Comunicaciones inalámbricas: wifi-wimax

Marzo 2009 Iñaky Gilbaja

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Un poco de historia 1/28/2012 © Copyright Alvarion Ltd.

El comienzo de la tecnología Las tecnologías de comunicaciones inalámbrica de banda ancha de espectro ensanchado aparecen por primera vez a principios de los 90. En 1997 el IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos) define el estándar 802.11 con unas velocidades de transmisión de entre 1 y 2 Mbps en la banda de frecuencia de 2.4 GHz. En 1999 el IEEE aprobó los estándar 802.11a y 802.11b. Posteriormente en Junio de 2003 aparece el estándar 802.11g. A comienzos del 2004 el IEEE empezó a desarrollar un nuevo estándar (8002.11n) que alcanzaría velocidades de hasta 600 Mbps. El proyecto ha sufrido varios retrasos y actualmente están apareciendo las primeras unidades en el mercado. La evolución del mismo puede seguirse en la siguiente web: http://grouper.ieee.org/groups/802/11/Reports/tgn_update.htm

El comienzo de la tecnología En el año 1999 algunas de las empresas líderes en soluciones inalámbricas (3com, Airones, Intersil, Lucent Technologies, Nokia y Symbol Technologies) crearon una asociación conocida por WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance). El objetivo de la WECA era proponer un estándar que garantizase la interoperabilidad de los diferentes fabricantes de tecnología inalámbrica. En el año 2002 la asociación WECA estaba formada por casi 150 miembros y en el año 2003 pasó a denominarse Wi-Fi Alliance. La Wi-Fi Alliance se encarga en la actualidad de homologar todos los productos de los estándares 802.11a, 802.11b, 802.11g y 802.11n. En la actualidad la Wi-Fi Alliance agrupa a la mayor parte de los grandes fabricantes de tecnología inalámbrica: http://www.wifi.org/our_members.php

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Conceptos de ondas 1/28/2012

Conceptos básicos Onda sinusoidal (o senoidal): es la forma más común de una señal analógica periódica. Frecuencia (f): representa el número de veces que la señal se repite en un periodo de tiempo. Se mide en Hertzios o ciclos por segundo. bits por segundo (bps) : número de estados discretos (0 o 1) por segundo que es capaz de transmitir una onda. Perido (T): tiempo que transcurre entre dos repeticiones consecutivas de la señal.

Pregunta: tenemos una onda sinusoidal con una frecuencia de 2 MHz de tal forma que en cada periodo se representa un bit, ¿Cuál es su velocidad de transmisión?

Conceptos básicos SOLUCIÓN: T=1/f en este caso T=0.05 microsegundos sabemos que en cada periodo se transmite 1 bit es decir, cada 0.05 microsegundos se transmite 1 bit por tato en 1 segundo se transmite 20000 bits velocidad de transmisión=20Mbps

Conceptos básicos Una onda sinusoidal simple de frecuencia única no es demasiado útil para transmitir datos. Se hace necesario usar una señal compuesta: señal compuesta de varias ondas sinusoidales simples. Las señales compuestas son las que realmente vamos a encontrarnos en las trasmisiones inalámbricas Espectro: conjunto de señales que componen una señal compuesta. Ancho de banda: rango de frecuencias contenido en una señal compuesta.

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802..11 802 1/28/2012

El estándar 802.11 original Aprobado por el IEEE en 1997. El estándar 802.11 define las capas física y de enlace de datos del modelo OSI para las conexiones inalámbricas. Opera en la banda del espectro de 2.4 GHz. Utiliza técnicas de modulación DSSS (Espectro Ensanchado por Secuencia Directa), FSSS (Espectro ensanchado por salto de frecuencia) e infrarrojos. Consigue velocidades de 1 y 2 Mbps (a nivel físico). El throughput efectivo es del 50%: capa 2 poco eficiente. La poca eficiencia de la capa de enlace está presente en todos los estándares 802.11x.

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802..11a 802 11a 1/28/2012

802.11a características Aprobado en Septiembre de 1999 por el IEEE. Opera en la banda del espectro de 5GHz con un ancho de banda de 20 MHz. Utiliza técnicas de modulación OFDM ( Orthogonal Frecuancy Division Multiplexing): Multiplexación por división en frecuencias octogonales. En OFDM el emisor utiliza varias portadoras dividiendo la transmisión entre cada una de ellas. En IEEE 802.11a, se utilizan 64 portadoras 48 de las portadoras se utilizan para enviar la información, 4 para sincronización y 12 están reservados para otros usos. Cada portadora está separada 0.3125 MHz de la siguiente, ocupando un ancho de banda total de 0.3125x64=20 MHz. Soporta 8 canales no solapados.

802.11a canales y frecuencias

802.11a pros y contras Ventajas: No es demasiado afectado por las interferencias. Alta capacidad de transmisión: velocidades de 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 y 54 Mbps (a nivel físico) dependiendo de la cobertura. A nivel ethernet el throughput no sobrepasa los 25 Mbps (capa MAC poco eficiente). Soporta 8 canales no solapados

Desventajas: Radio de cobertura reducido: entre 30 y 50 metros. Problemas de atenuación a la hora de atravesar obstáculos (muros u objetos). Para funcionar a buen rendimiento requiere línea de vista. No es compatible con los estándares 802.11b y 802.11g (ampliamente extendidos). Es más caro al estar menos extendido.

