Universidad Nacional Mayor de San Marcos. Azurza. Estado del arte de los estudios realizados sobre los esquemas de duplexación TDD y FDD sobre tecnología LTE para la prestación de servicios de banda ancha móvil.
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Estado del arte de los estudios realizados sobre los esquemas de duplexación TDD y FDD con tecnología LTE para la prestación de servicios de banda ancha móvil Azurza Neyra, Wilmer
[email protected],
[email protected] Universidad Nacional Mayor de San Marcos Escuela de Posgrado de la Facultad de Ingeniería Electrónica y Eléctrica
Resumen—Dado que el espectro radioeléctrico es un recurso natural limitado, se necesita conocer claramente las diversas tecnologías, técnicas, modelos de negocio más eficientes y óptimas para la prestación de servicios de alto valor agregado, como es la banda ancha móvil- curiosamente el diario el Comercio en su edición del 29 de octubre del 2012 le llama “banda ancha y ajena”- en el Perú, el presente paper contiene contiene el estado del arte de los esquemas de duplexación TDD y FDD. Además los aspectos teóricos y prácticos, es decir los modelos de negocio existentes en los países desarrollados tecnológicamente. Finalmente este paper pretende reflexionar y da pie al inicio de un estudio comparativo de los esquemas de duplexación TDD y FDD para un modelo de negocio más eficiente bajo dos aristas: del estado –que permita un uso eficiente del espectro- y la empresa prestadora de servicios de banda ancha móvil, que generar alta rentabilidad en la prestación de sus servicios. Índice de Términos— esquemas de duplexaxión, TDD, FDD, banda ancha, LTE, modelo de negocio.
En tercer lugar pretende mostrar las últimas tendencias en cuanto a los modelos de negocios adoptados por las empresas en cuanto a la prestación de servicios de banda ancha móvil sobre la tecnología LTE en el mundo. Finalmente, se pretende mostrar los últimos estudios y estándares mundiales desarrollados por la 3GPP, sobre la evolución de los servicios de banda ancha móvil. II. BASES TEÓRICAS SOBRE LOS ESQUEMAS DE DUPLEXACIÓN TDD Y FDD A continuación se presenta dos gráficos comparativos de los esquemas de duplexación TDD y FDD, a fin de comprender su concepto.
I. INTRODUCCIÓN EL
PRESENTE PAPER PRETENDE PRESENTAR EL
ESTADO
DEL
DUPLEXACIÓN
ARTE
DE
LOS
ESQUEMAS
DE
TDD Y FDD PARA LA PRESTACIÓN DE
SERVICIOS DE BANDA ANCHA MÓVIL.
En primer lugar, pretende definir las teorías de los esquemas de duplexación TDD y FDD. En segundo lugar, pretende mostrar la regulación de los servicios de banda ancha en el mundo y las velocidades adoptadas.
TDD
FDD
A. Esquema de duplexación TDD Duplexación por división de tiempo (time-division duplexing por sus siglas en inglés), es una técnica para convertir un canal simplex en un canal dúplex, es decir, es un sistema que tiene la capacidad de mantener una comunicación bidireccional -enviando
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y recibiendo información- de manera simultánea. Consiste en separar las señales enviadas y recibidas en intervalos de tiempos diferentes sobre el mismo canal usando acceso múltiple por división de tiempo (TDMA), este a su vez es una técnica que permite mejor aprovechamiento del medio de transmisión, y consiste en ocupar un canal de gran capacidad de transmisión con distintas fuentes, mediante la multiplexación por división de tiempo (TDM). B. Esquema de duplexación FDD Duplexación por división de frecuencia (Frequency-division duplexing por sus siglas en inglés), es la forma mediante el cual un transmisor y un receptor operan en diferentes frecuencias portadoras formando un canal dúplex, es decir, transmiten y reciben en diferentes sub-bandas, por lo tanto normalmente no se interfieren entre ellas. El duplexer es un dispositivo que permite usar la misma antena para la transmisión y recepción simultánea.
TABLA I VELOCIDADES MÍNIMAS DE BANDA ANCHA Países y Organización UIT OCDE Malta EEUU Canadá Finlandia
España Colombia
India
Paraguay Ecuador
Velocidad mínima de banda ancha 256 Kbps de bajada, incluye banda ancha fija y banda ancha móvil. 256 Kbps de bajada. 4 Mbps de bajada como velocidad mínima de banda ancha (servicio universal). 4 Mbps de bajada y 1 Mbps de subida. 1.5 Mbps de bajada, incluye Cablemodem, ADSL y banda ancha móvil. 1 Mbps como velocidad mínima de conexión a Internet adecuada (servicio universal). 1 Mbps de bajada garantizada por el servicio universal de telecomunicaciones. 1Mbps de bajada y 512 Kbps de subida (Velocidad Efectiva), para conexiones alámbricas e inalámbricas. 512 Kbps de bajada, y 256 Kbps de subida, incluye banda ancha alambica e inalámbrica. 512 Kbps de bajada, para el periodo 20112015. 256 Kbps de bajada y 128 Kbps de subida (Velocidad Efectiva).
