acceso residencial de banda ancha inalámbricos

Ampliación Redes 6-1

Acceso Residencial de Banda Ancha

Inalámbricos


Sistemas inalámbricos fijos

• LMDS

• Satélites geoestacionarios

• Satélites de órbita baja


LMDS (Local Multipoint Distribution System)

• Comunicación por microondas de superficie.• Frecuencias muy altas (27,5-42,5 GHz). Grandes

anchos de banda• Alcance típico 3-5 Km (max. 15 Km). Depende de la

frecuencia, modulación, clima, etc.• Necesaria visión directa. Comunicación

interrumpida por hojas, etc.• Rápida atenuación de la señal. Alcance afectado

seriamente por lluvia• Modulación QPSK (2 b/s) o 16-QAM (4 b/s).

Raramente 64-QAM (6 b/s)


Alcance de las ondas de radio en función de la frecuencia

Enlace punto a punto(antena direccional)

Enlace punto a multipunto(antena omnidireccional)

Alcance (Km) Alcance (Km)


Factores que influyen en el alcance

Disponibilidad Tiempo fuera de

servicio al año

Alcance

99,9 % 8 h 45’ 14 Km

99,99 % 53’ 5 Km

99,999 % 5’ 2,5 Km

Modulación Bits/símbolo Alcance

QPSK 2 10 Km

16-QAM 4 5 Km

64-QAM 6 2,5 Km

Pluviometría Ejemplo Alcance

400 mm/año Valencia 5 Km

1250 mm/año Oviedo 3 Km

Disponibilidad:

Modulación:

Pluviometría:


Topología redes LMDS

• Conexiones punto a punto

• Conexiones punto a multipunto:– Bidireccional: retorno vía radio. Antena

parabólica muy direccional– Unidireccional: retorno telefónico. Antena

plana direccional. Bajo costo.


U N I V E R S I T YU N I V E R S I T Y

LMDS: Configuración punto a punto

•Equivalente a enlace dedicado. Puede ser simétrico

•Antenas parabólicas altamente direccionales

•Alta frecuencia, alcance limitado

•Buen reaprovechamiento de canales sin interferencia

•La capacidad se reparte por TDM

TDM TDM


LMDS: Configuración multipunto

Estaciónbase

Antena sectorialdireccional (60º)

Sector (60º)

Antena planadireccional(16x16 cm)

solo recepción

Retorno telefónico

Retorno vía radio

Parabólica 30 cm muy direccional

Redtelefónica(analógica

o RDSI)

TDM TDMA

FDMA


Arquitectura y topología de una red LMDS

• Despliegue en estructura celular.• Cada emisor cubre una zona que suele abarcar de

2.000 a 6.000 viviendas.• Se suelen crear varias zonas mediante

sectorización desde una misma estación base• La polarización permite reutilizar las mismas

frecuencias en zonas adyacentes. • Arquitectura y funcionamiento parecidos a una red

CATV HFC (la red de cable ‘sin cable’)


Topología de una red LMDS

Ángulo por sector

Sectores por BSU

90º 4

60º 6

45º 8

30º 12

22,5º 16

15º 24

NOC (Network Operations Center)

Fibra ópticaBSU (Base Station Unit)

H

HHH

HHHH

HHHH

HH

HHH H

H

HH

Polarización horizontal

VVV

VVV

V VV

V

VV VV

V V

V

V

V

V

V

Polarización vertical


Comunicación bidireccional entre estación base y usuario

V

V V

HH

H

NIU (NetworkInterface Unit)

Antena parabólica

TDM

TDMA

BSU (Base Station Unit)

Unidadexterior


Arquitectura de un sistema LMDS

NIU

Redtelefónica

Unidad deprovisiónde vídeo

DCU:Digital

ConnectionUnit

Internet

BSU: Base Station Unit

NOC: Network Operations Center

CPE: CustomerPremises Equipment


Multiplexación en LMDS

• Enlaces punto a punto: TDM (Time Division Multiplexing)

