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Nuevos sistemas de Acceso Vía Radio: una tecnología de ruptura: El piloto de hiperacceso multimedia radioeléctrico (28-31 GHz) de Madrid
El piloto de hiperacceso multimedia radioeléctrico (28-31 GHz) de Madrid -------------------------------------------------------------------------------- 1. Antecedentes El 20 de julio de 1998 en la "sala de TV" del Colegio Mayor Santo Tomas de Aquino de la Ciudad Universitaria de Madrid, un grupo de estudiantes asistía con expectación al "zapeo" entre mas de 50 canales de TV digital de la oferta de Canal satélite Digital y de Vía Digital, mientras tanto, otro grupo de estudiantes desde la "sala de ordenadores" recibía paginas Web de la subred de la ETSIT-UPM de la red IRIS a varios centenares de Kbytes por segundo. La señal procedía de un pequeño transmisor de 1W en 28 Ghz situado en una de las terrazas de la ETSIT-UPM. Pocos meses antes, el 2 de marzo de 1998, la empresa TTT y el Grupo de Tecnologías de la Información del Dpto. SSR de la UPM, habían recibido la comunicación oficial de la Secretaría General de Comunicaciones por la que se le otorgaba una licencia temporal de utilización del espectro (500 Mhz en 28Ghz y 300Mhz en 31 Ghz), con el objetivo de implantar en Madrid un piloto experimental del mal llamado sistema LMDS. España se convertía en el primer país europeo que autorizaba estos experimentos, iniciativa que meses después sería imitada por otros países de nuestro entorno. De esta manera ratificaba su liderazgo en la regulación de estas bandas de frecuencia, pues en esa fecha era el único país de la UE que en su CNAF (Cuadro Nacional de Atribución de Frecuencias) había reservado espectro para este tipo de sistemas. En septiembre de 1998 se integran los prototipos alfa (de laboratorio) de las plataformas de "ancho de banda compartido" y "ancho de banda bajo demanda", desarrolladas para TTT por InfoGLOBAL y Stanford Telecom. A principios de noviembre se instalan en el Faro de Moncloa los equipos transmisores multiportadora de potencia (5 W por portadora de 40Mhz) y los CPEs "two way" (estaciones de usuario emisoras-receptoras) desarrollados para TTT por Cable AML. Las pruebas realizadas sobre los sistemas de RF, los sistemas de acceso, las aplicaciones y los servicios alcanzan, a juicio de LUVISA (hoy Telecomunicaciones Operadas por Radio, "TOR"), suficiente madurez técnico-económica para que el 2 de Diciembre de 1998, al amparo de la nueva LGTel, TOR solicite una licencia del tipo C2 para prestar comercialmente servicios avanzados de telecomunicaciones utilizando estos desarrollos. Meses después se le comunicará al operador la intención del Ministerio de Fomento de sacar a licitación pública este tipo de sistemas. Tras obtener una prórroga de la licencia experimental, durante los primeros meses de 1999 se procede a completar los sistemas de gestión de red y servicios, a integrar las aplicaciones más sofisticadas (telefonía Ip, multi-videoconferencia, servicios Internet/Intranet de última generación, etc.) y a probar los primeros prototipos de estaciones de usuario de alta eficiencia espectral (modulación 64QAM) desarrollados para TTT por el Grupo de Microondas y Radar del dpto. SSR de la UPM. En marzo de 1999 TOR y el GTIC-SSR-UPM, de acuerdo al compromiso adquirido, presenta el sistema integrado completo, a los departamentos ministeriales e instituciones reguladoras competentes. En este artículo se presenta públicamente por primera vez el piloto de Madrid de Hiperacceso en 28-31 Ghz. 2. Descripción del Piloto El piloto de Madrid ha sido diseñado para evaluar las tecnologías, redes y servicios capaces de satisfacer la parte mas sofisticada de la demanda de acceso a comunicaciones de banda ancha. Es decir: Para proporcionar infraestructuras de acceso al usuario a otros operadores con autorizaciones y licencias para prestar los servicios finales de telefonía y datos de alta velocidad ("carrier to carrier"). Para proporcionar redes privadas y servicios finales multimedia a grandes instituciones, empresas y "SOHOs", situados fundamentalmente en zonas de alta densidad de población. La solución técnica adoptada se basa en lo que el grupo BRAN del organismo de estandarización ETSI ha denomina HIPERACCESO (ver por ejemplo el documento TR 101 177 de ETSI), esta es la razón por la que