Elaboración propia OCDE: Organización para la Cooperación y Desarrollo Económicos. UIT: Unión Internacional de Telecomunicaciones.
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III. REGULACIÓN DE LOS SERVICIOS DE BANDA ANCHA EN EL MUNDO
A. Definición de banda ancha en el Perú La Banda Ancha se define como la conectividad de transmisión de datos principalmente a Internet, en forma permanente y de alta velocidad, que permite al usuario estar siempre en línea, a velocidades apropiadas para la obtención y emisión interactiva de información multimedia, y para el acceso y utilización adecuada de diversos servicios y aplicaciones de voz, datos y contenidos audiovisuales. [1] TABLA II VELOCIDAD MÍNIMA DE BANDA ANCHA POR APLICACIÓN SEGÚN LA FCC Actividad
Velocidad mínima de bajada (download) 0.5 Mbps
Email Navegación por la Web Búsqueda de empleo, navegar 0.5 Mbps sitios web del gobierno Páginas interactivas y videos 1 Mbps educativos cortos Radio streaming menor a 0.5 Mbps Llamadas telefónicas (VoIP) menor a 0.5 Mbps Video streaming Video streaming estándar 0.7 Mbps Streaming de películas 1.5 Mbps Streaming de películas en Alta Definición (HD) o de clases 4 Mbps universitarias Videoconferencia Videoconferencia básica 1 Mbps Videoconferencia en HD y 4 Mbps teleducación Juegos en red Consola de juegos con 1 Mbps conexión a Internet Juegos en línea bidireccionales 4 Mbps en HD Elaboración propia, fuente FCC. VoIP: Voz sobre IP. HD: Alta definición o high definition, por sus siglas en inglés.
B. Velocidades mínimas de banda ancha Como se ha indicado, uno de los principales inconvenientes respecto al término “Banda Ancha”, es que no existe consenso entre los países y organizaciones internacionales sobre la velocidad mínima para que una conexión a Internet sea considerada como tal; lo que genera confusión no sólo en la industria, sino principalmente en los usuarios, se puede observar en la tabla I.
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C. Servicios de banda ancha Un estudio de la Comisión Federal de Comunicaciones de los Estados Unidos de América (FCC), indica la velocidad de bajada mínima según la actividad realizada, como se muestra en la siguiente tabla:
TABLA IV OFERTA DE SERVICIO DE BANDA ANCHA MÓVIL POR PAÍSES
Operador (país)
Velocidad /volumen de datos máximos
Bell (Canada)
100Mbps/ 25 GB
Telstra (Australia)
40Mbps/ 25GB
Telefonica O2 (Alemania)
50Mbps/ 10GB
Vodafone (Alemania)
50Mbps/ 10GB
Sonera (Finlandia)
100Mbps/ 20GB
NexGentel (Noruega)
80Mbps/ 30GB
Chess 80Mbps/ (Noruega) 100GB Elaboración propia
Modelo de tarifa Plan flexible, pago fijo por conexión y otro de acuerdo al volumen de datos que se contrate. Si el consumo excede el volumen de datos contratado (25GB) se paga $10 por cada 10GB adicional. Si el consumo excede el volumen de datos contratado (25 GB) no genera costos adicionales, el servicio continúa, pero la velocidad baja a 64Kbps. Si el consumo excede el volumen de datos contratado (10 GB) no genera costos adicionales, el servicio continúa, pero la velocidad baja a 64Kbps. Si el consumo excede el volumen de datos contratado (10 GB) no genera costos adicionales, el servicio continúa, pero la velocidad baja a 32Kbps. Si el consumo excede el volumen de datos contratado (20 GB) no genera costos adicionales, el servicio continúa, pero la velocidad baja a 128Kbps. Si el consumo excede el volumen de datos contratado (30 GB) no genera costos adicionales, el servicio continua, pero la velocidad baja a 120Kbps. Volumen de datos prácticamente ilimitados.
IV. MODELOS DE NEGOCIO DE LOS SERVICIOS DE BANDA ANCHA SOBRE LTE Se investigó en la página web de los operadores de banda ancha a en Europa y América; se encontró que ofrecen velocidades mínimas de hasta 40 Mbps con tarifas fijas de acuerdo al volumen de datos que el usuario contrate, si el usuario excede el volumen de datos contratado, este tiene la posibilidad de contratar un nuevo volumen de datos adicional. En todos los casos se encontró, que luego de superar los volúmenes de datos contratados, el servicio no se suspende, no obstante, se reduce la velocidad de acceso entre el rango de 32 a 128 Kbps.
