Femtoceldas PDF Imprimir Correo electrónico

Tecnologia1Las femtoceldas son puntos de acceso inalámbrico de baja potencia que operan en bandas licenciadas del espectro y que conectan los dispositivos móviles con la red del operador utilizando conexiones de cable de banda ancha.

Las femtoceldas se utilizan para extender el alcance de las redes celulares, principalmente 3G, en el interior de edificios. Su función es similar a la de los “gap-fillers” utilizados en el caso de la TDT. Se trata pues de una “mini” estación base con un equipo de radio equivalente al utilizado en la torre de comunicaciones de un operador de telefonía móvil. Últimamente existe un interés cada vez más creciente por este tipo de sistemas, corroborado con la creación de diversos foros (femtoforum.org) y conferencias específicas, si bien su despliegue todavía se encuentra bastante rezagado. La mayor parte de los operadores están evaluando los equipos en el laboratorio, otros han realizado alguna prueba piloto, y muy pocos están ofreciendo un producto comercial a sus clientes. Pero se espera que esta situación cambie en los próximos años, pues un reciente estudio de ABI Research prevé para el año 2012 del orden de 150 millones de usuarios y 70 millones de puntos de acceso en todo el mundo. En este artículo nos centramos en analizar la tecnología existente.

Arquitectura
La arquitectura típica de una femtocelda se muestra en la figura 1. El equipo de radio, situado en el domicilio del cliente, es muy similar al de un punto de acceso Wi-Fi y está preparado para ser instalado fácilmente. Una conexión Ethernet permite conectar el equipo con un módem ADSL o de cable para enlazar con la red celular del operador a través de la conexión a Internet del abonado. De este modo, el operador consigue extender el alcance de su red en el interior del edificio aprovechándose de la conexión a Internet del cliente, mientras que este último se beneficia de una mejor calidad de las comunicaciones con unos costes más reducidos. Se trata pues de un claro ejemplo de convergencia fijo-móvil, donde a diferencia de otras arquitecturas, en este caso no se requiere ningún terminal dual sino que pueden utilizarse los mismos teléfonos 3G de que se dispone.
Tecnologia2Ahora bien, la instalación de una femtocelda en el hogar del cliente implica toda una serie de cuestiones que no pueden obviarse. En primer lugar resulta importante conocer la localización geográfica del equipo por diversos motivos, entre ellos para poder cursar adecuadamente las llamadas de emergencia o realizar una correcta planificación de las potencias y canales de RF con el fin de evitar interferencias. En particular, un operador puede disponer de diferentes canales de RF, e incluso bandas del espectro, en zonas geográficas adyacentes, por lo que resulta fundamental el conocimiento de la posición de la femtocelda para evitar interferencias con la macrocelda del mismo operador o de otros. Entre las posibilidades utilizadas habitualmente para la localización de usuarios móviles se encuentra el GPS o la triangulación de estaciones base, pero evidentemente ninguno de estos métodos funciona en interiores. Otra posibilidad es utilizar la dirección IP de la conexión a Internet, pero esto no resulta siempre fiable salvo en el caso de operadores que ofrezcan simultáneamente servicios fijos y móviles y puedan tener control sobre ello. A esto se une además el problema de que los clientes pueden llevarse consigo el equipo de un lugar a otro, aunque los operadores insisten en que no se haga, lo que dificulta enormemente el proceso de localización. Un ejemplo sería que clientes residenciales se llevaran los equipos a oficinas u otros lugares donde aplican diferentes tarifas para las llamadas. Como caso extremo, el desplazamiento de una femtocelda entre fronteras internacionales causaría muy probablemente una violación de las licencias de uso del espectro.

Tecnologia3Otro aspecto que preocupa a los operadores es el de la calidad de servicio (QoS) experimentada por los usuarios. Como se ha demostrado en múltiples pruebas piloto, la baja potencia de radiación de las femtoceldas provoca que muchos teléfonos móviles operen cerca del límite de cobertura, lo que aumenta la probabilidad de fallos en las comunicaciones si la extensión de la casa es grande o con varias plantas. A esto se une además que la conexión a Internet se comparte con las llamadas de voz, las cuales requieren una capacidad mínima de 500 kbit/s con muy bajo retardo. De hecho, se ha comprobado que las llamadas pueden llegar a cortarse cuando algún miembro de la familia se conecta a Internet para descargarse un vídeo con gran requisito de ancho de banda. Nuevamente, sólo los operadores que proporcionan servicios combinados fijo-móvil pueden arbitrar mecanismos para coordinar el uso de Internet con las femtoceldas y asegurar un QoS mínimo. Si tenemos en cuenta que los últimos teléfonos 3G anuncian capacidades de 2 Mbit/s, y que el acceso a estos servicios en el hogar resulta prioritario, los operadores deben realizar una importante labor para asegurar que los compromisos de calidad se mantienen en las femtoceldas.

