Tendencias de la Transmisión Inalámbrica de Datos Oct 2006 LIDERANDO EL FUTURO Telefónica Venezuela

Agenda - ¿Qué nos trae aquí hoy? La Necesidad de Comunicarse 1xEVDO HSPA Vamos a tocar la evolucion en la necesidad de comunicarnos y veremos como las diferentes tecnologías de transmisión inalámbrica de datos se estan adaptando para suplir esa necesidad. Veremos tres tendencias tecnológicas: EVDO, HSPA y Wimax. Una norteamericana, otra europea y la ultima producto de un consenso de estandarización WiMAX

… Sólo deseamos algo que hayamos tenido antes … Comenzamos a comunicarnos para sobrevivir En el vientre materno estamos siempre “en contacto” y muchas de nuestras necesidades son cubiertas sin pedirlas Al salir del vientre estamos descubrimos paulatinamente nuestra soledad… y rápidamente encontramos que hay otros alrededor. De esto depende nuestra supervivencia Y comenzamos a comunicarnos con esos otros cada vez más para suplir nuestras necesidades ¡Hoy lo hacemos para seguir viviendo!

Telecomunicaciones: Respuesta a una necesidad Función Básica Apoya el desarrollo de la Civilización Escritura Proyectos de Mayor Envergadura Capacidad Individual Comunicarse Tecnología La comunicación es una de las funciones más básicas del ser humano Gracias a la comunicación nos es posible cooperar para acometer empresas que superan nuestra capacidad individual De entre los distintos tipos, la comunicación escrita abrió las puertas al desarrollo continuo de la civilización La Tecnología evoluciona de acuerdo a nuestra necesidad Sigue a la Necesidad

Factores comunes de la comunicación de hoy Queríamos hablar Queremos escribirnos Economía Movilidad Queremos vernos Tiempo de Respuesta Queremos seguridad MOVILIDAD: El estilo de vida que mantenemos exige que nuestro medio de comunicación pueda acompañarnos a dónde vayamos. Incluso superando fronteras! TIEMPO DE RESPUESTA: Requerimos comunicaciones rápidas y efectivas. El acceso a la información es un diferenciador clave en la calidad de servicio que ofrecemos a nuestros clientes ECONOMÍA: El mercado de las comunicaciones móviles está muy relacionado al costo de los terminales y de la inversión necesaria para implantar una solución Relación distancia-tiempo. Antes: cerca ver-oir y lejos escribir… luego cerca ver y lejos oir y escribir… ahora cerca escribir y lejos oir y ver. Queremos estar “conectados” todo el tiempo. En todo momento

Autoservicio, cambio de interlocutor y convergencia Persona a Persona Persona Cosas Cosas a Cosas Voz Datos Voz sobre IP Triple Play Multimedia Telefonía , fax, modem (tecnologías de voz con soporte de datos) evolucionan a VoIP, Email, SMS, MMS (Tecnologías de datos con soporte de voz. Dos rutas: Red telefonica e internet. Con la globalización de las telecomunicaciones y la popularización de la Internet las fronteras entre Voz y Datos se están difuminando Dos Rutas: Telefonía y Redes de Computadoras se unen para formar nuevos estándares integrados de comunicación

Algunas Aplicaciones Tiempo Real? Tipo de Aplicación Ancho de banda Sí Juegos Interactivos 50-85 Kbps Sí VoIP 4-64 Kbps Sí Video Telefonía 32-384Kbps Sí Música 5-128 Kbps Sí Clips de Video 20-384 Kbps Sí Video Streaming +2Mbps No Mensajería Instantánea -250bytes/mesg No Navegación Web +100Kbps No Email con anexos +500Kbps No Descarga (datos o multimedia) +1Mbps No Descargas P2P +500Mbps Fuente: WiMAX Forum.

¿Qué aplicaciones serán habilitadas por WiMAX? Fuente: Pyramid Research.

