Comunicaciones inalámbricas de banda ultra ancha
UWB (Ultra Wide Band) es una tecnología inalámbrica emergente capaz de proporcionar velocidades muy elevadas de transmisión de datos a costes relativamente reducidos, utilizando muy baja potencia. Esta tecnología se inscribe en el contexto de las comunicaciones inalámbricas para distancias cortas, donde ofrece un gran potencial a largo plazo para formar redes de área personal o PAN (Personal Area Networks). Así, aparece como una alternativa o complemento a sistemas inalámbricos como Bluetooth.
UWB conforma un sistema de pulsos extremadamente rápidos (cortos) y de muy baja potencia que transmiten información en un cierto intervalo de frecuencias, con lo que se consigue una reutilización del espectro, que proporciona un ancho de banda extraordinariamente elevado. Su punto fuerte fundamental es que permite transmitir millones de pulsos por segundo; en concreto, se han conseguido 1,25 millones de bits por segundo en distancias de aproximadamente 75 metros con sólo en torno a 0,25 milivatios de potencia. Como no presenta la atenuación de Rayleigh típica de las ondas continuas en la propagación radio convencional, no se tiene que compensar dicha atenuación con un aumento de la potencia. Además, presenta características GPS, dado que es capaz de identificar la posición de un objeto sobre la Tierra, a lo que se une su carácter rádar, que permite penetrar dentro de superficies. Esta característica le hace extremadamente útil para aplicaciones de emergencia, como, por ejemplo, la localización de personas bajo restos de catástrofes.
Esta tecnología constituye un ejemplo claro del nuevo paradigma tecnológico basado en convergencia y efecto pluridisciplinar, factores clave en todo el entorno tecnológico y científico actual. De hecho, UWB surge de la idea de tres empresas de distinta actividad tecnológica: comunicaciones (Time Domain), rádar (US Rádar) y tecnología de imagen (Circon). Su origen se remonta a mediados de los años 80, aunque hasta los 90 no comienzan las actividades de I+D propiamente dichas. En cualquier caso, aunque con indudables perspectivas de futuro, la tecnología UWB como alternativa para soportar redes de área personal todavía se encuentra en su primera etapa, debido fundamentalmente a que la fase de normalización no está completada, la existencia de diferentes variantes y al escaso apoyo regulatorio. UWB sufre en este contexto la problemática general asociada a las redes de área personal en términos de mercado real, una problemática que en el caso de UWB aumenta debido a la incertidumbre tecnológica.
En este escenario de controversias e incertidumbre, es de esperar que UWB sufra las posibles consecuencias de oposición por parte de los operadores tradicionales y de incertidumbre tecnológica y de mercado de una forma más cruenta aún que las tecnologías PAN más asentadas, como Bluetooth. Pero la actividad en torno a esta tecnología continua incesante por sus excelentes características, aun cuando su completa explotación se contemple a un más largo plazo. De hecho, la FCC (Federal Communication Comission) sigue emitiendo resoluciones sobre UWB; ya, a mediados del pasado año 2000, aceptó una propuesta para trabajar en el ámbito comercial. Además, la Oficina de Investigación Naval de Estados Unidos lanzó una convocatoria de propuestas para establecer la conformidad de estos sistemas con la norma IEEE 802.11. Por otra parte, la actividad en I+D e industrial continúa de una manera incesante y en muchos casos excitante.
PRINCIPIOS TECNOLOGICOS
Un sistema UWB es, en esencia, un sistema con un ancho de banda mayor que el 25% de su frecuencia central, o bien mayor que 1,5 GHz. Se basa en la emisión de pulsos muy cortos con tiempos de subida abruptos, siendo el hecho de que estos pulsos sean muy estrechos lo que da lugar a su gran ancho de banda. Y, como la potencia radiada es muy baja, no resulta adecuada para comunicaciones de largo alcance. A este respecto, hay que subrayar que el concepto de pulso corto no está necesariamente asociado a transmisión a lo largo de grandes distancias como sucede en los sistemas de rádar.
El hecho de que la duración de los pulsos sea extremadamente corta y que la energía de los mismos sea muy reducida implica la creación de campos eléctricos de intensidad elevada. Esto está estrechamente relacionado con los criterios de diseño de sistemas UWB relativos a soluciones de compromiso entre eficiencia de ancho de banda, potencia máxima de transmisión reducida, bajo nivel de complejidad, flexibilidad para mantener múltiples velocidades para transmisión de datos y nivel de prestaciones expresado en probabilidad de error de bit.
