir, un espacio de tiempo por el que se puede transmitir los datos. Por lo tanto se comparte cada canal por un número determinado de usuarios.

ISM – (Industry Scientific Medical) Banda no licenciada del espectro electromagnetico destinada a la progación de información y prueba de equipos por el ambiente.

MWA – (Mobile Wireless Access) Acceso Mobil Inalámbrico

NBFM – Narrow band frequency Modulate

PDUs (en inglés, Protocol Data Units), Unidades de Datos de Protocolo. Se utiliza para el intercambio entre unidades parejas, dentro una capa del modelo OSI. Existen dos clases de PDUs:


PDU de datos, que contiene los datos del usuario final (en el caso de la capa de aplicación) o la PDU del nivel inmediatamente superior.

PDU de control, que sirven para gobernar el comportamiento completo del protocolo en sus funciones de establecimiento y ruptura de la conexión, control de flujo, control de errores, etc. No contienen información alguna proveniente del nivel N+1.

Cada capa del modelo OSI en el origen debe comunicarse con capa igual en el lugar destino. Esta forma de comunicación se conoce como comunicación de par-a-par.

Durante este proceso, cada protocolo de capa intercambia información en lo que se conoce como unidades de datos de protocolo (PDU), entre capas iguales. Cada capa de comunicación, en el computador origen, se comunica con un PDU específico d e capa y con su capa igual en el computador destino.

PSTN – (Public Switching Telephone Network) Red Telefonica Conmutada.Es una red comun en comunicaciones de caracter domestico accesada por enlaces de intercambio de ramas privadas.

QAM – La modulación de amplitud en cuadratura, en inglés Quadrature Amplitude Modulation, es una modulación digital avanzada que transporta datos cambiando la amplitud de dos ondas portadoras.Estas portadoras tienen igual frecuencia pero están desfasadas π/2 rad entre sí. Por lo que una señal modulada en QAM está compuesta por la suma lineal de dos señales previamente moduladas en DBL-PS

RFID - (Radio Frequency IDentification). Identificación por radiofrecuencia) es un sistema de almacenamiento y recuperación de datos remoto que usa dispositivos denominados etiquetas, transpondedores o tags RFID. El propósito fundamental de la tecnología RFID es transmitir la identidad de un objeto (similar a un número de serie único) mediante ondas de radio. Las tecnologías RFID se agrupan dentro de las denominadas Auto ID (automatic identification, o identificación automática).

SONET – (Synchronous Optical Network) es un estándar para el transporte de telecomunicaciones en redes de fibra óptica. SONET define una tecnología para transportar muchas señales de diferentes capacidades a través de una jerarquía óptica síncrona y flexible. Esto se logra por medio de un esquema de multiplexado por interpolación de bytes. La interpolación de bytes simplifica la multiplexación y ofrece una administración de la red extremo a extremo

TDD – (Time Division Demultiplex) Demultiplexado por división de tiempo.

TDM – La multiplexación por división de tiempo del inglés Time Division Multiplexing, es el tipo de multiplexación más utilizado en la actualidad, especialmente en los sistemas de transmisión digitales. En ella, el ancho de banda total del medio de transmisión es asignado a cada canal durante una fracción del tiempo total (intervalo de tiempo).

UIT – (Union International of Telecommunications) Union Internacional de Telecomunicaciones


UMTS – Es el sistema Universal de Telecomunicaciones móviles (Universal Mobile Telecommunications System es un sistema (WCDMA) acceso múltiple por división de código de banda ancha. En este sistema no hay slots temporales como en GPRS. Todos los usuarios transmiten a la vez por el canal, pero las señales de cada usuario están codificadas con un código único.

UPNP - define protocolos y procedimientos comunes para garantizar la interoperatividad sobre PC permitidos por red, aplicaciones y dispositivos inalámbricos. La arquitectura UPnP soporta el trabajo de una red sin configurar y automáticamente detecta cualquier dispositivo que puede ser incorporado a esta, obtiene su dirección IP, un nombre lógico, informando a los demás de sus funciones y capacidad de procesamiento, y le informa, a su vez, de las funciones y prestaciones de los demás

WBFM – Wide Band Frequency Modulate

WCDMA – (Wideband Code Division Multiple Access) en español Acceso múltiple por división de código de banda ancha. Es una tecnología móvil inalámbrica de tercera generación que aumenta las tasas de transmisión de datos de los sistemas GSM utilizando la interfaz aérea CDMA en lugar de TDMA y por ello ofrece velocidades de datos mucho más altas en dispositivos inalámbricos móviles

WDM – En telecomunicación, la multiplexación por división de longitud de onda del inglés Wavelength Division Multiplexing es una tecnología que multiplexa varias señales sobre una sola fibra óptica mediante portadoras ópticas de diferente longitud de onda, usando luz procedente de un láser o un LED.


BIBLIOGRAFIA

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WiMAX: Technology for Broadband Wireless Access by Loutfi Nuaymi (Editorial Mc Graw Hill) Primer Numero del 2007 Consulta a los Capitulos 1y2 de aplicacion y seguimiento de datos

WiMAX in 50 Pages by Frank Ohrtman Edicion 1 Independiente del 2007 Manual rapido de Consulta a las Normativas y Tablas de compatibilidad WIMAX

WirelessMAN: Inside the IEEE 802.16 Standard for Wireless... by Carl Eklund (Editorial Mc Graw Hill) Primer Numero del 2007 Consulta de datos de transmisión wimax

Implementing 802.11, 802.16, and 802.20 Wireless Networks... by Ron Olexa edicion 1 del 2007 consulta a informacion de implementacion de la red inalambrica


COMUNICACIONES INALÁMBRICAS. UN ENFOQUE APLICADO. David Roldán Martínez (Editorial Ra-ma) del 2006 Consulta a la aplicacion teorica de las

comunicaciones

Sendin Alberto Principios de Comunicaciones Móviles McGraw Hill 2004 Consulta al apartado de fm digital, telefonia celular y modulacion ofdm qam256

AIRPORT & MAC WIRELESS NETWORKS FOR DUMMIES Cohen, Michael E. (HUNGRY MINDS) primera edicion del 2007 Consulta de equipo tecnico y

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Comunicaciones Tomassi quinta edicion del 2005 Apartado de Comunicaciones y telefonía celular

Comunicaciones Inalámbricas. Un Enfoque Aplicado. David Roldán Martínez (Editorial Ra-ma) segunda edicion 2006

Alva Palacios, Gioconda Redes privadas virtuales bajo la plataforma MPLS aplicado a una institución gubernamental /

Gioconda Alva Palacios. -- Lima, 2007.

Wi-fi. Cómo Construir Una Red Inalámbrica, 2ª Edición. José A. Carballar Falcón (Editorial Ra-ma) 2006

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