¿Qué cubre nuestra necesidad? Terminales económicos o integrados Altas Velocidades Auto Instalación e Interoperabilidad Capacidad CPE Conmutación Red de Transporte Calidad de servicio Aplicaciones en tiempo real

La respuesta a nuestra necesidad de comunicarnos Celular Cordless WLL Precursores Packet Data Precursores WLAN Muchos esfuerzos individuales han impulsado el desarrollo de las Telecomunicaciones en los últimos años

El surgimiento de la estandarización Impulsados por el Operador Economía de Escala Interoperabilidad Impulsados por la Industria Interconexión Evolución CDMA Ha formado parte de las telecomunicaciones por décadas pero solo recientemente comienza a ser liderada por toda la industria Dos objetivos primordiales: Interoperabilidad e Interconexión La masificación del mercado de la transmisión inalámbrica de datos depende en gran medida de el surgimiento de Estándares que permitan abaratar la tecnología GSMA estima que en la región del mundo que concentra 80% de la población existe cobertura, pero solo el 25% esta suscrito Un estudio reciente de Yankee Group señala que un modelo de negocios completamente nuevo surge de la posibilidad las telecomunicaciones integradas en artículos electrónicos de consumo. Esta es parte de la promesa de WiMAX Evolución GSM WiMAX

1xEVDO: La Evolución CDMA Frecuencia con penetración indoor Aparición de Terminales integrados Hasta 4.9 Mbps @1.25MHz NLOS Alta eficiencia espectral Auto Instalación e Interoperabilidad Capacidad Economía Interoperabilidad Interconexión Los terminales integrados tienen que ser homologados por cada carrier para poder operar en sus redes EVDO ya existen parametros unicos para cada red. 75.3 Mbps combinando 15 canales (20MHZ) Calidad de servicio Calidad de servicio (Rev.A,Rev.B) Modulación/Codificación adaptativa

Rev.0 Rev.A Rev.B Revisiones EVDO Capacidad CPE Calidad de servicio DL: 300 – 500 Kbps Hasta 2.4 Mbps UL: Hasta 153Kbps DL: 400-700 Kbps Hasta 3.1 Mbps UL: Hasta 1.8 Mbps DL: 4.9Mbps (1 canal) Hasta 14.7 Mbps UL: Hasta 27 Mbps Teléfonos móviles, PCMCIA, Terminales Fijos y USB Requiere nuevos terminales Express Card/ Modems Requiere nuevos terminales Express Card/ Modems CPE Calidad de servicio No Sí Sí No A través de VoIP A través de VoIP Capacidad de Voz Resalta de 802.16e: Sub-canalización Operación por batería Integración CPE en electrónica de consumo Movilidad 2.002 2.006 Finales 2.007 Disponibilidad Fuente: ALCATEL.

EVDO: Modulación Adaptativa Tasa de datos Kbps Modulación Tasa de Código 38.4 QPSK 1/5 76.8 QSPK 1/5 153.6 QPSK 1/5 307.2 QPSK 1/5 307.2 QPSK 1/5 614.4 QPSK 1/3 614.4 QSPK 1/3 Calidad de Señal Cantidad de datos 921.6 8-PSK 1/3 1228.8 QPSK 1/3 El móvil solicita a la radio base la tasa de transmisión según la calidad de la señal que percibe y la cantidad de información que tiene pendiente por enviar/ recibir La radio base atiende a los subscriptores con mejor calidad de señal preferentemente Permite maximizar la tasa de transmisión de las radiobases adaptandose a las condiciones de transmision. 1228.8 16-QAM 1/3 1843.2 8-PSK 1/3 2457.6 16QAM 1/3 Fuente: Louis Harte: Introduction to EVDO. Althos Publishing

HSPA: Evolución GSM Frecuencia con penetración Indoor Terminales integrados Hasta 14 Mbps @ 5MHz NLOS Alta eficiencia espectral Auto Instalación e Interoperabilidad Capacidad Economía Interoperabilidad Interconexión HSPA viene a complementar UMTS la propuesta 3G de GSM Comenzó a ofrecerse en 2006 con algunas limitaciones Calidad de servicio Cuatro clases de servicio: Conversational, Streaming, Interactive, Background Modulación/Codificación adaptativa Cifrado de la comunicación

HSPA: High Speed Packet Access UMTS HSPA Capacidad 384 Kbps Máx. DL (HSDPA): Hasta 14Mbps UL (HSUPA): Hasta 5.76Mbps CPE Teléfonos móviles y tarjetas PCMCIA Inicialmente PCMCIA Soportando hasta 1.8Mbps Voz Sí Sí (UMTS) Canal dedicado compartido en tiempo y código Bajo Intervalo de tiempo de Transmisión (TTI) Rápida asignación de tráfico (Nodo-B) HARQ UMTS Evoluciona Resalta de 802.16e: Sub-canalización Operación por batería Integración CPE en electrónica de consumo Movilidad Fuente: ALCATEL.