hemos adoptado el nombre de Hiperacceso Multimedia Radioeléctrico para referirnos al sistema desarrollado. Sus principales características son: Utilización de multiportadoras de alta potencia (TWT) en la estación base de la célula. Ello permite radios de cobertura elevados para portadoras moduladas en QPSK y posibilita la utilización de portadoras con modulaciones de alta eficiencia espectral (64QAM). La realización práctica de estos sistemas exige la utilización de al menos 500+150 Mhz de ancho de banda. Sistema multiplataforma (enlaces dedicados, compartidos y bajo demanda) capaz de asignar la plataforma más adecuada a las características de tráfico del servicio requerido por el usuario. Despliegue de un sistema integrado completo que incluye la estación base, la cabecera de servicios, el centro de gestión y las estaciones de usuario. Fig 1: Despliegue del Piloto La figura 1, muestra gráficamente la realización práctica del piloto que describimos a continuación. Situada en el Faro de Moncloa, recibe a través de un radioenlace la información de la cabecera de servicios y la retransmite a los usuarios después de amplificarla y trasladarla a la banda de frecuencias asignada (5 vatios por portadora en la banda de 27,75-28,25 Ghz). Por otro lado, recibe las señales procedentes de las estaciones de usuario situadas en la banda de 30,85-31,15 GHz y las retransmite a la cabecera de servicios. Cuenta con una unidad automática de redundancia, así como con dos transceptores sectoriales de 180ª que proporcionan una cobertura de 360ª en un radio de 8 Km para portadoras moduladas en QPSK y de 3,5 Km para portadoras moduladas en 64QAM. La figura 2, muestra una imagen en la que pueden observarse el radioenlace que une la estación base con la cabecera de servicios y uno de los transceptores de alta potencia. 2.1. ESTACIÓN BASE. Los datos de cobertura facilitados han sido calculados para cumplir las recomendaciones del CCITT para los servicios tradicionales y corresponden a las especificaciones de las estaciones de usuario desarrolladas. Las figuras 3 y 4 muestran respectivamente la cobertura del piloto con portadoras QPSK y una posible cobertura de Madrid con cinco celdas que utilizan portadoras 64QAM. Fig. 2: Instalación de estación base de LMDS Fig. 3: Cobertura del piloto Fig. 4: Cobertura de Madrid con 5 celdas y portadoras 64-QAM 2.2. CABECERA DE SERVICIOS.Situada en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación de la UPM, cuenta con la infraestructura de servicios y gestión de red completa. Esto incluye el acceso a todas las redes a las que se van a conectar los usuarios; la captación y generación de la información que se va a distribuir y su empaquetamiento a través de alguna de las plataformas de red que permite comunicar dos o más usuarios entre sí. Además, se realizan la modulación de las portadoras a FI y su conversión a RF para las señales que van desde la cabecera de servicios a los usuarios y el proceso inverso para las señales que van desde el usuario a la cabecera. En la cabecera se da acceso a las siguientes redes: A la red IRIS a través de la subred del GTI-SSR-UPM. A las redes del dpto. de Ingeniería telemática y del Grupo de Bioingeniería de la ETSIT de la UPM para la investigación de aplicaciones de banda ancha en el campo de la multiconferencia y la telemedicina respectivamente. A una red "ad hoc" Ethernet de altas prestaciones donde se investigan aplicaciones sofisticadas (servidores de vídeo, telefonía Ip, Intranet seguras, etc.) Acceso directo al nodo neutro de Internet en Washington a través del satélite Orlón. Por otro lado, se captan y se generan las siguientes señales: Señales de TV digital procedentes de los satélites Astra, Hispasat y Eutelsat. Se genera un canal de TV digital propio. Los flujos de datos procedentes de estas redes y sistema se empaquetan a través de cuatro tipos de plataformas de red: 1 Plataforma de ancho de banda dedicado 2 Plataforma de ancho de banda compartido 3 Plataforma de ancho de banda bajo demanda 4 Plataforma de difusión de TV digital La explotación integrada de este conjunto, proporciona al operador una plataforma multiservicio de gran ancho de banda. La figura 5 muestra un diagrama de la realización práctica de estas plataformas en el piloto. 