• Enlaces multipunto:– Descendente: TDM (Time Division

Multiplexing)– Ascendente (retorno vía radio):

• FDMA (Frequency Division Multiple Access)• TDMA (Time Division Multiple Access). Requiere

protocolo MAC


Protocolo MAC ascendente en LMDS multipunto

TDM

BSUNIU

1NIU

2NIU

3FDMA 1

FDMA 2

FDMA 3

TDM

NIU1

NIU2

NIU3

FDMA 1

TDMA (compartido)

BSU

Acceso FDMA:

Acceso FDMA/TDMA:


Ventajas/desventajas de LMDS

• Opción interesante en zonas con densidad de población media (urbanizaciones).

• Despliegue rápido• Bajo costo de las infraestructuras (comparado con

HFC).• La inversión se desplaza al CPE; menor riesgo

inicial para operadoras (en el despliegue de la red)• Retorno vía radio: equipo caro (CPE)• Retorno telefónico: lento, conexión permanente

inviable


Haz 1, Remoto 1Museo de Historia Natural

Haz 1, Remoto 2Oficina Gestión de Riesgos

HUB o Nodo centralSlusher Tower

Haz 2, Remoto 3Edif. Sist. Información Andrews

Ejemplo: Virginia Tech (www.lmds.vt.edu)


Nodo central: Slusher Tower• Modulación: 16 QAM• Canal: 8.33 MHz• Capacidad: 10,752 Mb/s simétrico• Anchura de haz: 30º• Interfaces: OC-3 y 10Base-T

44 cm

21 Kg 27 cm

30 cm

Unidad Interior

12 Kg4 Kg

Unidad Exterior


Slusher Tower

5 Kg

Museo de Historia Natural

• Capacidad: 4,608 Mb/s simétricos (3 enlaces T1).

• Voz, datos y vídeo sobre un solo enlace

Unidad Exterior Remota


Estandarización de LMDS

• IEEE creó el comité 802.16 en julio de 1999

• En abril de 2002 se aprobó el estándar ‘Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems”

• La arquitectura es más compleja que en otros estándares 802. La seguridad forma parte integral del diseño


LMDS en España

• Complemento adecuado para las redes de TV por cable. Operadoras de CATV principales interesadas

• Posibilidad de despliegue muy rápido

• Actualmente se ofrecen servicios de enlaces punto a punto para caudales desde 256 Kb/s hasta 2-8 Mb/s



• LMDS




Satélites geoestacionarios (GEO)

• Giran a 36.000 Km de altura (cinturón de Clark).• Se utilizan desde hace 30 años• Solución interesante cuando:

– Se quiere despliegue rápido– La densidad de población es baja o muy baja– La distancia a cubrir es grande.

• El área de cobertura de un satélite se denomina huella• Su reciente uso en RBB ha sido posible gracias al

abaratamiento de componentes producido por la TV digital vía satélite (estándar DVB-S)


Huella Eutelsat


Satélites GEO: Bandas y Frecuencias

Banda Anchura (GHz)

F. Bajada

(GHz)

F. Subida

(GHz)

Problemas Ejemplos

C 0,5 3,7-4,2 5,92-6,42 Interfer.

terrestre

Intelsat,Telecom

Ku 2,0 10,7-12,75 13,0-15,0 Lluvia Astra, Eutelsat, Hispasat, Intelsat, Telecom

Ka 3-4 17,7-21,7 27,5-30,5 Lluvia, costo

Teledesic (LEO)

Para evitar interferencias se usa una banda diferenteen subida y bajada (microondas)


Satélites GEO: transmisión de datos

• Cada banda se divide en canales. Cada canal es atendido por un ‘transponder’ (repetidor) con 50-100 W de potencia.

• Para evitar interferencia entre canales contiguos se usa polarización (vertical/horizontal o circular derecha/circular izquierda)

• Un satélite lleva de 16 a 28 transponders. Para cubrir toda la banda se pueden usar varios satélites (constelaciones) ej. Astra 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G y 1H (120 transponders).


