Acceso Residencial de Banda
Ancha
Inalámbricos
Ampliación Redes 6-1
Sistemas inalámbricos fijos
• LMDS
• Satélites geoestacionarios
• Satélites de órbita baja
Ampliación Redes 6-2
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)
Ampliación Redes 6-3
Alcance de las ondas de radio
en función de la frecuencia
Enlace punto a multipunto
(antena omnidireccional)
Enlace punto a punto
(antena direccional)
Alcance (Km)
Alcance (Km)
Ampliación Redes 6-4
Factores que influyen en el alcance
Disponibilidad Tiempo fuera de Alcance
servicio al año
Disponibilidad:
99,9 %
8 h 45’
14 Km
99,99 %
53’
5 Km
99,999 %
5’
2,5 Km
Modulación Bits/símbolo Alcance
Modulación:
QPSK
2
10 Km
16-QAM
4
5 Km
64-QAM
6
2,5 Km
Pluviometría Ejemplo Alcance
Pluviometría:
400 mm/año
Valencia
5 Km
1250 mm/año
Oviedo
3 Km
Ampliación Redes 6-5
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.
Ampliación Redes 6-6
LMDS: Configuración punto a punto
TDM
TDM
UNIVERSITY
•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
Ampliación Redes 6-7
LMDS: Configuración multipunto
Parabólica 30 cm
muy direccional
Sector (60º)
Antena sectorial
direccional (60º)
Retorno vía radio
TDM
TDMA
Antena plana
direccional
(16x16 cm)
solo recepción
Estación
base
Red
telefónica
(analógica
o RDSI)
Ampliación Redes 6-8
Retorno telefónico
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’)
Ampliación Redes 6-9
Topología de una red LMDS
BSU (Base Station Unit)
Fibra óptica
V
V
H
H
V
V
Polarización horizontal
V
H
H
H
H
H
V
V
V
V
V
H
H
H
H
V
V
V
V
Polarización vertical
Ángulo
por sector
Sectores
por BSU
H
H
H
H
H
90º
4
V
V
V
V
V
60º
6
45º
8
30º
12
22,5º
16
15º
24
H
H
H
V
V
H
H
NOC (Network Operations Center)
Ampliación Redes 6-10
Comunicación bidireccional entre
estación base y usuario
TDMA
Antena parabólica
V
H
H
V
TDM
V
Unidad
exterior
H
BSU (Base Station Unit)
NIU (Network
Interface Unit)
Ampliación Redes 6-11
Arquitectura de un sistema LMDS
BSU: Base Station Unit
Red
telefónica
Unidad de
provisión
de vídeo
DCU:
Digital
Connection
Unit
NIU
CPE: Customer
Premises Equipment
Internet
NOC: Network Operations Center
Ampliación Redes 6-12
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
Ampliación Redes 6-13
Protocolo MAC ascendente en LMDS multipunto
Acceso FDMA:
TDM
BSU
NIU
1
NIU
2
NIU
3
NIU
1
NIU
2
NIU
3
FDMA 1
FDMA 2
FDMA 3
Acceso FDMA/TDMA:
TDM
BSU
FDMA 1
TDMA (compartido)
Ampliación Redes 6-14
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
Ampliación Redes 6-15
Ejemplo: Virginia Tech (www.lmds.vt.edu)
Haz 1, Remoto 1
Museo de Historia Natural
Haz 1, Remoto 2
Oficina Gestión de Riesgos
HUB o Nodo central
Slusher Tower
Haz 2, Remoto 3
Edif. Sist. Información Andrews
Ampliación Redes 6-16
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
4 Kg
12 Kg
Unidad Exterior
30 cm
27 cm
21 Kg
44 cm
Unidad Interior
Ampliación Redes 6-17
Museo de Historia Natural
• Capacidad: 4,608 Mb/s simétricos (3
enlaces T1).
