Tecnologia WiMAX

05/08/2013 TECNOLOGIA WIMAX 1
TECNOLOGIA WIMAX
Ing. Iván Cáceres
Red Inalámbrica

CONTENIDO
1. INTRODUCCION
2. ESTANDAR 802.16 2004 WiMax FIJO
3. ESTANDAR 802.16e WiMax MOVIL
4. FABRICANTES WIMAX MOVIL
5. LTE vs WiMax
6. DISEÑO DE UNA RED WIMAX
7. CONCLUSIONES

INTRODUCCION

INTRODUCCION
Red Inalámbrica Comunicación sin hilos
Tecnología de última milla.
Capa Física: Espectro Electromagnético.
Propagación por ondas de radio.
Características: potencia, ancho de banda.
Bandas de Frecuencias : de 2 a 11 GHz.
Norma: IEEE 802.16.
Vulnerable a cambios climáticos y aspectos
físicos.

INTRODUCCION
WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave
Access, Interoperabilidad Mundial para Acceso
por Microondas)
Es un estándar de transmisión inalámbrica de
datos diseñado para ser utilizado en el área
metropolitana proporcionando accesos
concurrentes en áreas de hasta 50 kilómetros de
radio y a velocidades de hasta 70 Mbps, siendo
ambas figuras de distancia y capacidad valores
máximos orientativos y teóricos que en ningún
caso se consiguen de forma simultánea.

ESTANDARES WIMAX

ESTANDAR 802.16 2004
WiMax FIJO

ESTANDAR 802.16 – 2004,
WiMax FIJO
Esta tecnología soporta acceso fijo y
nomádico en ambientes con LOS y nLOS.
Fue principalmente desarrollado para
solucionar el problema de última milla y dar
servicio de banda ancha rápida y
económicamente (evitando el cableado).
Actualmente los fabricantes están
desarrollando CPEs indoor y outdoor.

ESTANDAR 802.16 – 2004,
WiMax FIJO
La tecnología fue diseñada principalmente
para aplicaciones en las frecuencias entre
los 2 y 11 GHz, específicamente en las
bandas 3.5 GHz y 5.8 GHz.
Soporta la técnica de modulación
multiportadora OFDM con 256 portadoras.
Puede ocupar 2 métodos de duplexación,
TDD y FDD, usando diferentes ancho de
banda de los canales: 3.5 MHz, 7 MHz para
FDD y 3.5 MHz y 10 MHz para TDD.

ARQUITECTURA 802.16 – 2004

PROPAGACION 802.16 – 2004,

EQUIPOS INSTALADOS 802.16d

ARQUITECTURA DEL
PROTOCOLO 802.16 2004
La familia IEEE 802 define las
especificaciones para las múltiples
capas.

ARQUITECTURA DEL
Sub Capa de Convergencia (CS).
Los sistemas 802.16 soportan la operación con
sistemas ATM o paquetizados (IP).
La capa de convergencia es capaz de interactuar con
estos dos modos de operación mediante el CS SAP.
Por esta razón, la función de la subcapa CS es
interactuar entre las funciones de la capa MAC y la
capa de red.
Sub Capa de Parte Común MAC (MAC CPS).
Este es el núcleo de la capa MAC. Contiene todas las
funciones necesarias para realizar el intercambio de
datos y el control de la capa MAC. Está conectada a la
subcapa CS mediante el MAC SAP.

ARQUITECTURA DEL
Sub capa de Privacidad.
Esta capa implementa todos los elementos requeridos
de privacidad debido a la capa PHY.
Algunos ejemplos son el intercambio de claves y los
procesos de encripatado desincriptado. Esta
interconectado a la física mediante PHY SAP
Capa Fisica (PHY).
Especifica las características de los diferentes modos
de operación de la interfase aire: WirelessMAN SC,
WirelessMAN SCa, WirelessMAN OFDM y WirelessMAN
OFDMA.

CARACTERISTICAS DE CAPA DE
RADIO
STC (Space Time Coding).
Mecanismos que realizan diversidad
de transmisión.
ARQ (Automatic Repeat-reQuest).
Protocolo utilizado para el control de
errores que retransmite aquellos
paquetes que no llegaron
correctamente a su destino.