1. Plataforma con ancho de banda dedicado El ancho de banda dedicado, utiliza una portadora para enviar y recibir tráfico simétrico con un ancho de banda fijo permitiendo velocidades específicas de transmisión y de recepción. Esta plataforma realiza un uso eficiente del espectro cuando se necesita intercambiar volúmenes fijos de información de forma simétrica y constante. Es la plataforma más fácil de realizar, pues solo requiere parejas de módem entre cada usuario y la cabecera. Hasta el momento se han evaluado módem de 2 y 10 Mbps con modulaciones QPSK y 16QAM. Esta plataforma está especialmente indicada para los servicios siguientes: interconexión de grupos cerrados de telefonía, videoconferencia cooperativa, y todos aquellos servicios de conectividad que requieran un flujo de datos dedicado y simétrico. 2. Plataforma con ancho de banda compartido Mediante esta plataforma, el ancho de banda puede ser compartido por varios usuarios, permitiendo abaratar el ancho de banda utilizado. De esta forma se puede asegurar un caudal mínimo estadístico más los picos que permita esta compartición de ancho de banda. Esto permite gestionar el ancho de banda de forma flexible, asignando un caudal medio a cada usuario, garantizando así una determinada calidad estadística. Además se puede agrupar a los usuarios por clase de servicio y ancho de banda contratado. De esta forma se pueden establecer listas con distinta prioridad, a las que se va distribuyendo el ancho de banda existente según esta prioridad. Esta plataforma se basa fundamentalmente en la tecnología IVI de InfoGLOBAL, la cual realiza la integración de los distintos caminos de comunicaciones en una única interfaz para que no sea necesaria la ayuda de hardware adicional. A su vez, la separación de los caminos de transmisión y recepción posibilita la comunicación asimétrica entre los nodos. Gracias a esta característica es posible utilizar distintos caminos de retorno como puede ser la RTC, RDSI o módems a través del sistema de radiofrecuencia. Esta plataforma está especialmente indicada para el tráfico IP asimétrico ya que se puede multiplexar asimétricamente. Esta compartición y asimetría de los flujos permite hasta 30 Mbps de bajada y de 33 Kbps hasta 2,5 Mbps de subida. Esta plataforma ha sido utilizada con éxito para realizar redes privadas virtuales (Intranet) con capacidad de ofrecer telefonía Ip, acceso de alta velocidad (hasta 800 Kbytes) a las distintas LAN que constituyen la red privada, Internet sin limitación de velocidad por la red de acceso, vídeo bajo demanda y TV digital de negocios en una misma portadora QPSK de 40 Mhz. El sistema utiliza la norma DVB. En la actualidad se están probando sobre esta plataforma las estaciones que permitirán trabajar con modulaciones 64QAM, multiplicando por cuatro la capacidad del sistema. 3. Plataforma con ancho de banda bajo demanda El ancho de banda bajo demanda se realiza a través del sistema conmutador ATM. Gracias a ello, este ancho de banda bajo demanda puede realizarse de forma permanente, ocasional e incluso dinámica. Una vez establecido el circuito virtual necesario, el sistema gestiona la introducción del circuito en cuestión en una portadora que maneja un gran ancho de banda (típicamente, 34 Mbps), es decir, se establece una concentración de tráfico de acceso en "canales" de 34 Mbps, que es mucho más eficiente que el sistema de líneas dedicadas de acceso hasta el abonado final. A su vez, el espectro total disponible, gracias a la tecnología TDMA en el retorno, se agrupa reasignando dinámicamente las propias portadoras (que a su vez, llevan grupos de circuitos) en "huecos" de espectro. Es decir, se gestionan en realidad flujos de información de forma dinámica en lugar de circuitos permanentes. El resultado es un sistema de "capacidad en pull" en lugar de capacidad fija y asignada permanentemente a los usuarios. De esta forma se puede determinar y garantizar el caudal mínimo asignado a un usuario, y determinar cuánto caudal va a compartir. El núcleo del sistema ha sido realizado por Stanford Telecom bajo especificaciones concretas para este piloto. Se han probado los primeros prototipos, esperando alcanzar las prestaciones completas especificadas en los próximos meses. Es de resaltar que ha sido en el piloto de Madrid, donde se ha probado por primera vez en el mundo este tipo de sistema. 