HSDPA: Categorías Categoría Modulación Máx. códigos recibidos Min. Intervalo Inter TTI Tasa de Trans. Mbps 1 QPSK y 16QAM 5 3 1.2 2 QPSK y 16QAM 5 3 1.2 3 QPSK y 16QAM 5 2 1.8 4 QPSK y 16QAM 5 2 1.8 5 QPSK y 16QAM 5 1 3.6 6 QPSK y 16QAM 5 1 3.6 7 QPSK y 16QAM 10 1 7.3 8 QPSK y 16QAM 10 1 7.3 9 QPSK y 16QAM 15 1 10.2 10 QPSK y 16QAM 15 1 14.4 11 QPSK 5 2 900Kbps 12 QPSK 1 1 1.8Mbps

WiMAX como una solución para la prestación de servicios multimedia Utilización de OFDM Terminales integrados Estándar abierto Alta eficiencia espectral Hasta 70 Mbps/20MHz LOS Auto Instalación e Interoperabilidad Capacidad Economía Interoperabilidad Interconexión Calidad de servicio: asegurada por cuatro traffic schedulers. orientada a conexión Demorado. QoS Clases de servicio Son definidas por el SFID. Unsolicited grant service (UGS) Para tasa de bit constantes con base periódica. Ejemplo VoIP sin supresión, E1/T1. Real time polling services (rtPS) Para tasas de bit variables con base periódica. Ejemplo Video MPEG. Non-real time polling services (nrtPS). Mejor que best effort. Ejemplo Transferencias de datos intensivas. Best effort (BE). Ejemplo HTTP, SMTP, etc. Calidad de servicio Cuatro clases de servicio: UGS, rtPS, nrtPS, BE Modulación/Codificación adaptativa Cifrado de la comunicación

Estándar 802.16-2004 vs. 802.16e 802.16-2004 802.16e Cobertura CPE Near LOS Optimizada para acceso inalámbrico fijo en exteriores NLOS Optimizada para interiores y exteriores CPE Principalmente para exteriores Versión para interiores al tiempo que 802.16e Exteriores + Interiores PCMCIA e integración en artículos de consumo Manejo de Batería No Modo de espera (IDLE) Movilidad No Hasta 120 Km/h Duplexing FDD, TDD Con énfasis en FDD TDD Modulación OFDM SOFDMA Escalabilidad Resalta de 802.16e: Sub-canalización Operación por batería Integración CPE en electrónica de consumo Movilidad 256FFT 128 FFT/1,25MHz hasta 2.048FFT/20MHz AAS Opcional en el estándar No incluido en perfil de pruebas Opcional para la BS Obligatorio para el CPE Fuente: ALCATEL.

Capacidades ofrecidas para un canal de 3.5 MHz vs distancia 64 QAM 3/4 16 QAM 1/2 QPSK 1/2 BPSK 1/2 Fuente: Siemens.

Modulación OFDM y SOFDMA Modulador ~ f1 Conversor Serial a Paralelo Modulador + ~ f2 Modulador ~ f3 El principio de OFDM busca disminuir el efecto de la interferencia Intersimbolica y multipath a través de la modulación de la señal en n canales paralelos (256 para 802.16-2004 y de 128 a 2048 para 802.16e) Para OFDMA los subscriptores pueden utilizar solo el número de subcanales del Ts OFDM que necesitan, redundando en un mejor uso de la potencia disponible y de la capacidad que ahora puede ser utilizada por otros usuarios. Data Subcarriers DC Subcarrier Pilot Subcarriers Banda de Guarda Banda de Guarda Fuente: ALCATEL.