CARACTERISTICAS DE CAPA DE
RADIO
WiMax utiliza técnicas de modulación
adaptativa que provoca la subida de
codificación mas robusta cuando las
condiciones del canal empeora.
“De este modo cuanto mas cerca se
encuentre SS de la BS será mas
probable q alcance altas velocidades”

MODULACION ADAPTATIVA
• Los diferentes órdenes de modulación permiten enviar
más bits por símbolo y, por tanto, alcanzar un mayor
throughput y eficiencia espectral. A pesar de ello,
utilizar técnicas de modulación como 64-QAM, implica
que sean necesaria una mayor relación señal a ruido
(SNR) para evitar las interferencias y mantener una
tasa de error de bit moderada.
• Modulación adaptativa permite que un sistema
inalámbrico pueda escoger el orden de modulación en
función de las condiciones del canal.
• WiMAX, a mayor distancia de la estación base menor
es el orden de modulación, pasando por las siguientes
técnicas: 64QAM, 16QAM, QPSK y BPSK.

MODULACION ADAPTATIVA
Así el sistema para trabajar en 64QAM necesita
unos 22 dB de relación señal a ruido, para 16QAM
son necesarios unos 16 dB y para QPSK 9 dB.

DUPLEXACION
En Wimax se utilizan dos técnicas de
Duplexación.
TDD: Time Division Duplex, utiliza un
mismo canal de frecuencia para subida y
bajada. Utilizado para operadoras en
frecuencias libres
FDD: Frequency Division Duplex, el cual
utiliza dos canales de frecuencia, uno
para subida y uno para bajada

DUPLEXACION

MODULACION
Dependiendo del estándar Wimax
trabaja con las siguientes
modulaciones:
OFDM (802.16d) Fijo
OFDMA (802.16d)
SOFDMA (802.16e) Móvil

OFDM
Orthogonal Frequency Division Multiplexing
es una técnica de multiplexación
multiportadora que proviene de la década de
1960.
OFDM reside en la combinación de multiples
portadoras moduladas solapadas
espectralmente, pero manteniendo las
señales moduladas ortogonales, de manera
que no se producen interferencias entre ellas.
Es posible utilizar diferentes técnicas de
modulación entre portadoras, con lo cual se
consigue una funcionalidad extra.

OFDM

ESTRUCTURA DE LA TRAMA EN
OFDM

COBERTURA

ESTANDAR 802.16e
WiMax MOVIL

ESTANDAR 802.16e, WiMax
MÓVIL
WiMax móvil es la solución de banda
ancha móvil, nomádica, portable y
fija, mediante tecnología de acceso
de radio y una arquitectura de red
flexible. WiMax Movil usa en la
interfaz aire SOFDMA que soporta
canales de ancho de banda escalables
de 1.25 a 20 MHz.

CARACTERISTICAS WIMAX MOVIL
Altas tasas de transferencia: La inclusión de la
técnica de antenas MIMO proporciona altas tasas
de transferencia de información.
WiMax móvil soporta hasta 63 Mbps de bajada y
28 Mbps de subida por sector en canales de 10
MHz.
Calidad de Servicio (QoS): Una de las principales
características es la arquitectura de MAC de
WiMax móvil. Al sistema se le pueden incluir
etiquetas MPLS de extremo a extremo y variadas
técnicas de QoS sobre IP, las cuales serán
explicadas más adelante.

Escalabilidad: WiMax puede trabajar con
diferente canalización, lo que le da la
ventaja de acomodarse a los diferentes
requerimientos mundiales.
Seguridad: Soporta distintos aspectos de
seguridad y autentificación EAP (Extensible
Autentication Protocol), encriptación AES-
CCM (Advanced Encryption Standard –
Counter with Cipher-block chaining
Message authentication code) y esquemas
de protección CMAC.

Movilidad: WiMax
móvil, soportará
handover con una
baja latencia,
menor a los 50 ms.
Será capaz de
proporcionar
aplicaciones en
tiempo real como
VoIP sin
degradación del
servicio.

MODULACION
OFDMA es un esquema de acceso múltiple
que permite la multiplexación de varios
usuarios en un subcanal. OFDMA es la
versión multiusuario de OFDM.

MODULACION
SOFDMA (S-OFDMA), añade la escalabilidad a OFDMA.
Se escala el tamaño de la FFT para el ancho de
banda de canal mientras se mantiene la separación de
frecuencias sub-portadora constante a través de
anchos de banda diferentes.
Menor tamaño de la FFT se da a los canales de menor
ancho de banda, mientras que un mayor tamaño FFT
para canales más amplios.
Al hacer la separación de frecuencias sub-portadora
constante, SOFDMA reduce la complejidad del sistema
de canales más pequeños y mejora el rendimiento de
los canales más amplios.