EN EL CONTEXTO INALAMBRICO
Hablando en términos generales, se puede afirmar que las tecnologías de comunicaciones inalámbricas para distancias cortas se dividen en dos amplias categorías pero con cierto solapamiento mutuo: PAN y LAN. En las tecnologías PAN inalámbricas, hay que destacar el hecho de que el coste y el consumo de potencia son bajos a expensas de la distancia de cobertura y de la velocidad máxima de transmisión. En este tipo de aplicaciones, un enlace inalámbrico de corta longitud (típicamente por debajo de 10 metros) es el que conecta los diferentes equipos situados en esta área de cobertura.
De las LAN inalámbricas hay que subrayar la elevada velocidad máxima de transmisión alcanzada en este tipo de redes con una distancia de cobertura considerablemente superior a la de las PAN. Estas prestaciones de velocidad y cobertura se consiguen a expensas de coste y consumo de potencia.
A continuación, vamos a comparar la tecnología UWB con las tecnologías IEEE 802.11b, Bluetooth e IEEE 802.11a. IEEE 802.11b, al igual que las otras dos tecnologías mencionadas, se caracteriza por un alcance de 100 metros en el espacio libre. Ciertos estudios revelan que tres sistemas IEEE 802.11b pueden funcionar sin interferencia mutua, en un círculo de 100 metros de radio, proporcionando cada uno una velocidad máxima de transmisión (a través del espacio libre) de 11 Mbps, lo que da lugar a una velocidad total de 33 Mbps, que, dividida por el área del círculo, da una capacidad espacial de 1 Kbps por metro cuadrado aproximadamente.
Bluetooth, en su modalidad de baja potencia, proporciona una velocidad máxima de 1 Mbps para un alcance de 10 metros y teniendo en cuenta que al menos 10 pico-redes Bluetooth pueden funcionar simultáneamente en el mismo círculo de 10 metros de radio con degradación mínima, es fácil ver que la velocidad máxima total disponible es de 10 Mbps que, dividida por el área del círculo, da una capacidad espacial de alrededor de 30 Kbps por metro cuadrado.
IEEE 802.11a proporciona un alcance de 50 metros y una velocidad máxima de 54 Mbps, con posibilidad de 12 sistemas IEEE 802.11a funcionando simultáneamente sin interferencia mutua. Esto da lugar a una velocidad máxima total de 648 Mbps que, dividida por el área del círculo cuyo radio vale 50 metros, da una capacidad espacial de aproximadamente 83 Kbps por metro cuadrado.
Finalmente, un sistema UWB típico proporciona, para un alcance de 10 metros, una velocidad máxima de algo más de 50 Mbps con posibilidad de al menos 6 sistemas funcionando al mismo tiempo con mínima degradación. Esto da lugar a una velocidad máxima total de algo más de 300 Mbps que, dividida por el área del círculo cuyo ra
UWB conforma un sistema de pulsos extremadamente rápidos (cortos) y de muy baja potencia que transmiten información en un cierto intervalo de frecuencias, con lo que se consigue una reutilización del espectro, que proporciona un ancho de banda extraordinariamente elevado. Su punto fuerte fundamental es que permite transmitir millones de pulsos por segundo; en concreto, se han conseguido 1,25 millones de bits por segundo en distancias de aproximadamente 75 metros con sólo en torno a 0,25 milivatios de potencia. Como no presenta la atenuación de Rayleigh típica de las ondas continuas en la propagación radio convencional, no se tiene que compensar dicha atenuación con un aumento de la potencia. Además, presenta características GPS, dado que es capaz de identificar la posición de un objeto sobre la Tierra, a lo que se une su carácter rádar, que permite penetrar dentro de superficies. Esta característica le hace extremadamente útil para aplicaciones de emergencia, como, por ejemplo, la localización de personas bajo restos de catástrofes.
Esta tecnología constituye un ejemplo claro del nuevo paradigma tecnológico basado en convergencia y efecto pluridisciplinar, factores clave en todo el entorno tecnológico y científico actual. De hecho, UWB surge de la idea de tres empresas de distinta actividad tecnológica: comunicaciones (Time Domain), rádar (US Rádar) y tecnología de imagen (Circon). Su origen se remonta a mediados de los años 80, aunque hasta los 90 no comienzan las actividades de I+D propiamente dichas. En cualquier caso, aunque con indudables perspectivas de futuro, la tecnología UWB como alternativa para soportar redes de área personal todavía se encuentra en su primera etapa, debido fundamentalmente a que la fase de normalización no está completada, la existencia de diferentes variantes y al escaso apoyo regulatorio. UWB sufre en este contexto la problemática general asociada a las redes de área personal en términos de mercado real, una problemática que en el caso de UWB aumenta debido a la incertidumbre tecnológica.
