1xEVDO y HSDPA/HSPA son las evoluciones de los estándares de 3G para proveer servicios de datos sobre una red originalmente concebida para servicios de voz móviles. Estas mejoras al sistema 3G han sido originadas de la experiencia de los
proveedores del servicio, por otra parte WiMAX fue inicialmente desarrollada para dar acceso de banda ancha inalámbrico fijo y esta optimizada para servicios de datos en banda ancha. De forma similar a los sistemas 3G, WiMAX para poder responder al reto de soportar la movilidad, ha tenido que evolucionar desde sus preceptos originales diseñados para un acceso inalámbrico fijo a un entorno móvil con el estándar IEEE 802.16e.
Se espera que todas estas tecnologías interactúen juntas en un corto o mediano plazo. El sistema 1xEVDO Rev 0 fue inicialmente lanzado en Korea y Japón en el año 2003 seguido por grandes desarrollos en los siguientes dos años. El estándar de 1xEVDO- Rev A fue aprobado en marzo de 2004 y el lanzamiento comercial de este sistema se llevó a cabo en el año 2005. El primer desarrollo comercial fue anunciado en diciembre de 2005. Se espera que WiMAX móvil se llegue a implementar en el año 2007.
En esta sección se pretende hacer una comparación entre el desempeño de WiMAX móvil con tecnologías 3G contemporáneas, como lo son EVDO y HSPA.
Para tener una comparación cuantitativa del desempeño de los sistemas WiMAX móvil, EVDO y HSPA en este trabajo se hace referencia al documento “Mobile WiMAX – Part II: A Comparative Análisis [7]” del WiMAX Forum, este se utiliza una metodología de evaluación basada en los parámetros dados por el 3GPP “Third Generation Partnership Project” y el 3GPP2 “Third Generation Partnership Project 2”. Así mediante simulaciones por computadora se puede obtener una estimación del desempeño de los sistemas. Hay que recordar que hasta la fecha de este trabajo no existe ninguna red WiMAX móvil implementada y no se espera que establezca alguna hasta el año 2007.
Los parámetros de la simulación son similares excepto por lo siguiente:
EVDO y HSPA son implementaciones que utilizan FDD operando sobre una portadora de frecuencia 2.0 GHz mientras que WiMAX móvil utiliza TDD a una frecuencia de 2.5 GHz.
HSPA opera sobre 2 canales FDD de 5 MHz, y 1xEVDO-Rev A opera sobre 2 canales FDD de 1.25 MHz mientras que WiMAX móvil utiliza TDD sobre un canal de 10 MHz.
La simulación de desempeño esta basada en la propagación y en la combinación de modelos de diversos ambientes, estos modelos se resumen en la tabla 4.2.
Tabla 4.2 Modelos de canales multicamino utilizados por el WiMAX forum para la simulación de desempeño. [11]
Modelo del
canal Número de caminos Velocidad usuarios por Número de sector Modelo A 1 3 km/hr 3 Modelo B 3 10 km/hr 3 Modelo C 2 30 km/hr 2 Modelo D 1 120 km/hr 1 Modelo E 1 km/hr 1
En cuanto al desempeño de los sistemas la figura 4.1 muestra una comparación del rendimiento en términos de la velocidad de la red y la figura 4.2 muestra una comparación de la eficiencia espectral entre WiMAX móvil, EVDO y HSPA.
EVDO-Rev A utiliza una única portadora de 1.25 MHx. Para EVDO-Rev B, el cual soporta capacidad multiportadora, se utilizó una implementación de 3 portadoras para tener una comparación más directa con HSPA y WiMAX móvil con respecto al espectro ocupado.
EL desempeño de WiMAX se muestra para una proporción de DL/UL de 1:1 y 3:1 para mostrar el beneficio de TDD. Esto representa el rango proporciones de DL contra UL soportados por “WiMAX Release-1profile”. WiMAX móvil puede ajustar dinámicamente la relación entre el DL y UL debido al uso de TDD, dando una gran flexibilidad y avances en el soporte de varios tipos de tráfico de banda ancha. En contraste los sistemas EVDO y HSPA están basados en FDD, por tanto la relación entre UL y DL es asimétrica y fija.
Como se puede observar en las figuras 4.1 y 4.2 las simulaciones muestran que aún utilizando el sistema de antenas SIMO (“Single Input Multiple Output” Única Entrada Múltiples Salidas) WiMAX móvil supera a EVDO y HSPA en el mismo espectro ocupado. WiMAX móvil proporciona un capacidad de 28% a un 96% más comparado con EVDO REv B y de un 52% a un 133% más comparado con HSPA dependiendo de la razón entre el DL/UL.