Multiplexación Espacio - Tiempo Codificador Espacio - Tiempo La señal se agrega coherentemente Aprovecha multicamino -s2* s1 Ganancia del Arreglo Ganancia por Diversidad Disminuye el número de sitios Cobertura Intel: puede doblar el rango de la celda y cuadruplicar su cobertura Ganancia del arreglo: La señal se agrega coherentemente Ganancia por diversidad: La señal se recibe por diferentes caminos y puede aprovecharse la mejor In IEEE 802.16-2004 OFDM-256 the Alamouti code is applied to a specific subcarrier index k. For instance, suppose that in the uncoded system S1[k] and S2[k] are sent in the first and second OFDM symbol transmissions. The Alamouti encoded symbols send S1[k] and S2[k] off the first and second antennas in the first transmission and -S2*[k] and S1*[k] off the first and second antennas in the next transmission. The receiver demodulates the received waveform by a few simple operations as follows. Let Y1[k] and Y2[k] be the first and second receive OFDM symbols, respectively. Let C1[k] and C2[k] be the channel response for the kth subcarrier of the first and second transmit antennas. Mejora calidad del canal Mayor impacto para el CPE

Mejora calidad del canal Antenas Inteligentes Supresión de la interferencia > 50% Capacidad Menor interferencia Disminuye el número de sitios Cobertura AAS forma parte del estandar definido para Wimax Adaptive Beamforming gains its attraction only through combination of all three of their virtues Coverage Enhancement Beam forming array gain Interference Reduction Explicit interference cancellation General side lobes suppression Capacity Increase Enhanced distribution of SINR In general these individual benefits cannot be treated as independent Suscriptores NLOS hasta algunos kilometros en lugar de 500 mts Mejora calidad del canal Poco impacto para el CPE

Comparación con otras tecnologías ¿Voz? BW Data Rate Rango hasta 384 Kbps hasta 10Mbps con HSDPA WCDMA UMTS Sí 5MHz 1.6 a 8 Km hasta 2.4 Mbps hasta 3.1 Mbps con Rev A Hasta 4.9 Mbps Rev B. 1xEVDO No 1,25 MHz 1.6 a 8 Km hasta 70 Mbps LOS @ 20MHz Support video broadcasting on 2.5/3G mobile phones & handheld devices MPEG-2 format 5-8 MHz frequency band 3409 sub-carriers Up to 15 Mbps for HDTV broadcasting Convolutional and Reed Solomon encoding WiMAX No 1,25 a 20 MHz 1 a 20 Km Fuente: Pyramid Research.

¿Qué promete el futuro? Evolución CDMA EVDO REV C: DL: 200 Mbps UL: 100Mbps Evolución GSM LTE: DL: 100Mbps UL: 100Mbps Redes 100% paquetizadas Velocidades superiores a 100Mbps Disminución de la latencia Soporte Multimedia Capacidad de roaming entre tecnologías El futuro apunta a La evolución futura sugiere el uso de OFDM para las tecnologías de 4G

Conclusiones La necesidad de comunicarse apunta a soluciones multimedia que requieren la convergencia de voz y datos La búsqueda de un servicio que pueda utilizarse en cualquier parte favorece a las soluciones inalámbricas WiMAX aún resulta una promesa que deberá ser validada “en el campo” mientras la tendencia se mantiene hacia una oferta similar en términos de Capacidad

Referencias Multiple antenna technology in Wimax systems. Intel Technology Journal. Vol 08. Issue 03. Agosto 2.004 Alcatel. Alcatel WiMAX 802.16e. Julio 2.006 Yankee Group. Sprint Nextel Selects Mobile WiMAX for its 4G Personal Broadband Network. Agosto 2.006 WiMAX Forum. IEEE 802.16a Standard and WiMAX Igniting Broadband Wireless Access. Septiembre 2.003 WiMAX Forum. Can WiMAX Address your application?.Octubre 2.005 Ozgur Aytar. Positioning WiMAX. Pyramid Research Detley J Otto. Broadband Wireless. HSDPA or WiMAX?. Siemens. Octubre 2.005

Referencias Mobile Broadband: The Global Evolution of UMTS/HSPA. 3G Américas. Julio 2.006 Data Capabilities: GPRS to HSDPA and Beyond. Rysavy Research. Septiembre 2.005 Oportunidades y desafios de las redes EVDo en Latinoamérica. Telesemana. Agosto 2.006 HSPA: High Speed Wireless Broadband. UMTS Forum. Septiembre 2.005