Transmisión de datos Satélites GEO

• Ancho de banda por transponder: de 26 a 72 MHz (DVB-S). Ejemplo Eutelsat:– Anchura canal: 38 MHz (33 efectivos)– Caudal símbolos: 27,5 Msímbolos/s– Modulación QPSK: 2 bits/símbolo– Caudal: 55 Mb/s

• La relación señal/ruido desaconseja usar modulaciones superiores a QPSK

• Al caudal ‘en bruto’ hay que restar un 10-12% de overhead FEC

• Para datos el caudal del transponder se divide en canales (típicamente de 2 y 6 Mb/s).


Frecuencias y canales de datos en Eutelsat

33 MHz33 MHz 33 MHz

38 MHz 38 MHz38 MHz

Transponder 1 Transponder 3Transponder 2

Canales de 6 MHz Canales de 2 MHz

Banda de guarda (5 MHz)


Transmisiones digitales de RTVE por Hot Bird 13.0 E

Frecuencia: 11.785 ± 19 MHz Polarización: HorizontalCaudal: 27,5 Msimb/s FEC: 3/4

Programa Acceso PID vídeo PID audio

TVE Internacional Libre 3521 3522

Canal Clásico Codificado 3529 3530

Teledeporte Codificado 3537 3538

Hispavision Codificado 3545 3546

TVE Internacional Asia-Africa Libre 3553 3554

Nostalgia Codificado 3561 3562

Canal 24 Horas Libre 3569 3570

Test Card Libre 3577 3578

Radio 1 Libre 3523

Radio Clásica Libre 3531

Radio 3 Libre 3539

Radio 5 Todo Noticias Libre 3547

REE-Radio Exterior de España Libre 3555


Transmisiones digitales de CSD por Astra 19.2 E

Frecuencia: 10.877 ± 15 MHz Polarización: VerticalCaudal: 22 Msimb/s FEC: 5/6

Programa Acceso PID vídeo PID audio

Canal + Deporte 1 Codificado 161 84

40 Latino Codificado 165 100

Golf + Codificado 166 104

Canal+…30 Codificado 167 108

Canal+…30 (original) Codificado 167 109

Fox News Codificado 168 112

Meteo Codificado 169 116

National Geographic Codificado 170 120

National Geographic (ingles) Codificado 170 121

Canal + Deporte 2 Codificado 172 128

Eurosport News Codificado 173 132


Satélites GEO: transmisión de datos

• Sentido descendente: medio broadcast compartido en toda la ‘huella’ del satélite.

• Sentido ascendente: – Retorno telefónico. Bajo costo, equipo sencillo,

no requiere protocolo MAC. – Retorno vía satélite: requiere equipo transmisor

(caro) y protocolo MAC (específicos para redes vía satélite).


Problemas de los satélites GEO

• Interferencia terrestre (banda C)• Lluvia (banda Ku y Ka)• Retardo elevado:

– Retorno telefónico: > 240 ms– Retorno satélite: > 480 ms– Necesidad de usar TCP con ventana extendida para

flujos de más de 1-2 Mb/s.

• Costo elevado del satélite: puesta en órbita, seguro, imposibilidad de reparar, vida limitada, etc.

• Retorno telefónico limita rendimiento y encarece conexiones permanentes


Ej.: Servicio ASTRA-NET (retorno telefónico)

• Servicio:– Descendente: CIR desde 64 hasta 400 Kb/s– Ascendente: 33,6 ó 64 Kb/s (analógico o RDSI)

• Equipamiento:– Antena parabólica de 50 cm– Tarjeta PCI para recepción de satélite– Módem o tarjeta RDSI– PC con Windows


Servicio ASTRA-NET con retorno telefónico


Servicio ASTRA Broadband Interactive (bidireccional)

• Servicio:– Descendente: hasta 38 Mb/s– Ascendente: desde 144 Kb/s hasta 2 Mb/s

• Equipamiento:– Antena parabólica de 65 a 130 cm (depende de

velocidad ascendente)– Equipo completo transmisor/receptor del satélite

acoplado en tarjetas especiales en un PC que actúa como router.


