¿Cómo se beneficia un operador de este conjunto de recursos de radio? (*)

La mayoría de los operadores de telefonía móvil iniciaron sus negocios utilizando estas frecuencias “doradas” en la banda de 800-900 MHz, con Norte América usando 800 MHz y gran parte del resto del mundo adoptando el sistema GSM de 900 MHz.

Sin embargo, estas bandas son insuficientes para satisfacer todos los requerimientos de capacidad en las zonas urbanas y suburbanas, por lo que los operadores adquirieron nuevos recursos de espectro en la banda de 1800-1900 MHz donde generalmente hay mayores recursos disponibles.

Esto condujo a la introducción de soluciones multi-banda con los terminales de usuario sintonizándose a través de una amplia gama de frecuencias portadoras de radio. Desde entonces bloques adicionales de espectro han estado disponibles en las bandas de 1700, 2000, 2500, 3500 MHz, y han servido para soportar servicios de mayor capacidad y la introducción de nuevas tecnologías de radio, tales como UMTS, HSPA, EV-DO y WiMAX.La última fase de este aumento de “capacidad” impulsado por el proceso de concesión de licencias está aún en curso con la concesión de licencias en la banda de 2.5 GHz en Europa, y se espera que continúe durante los próximos años.

En paralelo al lanzamiento de nuevas bandas de espectro para aplicaciones móviles, la industria también se beneficia de la liberalización de las regulaciones sobre las licencias existentes. Por ejemplo, en Europa se espera que la llamada “Directiva GSM” sea derogada, o al menos modificada para permitir que las redes 3G o 4G operen en las bandas de 900 MHz y 1800 MHz, abriendo la posibilidad de desplegar una capa de cobertura UMTS en 900 MHz.

Una nueva ronda de concesión de licencias ya ha comenzado con las nuevas asignaciones en la banda de 700-800 MHz como parte del proceso llamado “dividendo digital” siguiendo a la transición de TV digital en la banda UHF. La banda de 700 MHz fue recientemente subastada en EEUU, y gran parte de la banda de 800 MHz se espera que esté disponible en diversos países europeos y en otros lugares durante los años 2010-2015. Estas bandas serán más probablemente utilizas para ofrecer una capa de cobertura inicial para los sistemas WiMAX y 4G como LTE.

Una vez que esta última ronda de licencias se complete, se espera que la mayoría de los grandes operadores estén usando (o al menos planeando usar) un conjunto de bandas de radio que van desde 700 MHz a 2500 MHz, con un total de hasta 100 MHz por operador. Una solución sería asignar un par de bandas para cada tecnología de radio (2G, 3G y 4G) con:

1. una “capa” para cobertura utilizando una banda de frecuencia baja,
2. “capas” adicionales para capacidad utilizando sus frecuencias más altas, y con mayores ancho de banda de espectro.

Por ejemplo, un típico operador europeo debe esperar soportar GSM (2G) en 900 MHz y 1800 MHz, UMTS (3G) en 900 MHz y 2000 MHz, el nuevo sistema LTE (4G) en 800 MHz y 2500 MHz (véase figura de abajo). Así mismo, un operador de WiMAX podría obtener una banda de 800 MHz del espectro de “dividendo digital” para añadirla a sus actuales asignaciones primarias de 2500 MHz o 3500 MHz.

¿Por qué los servicios de banda ancha necesitan mayores anchos de banda de radio?

Los tres parámetros básicos de la performance de un sistema móvil son: la velocidad de bits pico, la velocidad de bits promedio, y la velocidad de bits en la frontera de la celda. Estos tres parámetros que son básicamente experimentados por el usuario están relacionados con el incremento del ancho de banda de la portadora de radio. Los servicios de usuarios que demanden más banda normalmente requieren mayores anchos de banda de las portadoras de radio.

Además de estos tres parámetros centrados en el usuario, hay un cuarto parámetro de performance que está más centrado en la red. El llamado “capacidad del sistema” es el total de velocidad de bits que una estación base puede ofrecer en promedio a todos los terminales activos, y también está relacionado con el espectro asignado.

Esta figura de mérito de una tecnología de radio es expresada en términos de velocidades de bits por cantidad de espectro, y por lo tanto es expresado en unidades de bps/Hz. Típicos rangos de estas figuras oscilan de 0.5 a 1 para CDMA (EVDO o HSPA), y eficiencias de 1 a 2 bps/Hz para OFDM (WiMAX o LTE) son posibles, dependiendo de las configuraciones de antena MIMO.

Para la mayoría de las tecnologías 2G y 3G como GSM, CDMA, y WCDMA, esta medida sólo aplica a un ancho de banda de portadora en particular, mientras que para la mayoría de tecnologías OFDM esta medida aplica a un amplio rango de anchos de banda de portadoras. Por ejemplo, si una determinada tecnología OFDM soporta 1,2 bps/Hz entonces una portadora de 5 MHz puede ofrecer alrededor de 6 Mbps, la misma tecnología ocupando 20 MHz de portadora podría ofrecer 24 Mbps.

¿Por qué hay limitaciones para servicios de banda ancha hacia y desde los terminales móviles?

Las principales limitaciones para los servicios de banda ancha en el uplink o reverse link (enlace del terminal a la estación base) se debe principalmente a la capacidad de la batería del dispositivo que limita la potencia de transmisión promedio y al amplificador de potencia del dispositivo que limita los picos máximos de potencia de transmisión.

Estos dos límites tienen impacto directo en el ancho de banda del uplink puesto que para un determinado sistema y un enlace de radio se necesita una cierta cantidad de energía para transmitir un bit – a mayor velocidad de bits se requiere mayor potencia de transmisión. Si se puede disminuir la distancia entre el terminal y la estación base entonces se puede usar la misma potencia para soportar una mayor velocidad de bits.

Por otra parte, para el downlink o forward link (enlace de la estación base al terminal), podemos asumir que la estación base sólo está restringida por los límites regulatorios para la transmisión de potencia y en la mayoría de los casos el límite global de la performance de un sistema es debido a:

– La capacidad del terminal para procesar información.
– Los límites fundamentales del enlace de radio.
– El impacto del reparto de la velocidad de bits disponible entre los diferentes usuarios activos.
– Cantidad total de espectro disponible para cada operador.

Al tener una red más densa con celdas de menor tamaño y por lo tanto con un mayor número de estaciones base, en el uplink se resuelve el asunto del límite de potencia como también se reduce el número promedio de usuarios finales que comparten la misma estación base; y en el downlink, la potencia de transmisión puede ser reducida minimizando con esto el consumo de energía total del equipamiento y evitando las restricciones de los límites regulatorios locales debido a la transmisión de altas potencias de frecuencias de radio.

(*) Artículo publicado por Alcatel-Lucent (en inglés)