4. Plataforma de difusión de TV digital. Consiste en la captación de las señales de TV digital procedentes de los diversos transpondedores de los satélites que prestan este servicio y su adecuación al sistema mediante un proceso simple de conversión de las portadoras de satélite en portadoras del Hiperacceso, o añadiendo un proceso intermedio de transmodulación según se difundan las señales en QPSK o en 64QAM. Las señales son descodificadas por "set-top-box" comerciales utilizados en la recepción directa de TV digital por satélite (QPSK) o en la distribución comunitaria (64QAM). 3. CENTRO DE GESTIÓN Situado en la sede de TOR en la calle Serrano, se encarga de llevar a cabo la monitorización, gestión de la red, provisión y tarificación de los servicios. La comunicación entre el centro de gestión y la cabecera se realiza mediante un enlace dedicado del propio sistema. El sistema de gestión es uno de los elementos críticos del sistema ya que entre otras cosas, debe realizar la provisión del servicio al usuario, asegurar la calidad de servicio, redireccionar los tráficos en función de la ocupación de las portadoras o las posibles caídas del sistema y ajustar el nivel de portadoras en las estaciones de usuario en función de la distancia a la estación base o el cambio de las condiciones climáticas. 4. ESTACIONES DE USUARIO. Constan de transceptores CPE (customer premise equipement), los cuales captan la señal en la banda de 28 GHz. y mediante un divisor la distribuyen entre los equipos correspondientes: gateway, set top box, módem, etc. Existen dos posibles soluciones en el retorno: simétrica (con vuelta por RF) y asimétrica (con retorno telefónico o RDSI). La solución simétrica es la que realiza la transmisión sobre ATM con ancho de banda bajo demanda o mediante enlaces dedicados. El sistema asimétrico es una solución más económica pensada para usuarios residenciales, o con una demanda de tráfico claramente asimétrica. El diagrama general del sistema completo puede verse en la siguiente figura 6. 5. EL VALOR AÑADIDO NACIONAL COMO OBJETIVO. Conscientemente y de manera reiterativa, he puesto de manifiesto a lo largo de este artículo las contribuciones de las empresas y grupos universitarios al proyecto. TTT, empresa de capital nacional 100%, con la ayuda de distintos grupos universitarios de la ETSIT de la UPM y con una fuerte participación de InfoGLOBAL, también de capital nacional 100%, han sido capaces de poner en marcha un piloto de un nuevo sistema de de radiocomunicaciones, el Hiperacceso Multimedia Radioeléctrico en 28-31 Ghz, con meses de adelanto sobre otros referentes internacionales. Los conocimientos obtenidos gracias al trabajo realizado en estos dos años les sitúa en una posición de privilegio justo en el momento en el que previsiblemente se va a producir el despegue definitivo de estos sistemas en los mercados internacionales. TTT es propietaria de los derechos de industrialización que puedan derivarse del proyecto tanto para los mercados nacionales como internacionales. Por otro lado, recientemente se ha formado un consorcio del que forman parte IKUSI, InfoGLOBAL, TELDAT y Comunicaciones Interactiva que utilizarán el piloto de Madrid de TOR como infraestructura de pruebas para desarrollar e industrializar las estaciones de usuario (CPEs). Fig. 6: Diagrama simplificado de los equipos de usuario Cuando vea la luz este artículo, varios hospitales, centros universitarios, centros de las Administraciones Públicas y empresas, estarán participando en un "trial" de servicios. El operador, los suministradores y los usuarios incrementaran su conocimiento y por ende adquirirán ventajas para enfrentarse a mercados cada vez más competitivos. Esta situación no hubiera sido posible sin las ayudas del Ministerio de Industria (programa ATICA y creditos CDTI) en las fases iniciales del proyecto o sin la concesión de autorización temporal para utilizar el espectro. Pero sobre todo, hubiera sido totalmente imposible sin los centenares de millones de pts que ha invertido un operador pionero en su camino hacia la consecución de una licencia para operar este sistema. En todo caso, el piloto de Madrid está demostrando día a día la madurez de la mayoría de las tecnologías involucradas y la capacidad de los técnicos y empresas españolas para desarrollarlas. Catedrático del Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicación de la ETSIT UPM.
30 oct 2015