• Voz, datos y vídeo sobre un solo enlace
5 Kg
Unidad Exterior Remota
Ampliación Redes 6-18
Slusher Tower
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
Ampliación Redes 6-19
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
Ampliación Redes 6-20
Sistemas inalámbricos fijos
• LMDS
• Satélites geoestacionarios
• Satélites de órbita baja
Ampliación Redes 6-22
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)
Ampliación Redes 6-23
Huella Eutelsat
Ampliación Redes 6-24
Satélites GEO: Bandas y Frecuencias
Para evitar interferencias se usa una banda diferente
en subida y bajada (microondas)
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
Lluvia,
costo
Teledesic (LEO)
27,5-30,5
Ampliación Redes 6-25
Satélites GEO: transmisión de datos
• Cada banda se divide en canales. Cada canal es
atendido por un ‘transponder’ (repetidor) con 50100 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).
Ampliación Redes 6-26
Transmisión de datos Satélites GEO
• Ancho de banda por transponder: de 26 a 72 MHz (DVBS). 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).
Ampliación Redes 6-27
Frecuencias y canales de datos en Eutelsat
Banda de guarda (5 MHz)
38 MHz
38 MHz
33 MHz
33 MHz
Transponder 1
Transponder 2
Canales de 6 MHz
38 MHz
33 MHz
Canales de 2 MHz
Ampliación Redes 6-28
Transponder 3
Transmisiones digitales de RTVE por Hot Bird 13.0 E
Frecuencia: 11.785 ± 19 MHzPolarización: Horizontal
Caudal: 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
Ampliación Redes 6-29
Transmisiones digitales de CSD por Astra 19.2 E
Frecuencia: 10.877 ± 15 MHz
Caudal: 22 Msimb/s
Polarización: Vertical
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
Ampliación Redes 6-30
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).
Ampliación Redes 6-31
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
Ampliación Redes 6-32
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
Ampliación Redes 6-33
Servicio ASTRA-NET con retorno telefónico
Ampliación Redes 6-34
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.
Ampliación Redes 6-35
Servicio bidireccional vía satélite
Ampliación Redes 6-36
Acceso a Internet vía satélite (Astra)
Servicio 
Satnode
Satnode DSL
DSL Básico
Avanzado
(simplex)
(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
Ampliación Redes 6-37
Sistemas inalámbricos fijos
• LMDS
• Satélites geoestacionarios
• Satélites de órbita baja
Ampliación Redes 6-38
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).
Ampliación Redes 6-39
Comparación satélites LEO
Globalstar
Iridium
Teledesic
Frec. Asc.
(GHz)
Frec. Desc.
(GHz)
Nº Satel.
Órbita
(Km)
Caudal
max.
1,61-1,626
2,483-2,5
48 (6x8)
1414
9,6 Kb/s
2000
Tierra
66 (11x6)
750
4,8 Kb/s
2000
Satélite
288 (24x12)
1375
64/2 Mb/s
Desc./asc.
2005
Satélite
1,616-1,625 1,616-1,625
28,6-29,1
18,8-19,3
Ampliación Redes 6-40
Puesta en Conmumarcha
tación
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.
Ampliación Redes 6-41
Funcionamiento de la ‘constelación’ Teledesic
Ampliación Redes 6-42
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).
Ampliación Redes 6-43
Comparación de las diversas tecnologías
Tecnología Ventajas
CATV
•Capacidad
•Fiabilidad
ADSL
LMDS
Satélites
GEO
Satélites
LEO
Inconvenientes
•Cobertura limitada
•Medio compartido
•Requiere densidad elevada
•Fuerte inversión inicial
•Estándares en evolución
•Ubicuidad (cable de pares) •Limitación distancia (5 Km)
•Medio dedicado
•Disponibilidad incierta (5 %)
•Estándares consolidados
•Incompatible RDSI
•Rapidez despliegue
•Necesidad visión directa
•Densidad media
•Medio compartido
•Disponibilidad/Fiabilidad
•Costo CPE
•Despliegue inmediato
•Costo (o retorno telefónico)
•Densidad baja
•Medio compartido
•Amplia cobertura
•Disponibilidad/Fiabilidad
•Independiente distancia
•Despliegue inmediato
•Disponibilidad/Fiabilidad
•Densidad baja
•¿Costo?
•Amplia cobertura
Ampliación Redes 6-44
Ampliación Redes 6-45
Descargar

Acceso Residencial de Banda Ancha