Tabla 4.3 Comparación de desempeño realizada por el WiMAX forum. [11]
Parámetro EVDO Rev
A EVDO Rev B HSDPA HSPA WiMAX móvil
Duplex FDD FDD FDD FDD TDD Espectro Ocupado (MHz) 2.5 10 10 10 10 DL 1.25 5 5 5 DL/UL = 3 Ancho de banda del canal (MHz) UL 1.25 5 5 5 DL 0.85 0.93 0.78 0.78 1.91 Eficiencia espectral (bps/Hz) UL 0.36 0.28 0.14 0.3 0.84 DL 1.06 4.65 3.91 3.91 14.1 Velocidad de la red por sector (Mbps) DL 0.45 1.39 0.7 1.5 2.2
En estas simulaciones se utilizaron 11 símbolos de encabezado para el control del canal, que representa una aproximación conservadora ya que para la mayoría de aplicaciones de datos el tráfico es muy alto y WiMAX móvil bajo estas condiciones puede típicamente operar con menores encabezados y así lograr una mayor eficiencia espectral que los valores que se presentan en la tabla 4.3. Sin embargo el WiMAX forum cree que con un sistema WiMAX móvil optimizado y con una alta demanda de tráfico, la eficiencia espectral y la capacidad pueden llegar a incrementarse entre de un 20% y un 30%.
Con la adición de los sistemas de antenas MIMO (“Multiple Input Multiple Output” Múltiples Entradas Múltiples Salidas) el desempeño de la eficiencia espectral para Wimax
será de 3 veces mejor que los sistemas 3G, con una razón de 3 :1 entre el DL y el UL, la capacidad del DL en un sector será incluso mayor a 18 Mbps y más de 2.8 Mbps para el UL en un sector. Esta alta eficiencia espectral combinada con anchos de banda de canales de hasta 20 MHz ofrece una gran capacidad por sector para los sistemas WiMAX Móvil comparadas con los sistemas 3G, permitiendo la multiplexación de datos y una baja latencia. Esto es importante ya que son requisitos esenciales para ofrecer servicios de banda ancha móviles como datos, video y VoIP.
Las simulaciones muestran que WiMAX móvil tiene una clara ventaja sobre los sistemas mejorados de 3G tanto en la eficiencia espectral como en la tasa de datos por sector en ambas direcciones UL y DL. Adicionalmente, WiMAX móvil tiene un QoS superior y ofrece a los operadores gran flexibilidad con la implementación de los “Service Level Agreements” para así satisfacer la gran variedad de requerimientos de los usuarios. Desde una perspectiva de desempeño WiMAX móvil puede brindar un desempeño como el de las tecnologías DSL y cable en un ambiente móvil. Este es un requerimiento esencial para el éxito de esta tecnología ya que apunta a desarrollar servicios de banda ancha móvil, incluyendo desde juegos interactivos en tiempo real, VoIP, navegación en web, y transferencias de archivos.
Otros beneficios de WiMAX sobre 3G incluyen que es un estándar abierto por lo que no hay que pagarle regalías a compañías propietarias de las tecnologías, y que cuenta con el apoyo de muchas compañías líderes de la industria como Intel.
Los avances en la eficiencia espectral de móvil WiMAX resultan en una menor cantidad de estaciones base para lograr una densidad datos deseada en un área, en el ejemplo de la figura 4.3, se muestra una comparación entre el número de estaciones base requeridas para lograr una densidad en el DL de 215 kilobytes por segundo por kilómetro cuadrado sobre un área de cobertura de 129 km cuadrados. Una menor cantidad de estaciones base reduce en gran medida los costos iniciales de la red, además con una menor cantidad de quipo se reducen los costos por mantenimiento de la red.
Figura 4.3 Cantidad estaciones base requeridas para proveer una densidad de datos requerida[2].
Sin embargo hay que aclarar que aún cuando WiMAX móvil puede soportar VoIP, no pretende remplazar o competir con las tecnologías celulares de segunda y tercera
cobertura que los servicios de vos requieren y que la infraestructura de WiMAX no esta diseñada para dar (ver figura 4.4). Las redes de tercera generación cubren muchas de las áreas urbanas pero no van a ser capaces de ofrecer la suficiente capacidad de transmisión datos a las nuevas y exigentes aplicaciones de datos. Por lo que WiMAX móvil coexistirá e ínter operará con tecnologías existentes y emergentes tanto inalámbricas como cableadas.
Figura 4.4 Coberturas de WiFI, WiMAX, 2G y 3G[12]