MODULACION
SOFDMA es el modo OFDMA utilizado en WiMAX
móvil. Es compatible con anchos de banda que van
desde 1,25 MHz a 20 MHz.
Con una escalabilidad de ancho de banda, la
tecnología Mobile WiMAX puede cumplir con las
regulaciones de frecuencia en todo el mundo
diversas y flexible dirección del operador o los
requisitos de diversos ISP, que es ya sea para
ofrecer sólo servicios básicos de Internet o un
paquete de servicios de banda ancha.

ESTRUCTURA TDD
El estándar inicial de WiMax Móvil sólo incluye
estructura de duplexación TDD.
En las futuras actualizaciones de estándar se
considerará FDD para un mercado específico. Aunque
TDD requiere sistemas de sincronización.
Con TDD se puede ajustar la razón de datos de
enlace de subida/bajada, lo cual se usa para tráfico
asimétrico, mientras que con FDD los enlaces de
subida y bajada son fijos y generalmente para tráfico
simétrico, como la voz.
FDD requiere dos canales a diferencia de TDD que
sólo requiere uno para uplink y downlink.

OTRAS CARACTERÍSTICAS DE LA
CAPA FÍSICA
Modulación adaptativa y codificación (AMC),
requerimiento de repetición automática
híbrida (HARQ) y retroalimentación de
canal rápido (CQICH) fueron introducidos a
WiMax Móvil para aumentar su cobertura y
capacidad.
WiMax Móvil soporta QPSK, 16QAM y
64QAM, los cuales son usados en downlink
y uplink, siendo 64QAM opcional para el
uplink. Las mejores tasas de transferencia
se consiguen usando la modulación 64QAM.

DESCRIPCIÓN DE LA CAPA MAC
QoS
WiMax móvil posee un control de QoS en
todo el recorrido del enlace, soporta el uso
de etiquetas MPLS, sistema que le permite
priorizar paquetes.
Este estándar soporta variados servicios y
aplicaciones con distintos requerimientos de
QoS, los detalles en la siguiente tabla.

CATEGORÍA
QoS
APLICACIONES ESPECIFICACIONES DE QoS
UGS: Unsolicited
Grant Service
VoIP
Tolerancia a la latencia
Tolerancia al Jitter.
Tasa sostenido Máximo
rtPS: Real Time
Packet Service
Audio o Video
Streaming
Prioridad de Tráfico.
Tolerancia a la Latencia.
Tasa sostenida Máxima.
Tasa reservada Mínima.
ErtPS: Extended
Real Time Packet
Service
Voz con detención de
actividad (VoIP)
Tolerancia a la Latencia.
Tolerancia a Jitter.
Prioridad de Trafico.
nrtPS: Non Real
Time Packet Service
Protocolo de
transferencia de
Archivos (FTP)
Prioridad de tráfico.
BE: Best Effort
Service
Transferencia de
datos navegación en
la Web
Prioridad de Trafico.

MOVILIDAD
Administración Eficiente De La Energía: WiMax
móvil soporta dos tipos de operación para la
administración de la energía, Sleep mode y Idle Mode.
Estos sistemas le proporcionan mayor duración a la
carga de la batería.
Handover: El estándar soporta tres tipos de handoff,
Hard Handoff, Fast base Station Switching y Macro
Diversity Handover. El Handoff por defecto es HHO,
mientras que los otros son modos opcionales. Se han
desarrollado varias técnicas para optimizar el HHO, lo
que ha derivado en conseguir delays menores a 50
ms y así lograr mejor calidad de comunicación.

SEGURIDAD
WiMax móvil incorpora las mejores técnicas
de seguridad disponibles.
Los aspectos de seguridad que incorpora
son:
autenticación de dispositivo/usuario
protocolos de administración
encriptación de tráfico
control y gestión de protección de mensajes
planos
protocolo de optimización para handoffs rápidos.

CARACTERÍSTICAS ADICIONALES
DE WIMAX 802.16 – 2005
WiMax móvil soporta antenas inteligentes
(Smart antenna), las cuales son arreglos de
antenas, que usa un algoritmo para
procesar señales. Este sistema tiene
múltiples prestaciones, entre las cuales se
incluyen:
Beamforming: Permite la mayor
direccionalidad de la potencia de las antenas, lo
cual aumenta la cobertura y capacidad del
sistema.
Código de espacio - tiempo: Reduce el
margen de desvanecimiento.

CARACTERÍSTICAS ADICIONALES
DE WIMAX 802.16 – 2005
Multiplexación espacial:
Proporciona ventajas para mayores
tasas de transferencia.
Mediante la multiplexación espacial se
puede transmitir múltiples señales
mediante varias antenas e igualmente
para recibir la señal. Con MIMO 2x2
(arreglo de antenas, dos transmiten y
dos reciben) se puede aumentar la tasa
transmitiendo 2 señales de datos.