A continuación se muestra una tabla que contiene las ofertas de servicios de banda ancha móvil en algunos de los países que vienen comercializando este servicio.
TABLA III UMTS LONG TERM EVOLUTIONS [2] Características Releas principales Característica principal de la publicación e completas en la etapa 3 Rel-99 03.2000 UMTS 3.84 Mcps (W-CDMA FDD & TDD) Rel- 4 03.2001 1.28 Mcps TDD (aka TD-SCDMA) Rel-5 06.2002 HSDPA Rel-6 03.2005 HSUPA (E-DCH) Rel-7 12.2007 HSPA+ (64QAM DL, MIMO, 16QAM UL). LTE & SAE Feasibility Study, Edge Evolution Rel-8 12.2008 LTE Work item – OFDMA air interface SAE Work item – New IP core network UMTS Femtocells, Dual Carrier HSDPA Rel-9 12.2009 Multi-standard Radio (MSR), Dual Carrier HSUPA, Dual Band HSDPA, SON, LTE Femtocells (HeNB) LTE-Advanced feasibility study, MBSFN Rel-10 03.2011 LTE-Advanced (4G) work item, CoMP Study Four carrier HSDPA Rel-11 09.2012 CoMP, eDL MIMO, eCA, MIMO OTA, HSUPA TxD & 64QAM MIMO, HSDPA 8C & 4x4 MIMO, MB MSR Rel-12 03.2013 etapa 1 New carrier type, LTE-Direct, Active Antenna Systems UMTS: por sus siglas en inglés, Sistema universal de telecomunicaciones móviles. 3GPP: The 3ra Generation Partnership Project (3GPP) formado por seis organizaciones de desarrollo de estándares de telecomunicaciones ARIB, ATIS, CCSA, ETSI, TTA y TTC.
V. EVOLUCIÓN DE LOS SERVICIOS DE BANDA ANCHA MÓVIL
De acuerdo a los estudios realizados por la 3GPP, los servicios de banda ancha móvil iniciaron su evolución desde el año 2000 en donde se lanzo los primeros sistemas UMTS, posteriormente las tecnologías entre los años 2001 y 2005 se lanzo el HSDPA y el HSUPA respectivamente, por los años 2007 el HSPA+ con los primeros diseños de MIMO y con le release 8 se definió las primeras especificaciones del LTE, hoy implementado comercialmente en algunos países de Latino
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América y Asia y Europa, posteriormente se diseño las especificaciones del LTE Advanced, el cual, aún se encuentra en etapa de prueba. A continuación se muestra una tabla que resume la evolución de los estándares 3GPP.
VI. CONCLUSIONES Los esquemas de duplexación TDD y FDD no son exclusivos de la tecnología LTE, sino, se iniciaron con los primeros diseños de UMTS Terrestrial Radio Access (UTRA). TDD es una ventaja cuando hay asimetría en la velocidad de datos de uplink y downlink. Mientras que aumenta el tráfico de subida, más capacidad de canal puede ser asignada dinámicamente, y viceversa, no obstante, FDD es más eficiente para velocidades simétricas de datos. La oferta de servicios de banda ancha móvil es claramente orientada al contrato de volúmenes de datos, más que a la velocidad. No existen estudios comparativos de los esquemas de duplexación TDD y FDD en la prestación de servicios de banda ancha móvil sobre LTE. En el Perú no existe un modelo de negocio para la prestación de servicios de banda ancha móvil. A finales del segundo trimestre de este año se realizó la primera concesión del espectro radioeléctrico en la banda de 1,7/2,1 GHz (banda AWS) para la prestación de servicios de banda ancha móvil con LTE. Se asignaron en total 40 MHz de manera equitativa a dos operadores (20 + 20 MHz). REFERENCIAS
[1] Ley 29904, Ley de promoción de la banda ancha y construcción de la red dorsal nacional de fibra óptica. [2] Presentación de Agilent Technologies. Autor: Moray Rumney. (2012, octubre). Título. 3GPP LTE Standards Update: Release 11, 12 and Beyond Technology Leadership Organization.
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Disponible: http://www.home.agilent.com/upload/cmc_upload/All/25 Oct12LTE.pdf?&cc=DE&lc=ger Wilmer Azurza Neyra Cuento con estudios de postgrado en Telecomunicaciones y Tecnologías de la Información con mención en Comunicaciones Inalámbricas en el INICTEL-UNI, ingeniero de telecomunicaciones de la Universidad Inca Garcilaso de la Vega, tiene cursos de especialización en Policy Spectrum Management en el Ministry of Science, ICT and Future Planning de Corea, elaboró documentos técnicos de trabajo que sirvieron de base para propuestas de normas del Ministerio de Transportes y Comunicaciones, posee experiencia en instalaciones de equipos DWDM, ADM, SDH, VSAT, DSLAM, CATV, DTH.