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802..11b 802 11b 1/28/2012

802.11b características Aprobado en Septiembre de 1999 por el IEEE. El estándar 802.11b es una extensión del 802.11 original. Opera en la banda del espectro de 2.4 GHz con un ancho de banda de 22 MHz. Utiliza técnicas de modulación DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum): espectro directo de la extensión de la secuencia. También conocido como DS-CDMA. DSSS podría entenderse como una multiplexión en frecuencia. 802.11b soporta cambios dinámicos de velocidad para poder ajustarse a condiciones de ruido. Soporta solamente 3 canales no solapados.

802.11b canales y frecuencias

802.11b pros y contras Ventajas: Amplio radio de cobertura: entre 50 y 100 metros (a menor frecuencia obtenemos mayor alcance). Los dispositivos 802.11b son compatibles con el anterior equipamiento DSSS especificado en estándar 802.11 original y con 802.11g. Tiene menos problemas de atenuación que el estándar 802.11a a la hora de atravesar obstáculos. No necesita línea de vista para tener un buen rendimiento. Equipamiento más barato, al ser un estándar más extendido.

Desventajas: Baja capacidad de transmisión: velocidades de transmisión de 1, 2, 5.5 y 11 Mbps (a nivel físico) dependiendo de la cobertura. A nivel ethernet el throughput oscila entre 5 y 6 Mbps (capa MAC poco eficiente). El solapamiento entre canales contiguos hace que solo puedan coexistir 3 canales no solapados (sin interferencias entre ellos). Es más afectado por las interferencias que 802.11a.

802.11b solapamiento de canales

802.11g características Aprobado en Junio del 2003 por el IEEE. Se considera una evolución del estándar 802.11b. Opera en la banda del espectro de 2.4 GHz con un ancho de banda de 22 MHz. Utiliza técnicas de modulación OFDM y DSSS. Combina lo mejor de 802.11a y 802.11b. Es compatible con el estándar 802.11b (ampliamente extendido). Comparte tabla de frecuencias y canales con 802.11b. Por tanto, hereda el problema de solapamiento. Soporta velocidades de 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 y 52 Mbps (a nivel físico). A nivel ethernet no supera los 27-30 Mbps.

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Comparativa 802.11x 1/28/2012

Comparando 802.11x

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Aspectos legales 802.11x 1/28/2012

802.11x aspectos legales Los estándar 802.11a, 802.11b y 802.11g trabajan en bandas no licenciadas: 2.4 GHz y 5GHz son bandas libres en España. En España la potencia máxima permitida de emisión para la banda de 2,4GHz es de 100mW (20dB) y para la banda de 5GHz es de 1W (30dB) debido a la baja penetración de esta frecuencia. Por otro lado, si una red wireless se construye con el fin de comercializar algún servicio de comunicaciones electrónicas, como proporcionar un acceso a Internet, le sería de aplicación la Ley General de Telecomunicaciones, 32/2003, de 3 de noviembre de 2003: http://civil.udg.edu/normacivil/estatal/contract/L32-03.htm

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802..16 Wimax 802 1/28/2012

El primer estándar 802.16 El estándar original 802.16 fue publicado por el IEEE en Diciembre de 2001 y también se le conoce como 802.16-2001. Este primer estándar trabajaba en el rango de frecuencias de 10GHz a 66GHz con una velocidad máxima de 134 Mbps en celdas de 3 a 8 kilómetros. Uno de los inconvenientes de este primer estándar es que requería línea de visión directa. El foro WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) se fundó en 2001 por Esemble, Nokia, Harri y Cross Span. En Abril de 2002 el OFDM Forum solicitó ser miembro y fue aceptado, siendo el quinto miembro del Forum. En 2003 se creó una gran expectación en torno a esta nueva tecnología lo que incrementó el número de empresas interesadas en formar parte del foro. Entre los primeros miembros del WiMAXforum se incluían Airspan, Avarion, Aperto, Intel y Wi-LAN. Actualmente dentro del foro se encuentran aproximadamente unas 250 empresas. http://www.wimaxforum.org/about/member-roster

Evolución del estándar Posteriormente a la publicación del estándar original 802.16 hubo nuevas revisiones y publicaciones de estándares 802.16a (año 2003): Extensión del estándar para trabajar en bandas de 2 a 11 GHz Elimina la restricción de línea de vista.

802.16d (año 2004): Extensión del 802.16 y 802.16a para añadir los perfiles aprobados por el WiMAX Forum.

802.16e (año 2005): Extensión del 802.16d con mejoras en las capas físicas y de control de enlace para añadir movilidad (suscriptores móviles). La banda de frecuencias está entre 2 y 6 GHz.

Diferencias entre Wi-FI y WiMAX Las diferencias son abundantes y notables. No obstante remarcaremos las siguientes: WiMAX soporta QoS efectivo (fundamental para distribuir contenidos multimedia en tiempo real o VoIP). IEEE 802.16 permite la asignación de atributos de calidad de servicio a cada uno de los flujos de tráfico entre la estación cliente y el punto de acceso. WiMAX soporta OFDM con 256 portadoras frente a las 64 de Wi-Fi. WiMAX cuenta con una capa MAC eficiente. WiMAX opera en bandas licenciadas (en España opera en la banda de 3.5 GHz) WiMAX cuenta con un ancho de banda variable para cada canal (entre 1.5 y 20 MHz) El rango y cobertura de WiMAX es muy superior al de Wi-Fi.

802.11 vs 802.16

Gracias

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