ARQUITECTURA DE LAS REDES
WiMAX 802.16 – 2005
La arquitectura WiMAX esta basada en una
plataforma ALL-IP, o sea, la conmutación
de paquetes está presente en toda la
arquitectura de extremo a extremo de la
red.

WiMAX 802.16 – 2005

CORE O NÚCLEO DE RED
El CORE es donde se localizan los equipos de alta capacidad de transmisión.
En este bloque se encuentran los elementos centrales de red, los cuales son
capaces de administrar y gestionar.
Home Agent (HA): Almacena la información de los móviles
permanentes en la red, entrega el soporte para la movilidad
administrando el protocolo IP móvil. MIP (Mobile IP) es un protocolo
diseñado para los dispositivos móviles, el cual les permite moverse de
una red a otra manteniendo permanente su dirección IP.
Servidor AAA (Authentication Authorization Accounting): Es el
encargado de realizar la autentificación, autorización y contabilidad en la
red.
Servidor DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol):
Responsable de la administración y asignación dinámica de direcciones
IP para los dispositivos.
IMS (IP Multimedia Subsystem): Arquitectura flexible basada en la
conmutación de paquetes para el despliegue de funciones móviles
utilizando una amplia gama de aplicaciones como voz, texto, imágenes,
video, etc. Optimiza la experiencia del usuario para aplicaciones
multimedia integradas y ofrece a los operadores móviles un medio
eficiente para proveer múltiples aplicaciones simultáneamente sobre
múltiples canales de acceso.

EDGE o BORDE
Edge, es la interfaz del núcleo con la red de
acceso. Este segmento esta compuesto por
los gateway del sistema.
Los gateway son conocidos, en WiMax,
como ASN – GW (Access Service Network
Gateway).
Estos pueden estar conectados a varias
estaciones base, su función es hacer el
papel de traductor hacia la red exterior de
la información que viene del core.

RED DE ACCESO
Esta es la red donde están todos los sistemas que
permiten llegar al usuario final, aquí donde se reflejan
las ventajas de WiMAX en sus técnicas de propagación
y modulación.
En este bloque se encuentran las estaciones base
WiMAX móvil.
Las BTS son las que establecen la conectividad con los
CPE.
Como esta es una tecnología de microondas, el
interfaz que separa la red de acceso con los
terminales del usuario es el aire.

CPE (TERMINAL DE USUARIO)
Terminales Fijos: WiMax Móvil dispone de CPEs
internos autoinstalables para computadores de
escritorio, así como también CPEs con antenas
externas para servicio de Internet y telefonía.
Terminales Portables: Los principales dispositivos
disponibles para WiMax Móvil son las tarjetas PCMCIA
para notebooks y la conectividad WiMax integrada en
los notebooks (similar a la solución Wi-Fi).
Obviamente los terminales portables podrán funcionar
de manera fija.
Terminales Móviles: Con la llegada de la movilidad
aparecerán dispositivos tipo smartphone o PDA con
WiMax integrado. Estos dispositivos podrán funcionar
de manera portable y fija.

WiMAX 802.16 – 2005

COBERTURA

FABRICANTES
WIMAX MOVIL

FABRICANTES WIMAX MOVIL
FABRICANTES
DE EQUIPOS:
Airspan
Networks
Alvarion
Aperto Networks
Fujitsu
Intel Corporation
Motorola
Samsung
ZTE Corporation
Huawei
Technologies

ANALSIS DE FABRICANTES Y
PLATAFORMAS
Fabricante
AIRSPAN
NETWORKS
HUAWEI
TECHNOLOGIES
ALVARION
ZTE
CORPORATION
Modelo Air 4G
WiMax Móvil
Huawei
BreezeMax WiMax Móvil ZTE
Frecuencia (GHz)
700 MHz, 2.3, 2.5,
3.3 y 3.7
2.3, 2.5 y 3.5
3.65, 4.9 y 5.4
GHz
2.3, 2.4 y 3.3
Potencia de Tx
(dBm)
2.x GHz + 40
3.x GHz + 37
2.x GHz + 40
3.5 GHz + 38.5
3.x GHz +30
5.x GHz + 21
2.x GHz + 40
3.x GHz + 36
Sensibilidad en
Rx (dBm)
-106.9 -100 - 96 -110
Ancho del Canal
(MHz)
3.5, 5, 7, 10, 2x7 y
2x10
5, 10 y 20 5 y 10 5, 7 y 10
QoS
UGS; rtPS; nrtPS;
BE
E2E; PPSFs No Especifica No Especifica
IP v6 Si No especifica No especifica No especifica
Encriptación
AES Encryption
AES Key Updates
PKMv2
EAP
PMIP signaling
encryption
RADIUS signaling
security
AES Encryption No Especifica
VLAN
VLAN pass -
through
VLAN tagging /
untagging
QoQ
VLAN pass -
through
VLAN tagging /
untagging
QoQ
Clasificación
Basada en VLAN
VLAN pass -
through
VLAN tagging /
untagging
QoQ
Modulo LTE Si No No Si