Servicio bidireccional vía satélite


Acceso a Internet vía satélite (Astra)

Servicio Satnode DSL Básico

(simplex)

Satnode DSL Avanzado (simplex)

Two-Way.2 Básico

(dúplex)

Two-Way.2 Avanzado (dúplex)

Descendente 512 Kb/s 768 Kb/s 400 Kb/s 400 Kb/s

Ascendente Retorno Telefónico

Retorno Telefónico

150 Kb/s 150 Kb/s

CIR 1/10 1/10 1/8 1/4

Equipamiento 500 € 500 € 2.500 € 2.500 €

Cuota alta 25 € 25 € 180 € 180 €

Cuota mensual 58 € 92 € 140 € 165 €

Fuente: www.satconxion.com



• LMDS




Satélites de órbita baja (LEO)

• Ventajas de las órbitas de poca altura (750-1500 Km):– Retardos pequeños (<10 ms)

– Menor potencia de emisión (aparatos y antenas menores)

– Huellas más pequeñas (menos usuarios a repartir)

• Desventajas:– No estacionarios. Necesidad de crear ‘constelaciones’

para cobertura permanente (y mundial).


Comparación satélites LEO

Frec. Asc. (GHz)

Frec. Desc. (GHz)

Nº Satel. Órbita (Km)

Caudal max.

Puesta en marcha

Conmu-

tación

Globalstar 1,61-1,626 2,483-2,5 48 (6x8) 1414 9,6 Kb/s 2000 Tierra

Iridium 1,616-1,625 1,616-1,625 66 (11x6) 750 4,8 Kb/s 2000 Satélite

Teledesic 28,6-29,1 18,8-19,3 288 (24x12) 1375 64/2 Mb/s

Desc./asc.

2005 Satélite


Sistema Teledesic

• Pensado para transmisión de datos bidireccional con gran capacidad.

• Potencias de emisión de 0,01 a 4,7 W• Antenas de 16 cm a 1,8 m, según velocidad y

potencia.• Red de conmutación de paquetes entre satélites

con routing dinámico. Auténtica ‘Internet en el espacio’.

• Células cuadradas de 53 Km de lado. Capacidad prevista 64 Mb/s por célula.


Funcionamiento de la ‘constelación’ Teledesic


Referencias satélites

• Geoestacionarios:– Servicios IP: www.satconxion.com

– Astra: www.astra.lu

– Eutelsat: www.eutelsat.com

– Equipos de acceso a Internet por satélite con tecnología DVB: http://hypercable.net (MDS)

• De órbita baja:– Teledesic: www.teledesic.com (Ver también

www.isoc.org/inet97/proceedings/F5/F5_2.HTM).


Tecnología Ventajas InconvenientesCATV •Capacidad

•Fiabilidad•Cobertura limitada•Medio compartido•Requiere densidad elevada•Fuerte inversión inicial•Estándares en evolución

ADSL •Ubicuidad (cable de pares)•Medio dedicado•Estándares consolidados

•Limitación distancia (5 Km)•Disponibilidad incierta (5 %)•Incompatible RDSI

LMDS •Rapidez despliegue•Densidad media

•Necesidad visión directa•Medio compartido•Disponibilidad/Fiabilidad•Costo CPE

SatélitesGEO

•Despliegue inmediato•Densidad baja•Amplia cobertura•Independiente distancia

•Costo (o retorno telefónico)•Medio compartido•Disponibilidad/Fiabilidad

SatélitesLEO

•Despliegue inmediato•Densidad baja•Amplia cobertura

•Disponibilidad/Fiabilidad•¿Costo?

Comparación de las diversas tecnologías

acceso residencial de banda ancha inalámbricos

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