Mercado y dispositivos
Podemos decir que Sprint es la compañía que ha implantado el servicio de las femtoceldas de forma más satisfactoria. Su servicio, llamado Airave, se está usando ya en multitud de hogares de los Estados Unidos. El dispositivo, fabricado por Samsung, cuesta del orden de 100 dólares que se repercuten directamente sobre el abonado final, aunque la compañía ofrece planes de llamadas que permiten un importante ahorro en la factura mensual. En la figura 2 se muestra una fotografía del dispositivo junto con un esquema que permite apreciar la sencillez de su instalación por parte del abonado.
En el caso de Europa múltiples operadores continúan realizando pruebas piloto de femtoceldas, destacando especialmente Vodafone y O2. Las previsiones apuntan a que en corto espacio de tiempo anunciarán los primeros productos y planes de llamadas. Como ejemplo, la compañía inglesa Ubiquisys ha lanzado recientemente el producto ZoneGate que se muestra en la figura 3. Entre sus pincipales características, podemos enumerar las siguientes:

- Conexión a las redes de los operadores móviles según protocolos IMS (SIP) o RAN Gateway (Iu).
- Futura migración al estándar 3GPP Iu-h de femtoceldas.
- Monitorización continua de las macroceldas GSM y UMTS vecinas para adaptarse al entorno.
- Algoritmos de optimización de potencia de salida, frecuencia y codificación pseudoaleatoria para asegurar cobertura y minimizar interferencias.
- Hand-over transparente entre la femtocelda y la red del operador.
- Soporta HSPA con tasas de bajada de 7,2 Mbit/s y hasta cuatro conexiones simultáneas de usuarios de voz o datos.
- Tráfico de voz y señalización multiplexados, priorizados y encriptados según IPSEC.
- Arquitectura de servicios Web 2.0.
Según el ranking elaborado por la consultora ABI Research en mayo de 2008, Ubiquisys ocupaba el primer lugar entre los vendedores de femtoceldas en base a criterios de implementación de producto e innovación. El resto de compañías se detallan en la Tabla I. Concretamente, se prevé que el mercado de las femtoceldas tenga una evolución económica como la mostrada en la figura 4, superando los 1000 millones de dólares en 2012.

Tecnologia5Hasta el momento nos hemos centrado en el caso de las femtoceldas 3G, si bien no es la única opción. Por ejemplo, el operador americano Comcast prevé desplegar femtoceldas WiMAX en el segundo semestre de 2009. Los equipos se utilizarán igualmente para extender la cobertura en el interior de los edificios, al tiempo que enrutar las llamadas VoIP sobre la red de cable del operador. Dado que el operador ofrece servicios de HDTV, VoIP e Internet de banda ancha (triple-play), en este caso la femtocelda WiMAX permite ofrecer movilidad en el hogar. El fabricante de chips picoChip dispone de toda una serie de módulos de referencia configurables por software para el desarrollo de femtoceldas 3G y WiMAX. En este último caso, el diseño de referencia PC8530 proporciona la implementación IEEE 802.16e OFDMA PHY y MAC inferior (figura 5). Este diseño puede actualizarse al PC8532 para soportar WiMAX Wave 2 y IO-MIMO.
Es evidente que durante los próximos años las tecnologías 3G y WiMAX van a competir fuertemente en la red de acceso. Todavía es pronto para augurar un desenlace, aunque probablemente se llegue a una solución de compromiso donde ambas tecnologías se complementen dependiendo del servicio o aplicación y del tipo de usuario final.

 

Más información o presupuesto

 

Francisco Ramos Pascual. Doctor Ingeniero de Telecomunicación. Profesor Titular de la Universidad Politécnica de Valencia.

 

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