EQUIPOS PLATAFORMA WIMAX
MOVIL

LTE vs WiMax

LTE vs WiMax
Nos encontramos ante dos tecnologías inalámbricas
que ofrecen grandes velocidades, pudiendo llegar a
cuadruplicar la velocidad actual.
Son dos tecnologías, las cuales trabajan sobre IP, que
tienen mucho en común ya que las dos proporcionan
el mismo enfoque de las descargas y hacen uso de
MIMO, lo que quiere decir que la información es
enviada sobre dos o más antenas desde una misma
celda. Además las descargas están mejoradas en los
dos sistemas ya que utilizan OFDM que soporta
transmisiones multimedia y de vídeo sostenidas

LTE vs WiMax
Gran parte de la gente opina que la gran diferencia entre estas
dos tecnologías es meramente política ya que depende de las
compañías que las apoyan y a sus respectivos intereses,
aunque también hay quienes opinan que la diferencia está en
el costo.
Otros expertos opinan que la diferencia está en la cantidad de
espectro que necesita cada tecnología para poder llegar a las
velocidades que los propios usuarios están exigiendo, ya que
ambas pueden alcanzar grandes y muy similares velocidades y
transmiten la señal de forma muy parecida.
En principio se piensa que una tecnología no debería destruir a
la otra, pero en general se cree que la tecnología más usada
será LTE ya que la mayoría de las operadoras a nivel mundial
trabajan con GSM, a pesar de que el estándar WiMax ha sido
ya aprobado definitivamente y la especificación final de LTE-A
todavía no está disponible.

Comparativa LTE - WiMax

DISEÑO DE UNA
RED WIMAX

INTRODUCCION
El diseño considera:
Establecer la estructura de la red
Ubicar sitios estratégicos para situar las RB
y definir el área de cobertura de cada una.
Definir la banda de frecuencia dentro de la
cual se va operar (ATT)
Elección de los equipos que serán
empleados en la implementación de la red
Diseñará un sistema que integre todos
nuestros nodos de red de manera eficaz
(Red Tx, Enlaces o FO)

PLANIFICACIÓN DEL SISTEMA
Este proceso empieza con la definición de las
estrategias a seguir, (objetivos planteados con
los medios y tecnología disponible).
Definida la línea de estrategia, se centra el
análisis en la planificación estructural,
definiendo planes de desarrollo del sistema
centrándose en los planes técnicos
fundamentales.
Finalmente se define el mantenimiento y la
explotación del sistema diseñado.

ESTRATEGIAS
Aumentar la tasa de penetración de los
usuarios, con una demanda inicial y su
respectiva proyección a corto plazo.
Ubicar a posibles usuarios para los
múltiples servicios que se podrían ofrecer
a través de una red WiMAX.
Establecer una estructura general de la
red.
Dimensionar y diseñar la red inalámbrica.
Determinar los equipos requeridos.

ESTRATEGIAS
Elaborar los diagramas de cobertura.
Elaborar los perfiles topográficos.
Realizar una evaluación referencial de
costos de equipos, materiales y recursos
humanos para una futura
implementación de la Red WiMAX
Detallar las fortalezas y debilidades de
la Red además de recomendaciones
para su implementación.

ETAPAS
Identificación de las necesidades y
diseño técnico detallado.
Planificación del sistema.
Diseño técnico y posibles soluciones.
Despliegue de la red de
telecomunicaciones.
Análisis y optimización de la calidad de
funcionamiento de la red.
Escalabilidad

CONCLUSIONES
Con la implementación de redes
inalámbricas se tiene ahorro en
equipos.
Rápida Instalación.
WIMAX es un tecnología competitiva.
Evolución e interoperabilidad.
Todo IP
Mas Cobertura y AB.

GRACIAS POR SU ATENCIÓN
ivan.caceres@axsbolivia.net

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