En este escenario de controversias e incertidumbre, es de esperar que UWB sufra las posibles consecuencias de oposición por parte de los operadores tradicionales y de incertidumbre tecnológica y de mercado de una forma más cruenta aún que las tecnologías PAN más asentadas, como Bluetooth. Pero la actividad en torno a esta tecnología continua incesante por sus excelentes características, aun cuando su completa explotación se contemple a un más largo plazo. De hecho, la FCC (Federal Communication Comission) sigue emitiendo resoluciones sobre UWB; ya, a mediados del pasado año 2000, aceptó una propuesta para trabajar en el ámbito comercial. Además, la Oficina de Investigación Naval de Estados Unidos lanzó una convocatoria de propuestas para establecer la conformidad de estos sistemas con la norma IEEE 802.11. Por otra parte, la actividad en I+D e industrial continúa de una manera incesante y en muchos casos excitante.
PRINCIPIOS TECNOLOGICOS
Un sistema UWB es, en esencia, un sistema con un ancho de banda mayor que el 25% de su frecuencia central, o bien mayor que 1,5 GHz. Se basa en la emisión de pulsos muy cortos con tiempos de subida abruptos, siendo el hecho de que estos pulsos sean muy estrechos lo que da lugar a su gran ancho de banda. Y, como la potencia radiada es muy baja, no resulta adecuada para comunicaciones de largo alcance. A este respecto, hay que subrayar que el concepto de pulso corto no está necesariamente asociado a transmisión a lo largo de grandes distancias como sucede en los sistemas de rádar.
El hecho de que la duración de los pulsos sea extremadamente corta y que la energía de los mismos sea muy reducida implica la creación de campos eléctricos de intensidad elevada. Esto está estrechamente relacionado con los criterios de diseño de sistemas UWB relativos a soluciones de compromiso entre eficiencia de ancho de banda, potencia máxima de transmisión reducida, bajo nivel de complejidad, flexibilidad para mantener múltiples velocidades para transmisión de datos y nivel de prestaciones expresado en probabilidad de error de bit.
EN EL CONTEXTO INALAMBRICO
Hablando en términos generales, se puede afirmar que las tecnologías de comunicaciones inalámbricas para distancias cortas se dividen en dos amplias categorías pero con cierto solapamiento mutuo: PAN y LAN. En las tecnologías PAN inalámbricas, hay que destacar el hecho de que el coste y el consumo de potencia son bajos a expensas de la distancia de cobertura y de la velocidad máxima de transmisión. En este tipo de aplicaciones, un enlace inalámbrico de corta longitud (típicamente por debajo de 10 metros) es el que conecta los diferentes equipos situados en esta área de cobertura.
De las LAN inalámbricas hay que subrayar la elevada velocidad máxima de transmisión alcanzada en este tipo de redes con una distancia de cobertura considerablemente superior a la de las PAN. Estas prestaciones de velocidad y cobertura se consiguen a expensas de coste y consumo de potencia.
A continuación, vamos a comparar la tecnología UWB con las tecnologías IEEE 802.11b, Bluetooth e IEEE 802.11a. IEEE 802.11b, al igual que las otras dos tecnologías mencionadas, se caracteriza por un alcance de 100 metros en el espacio libre. Ciertos estudios revelan que tres sistemas IEEE 802.11b pueden funcionar sin interferencia mutua, en un círculo de 100 metros de radio, proporcionando cada uno una velocidad máxima de transmisión (a través del espacio libre) de 11 Mbps, lo que da lugar a una velocidad total de 33 Mbps, que, dividida por el área del círculo, da una capacidad espacial de 1 Kbps por metro cuadrado aproximadamente.
Bluetooth, en su modalidad de baja potencia, proporciona una velocidad máxima de 1 Mbps para un alcance de 10 metros y teniendo en cuenta que al menos 10 pico-redes Bluetooth pueden funcionar simultáneamente en el mismo círculo de 10 metros de radio con degradación mínima, es fácil ver que la velocidad máxima total disponible es de 10 Mbps que, dividida por el área del círculo, da una capacidad espacial de alrededor de 30 Kbps por metro cuadrado.
IEEE 802.11a proporciona un alcance de 50 metros y una velocidad máxima de 54 Mbps, con posibilidad de 12 sistemas IEEE 802.11a funcionando simultáneamente sin interferencia mutua. Esto da lugar a una velocidad máxima total de 648 Mbps que, dividida por el área del círculo cuyo radio vale 50 metros, da una capacidad espacial de aproximadamente 83 Kbps por metro cuadrado.
Finalmente, un sistema UWB típico proporciona, para un alcance de 10 metros, una velocidad máxima de algo más de 50 Mbps con posibilidad de al menos 6 sistemas funcionando al mismo tiempo con mínima degradación. Esto da lugar a una velocidad máxima total de algo más de 300 Mbps que, dividida por el área del círculo cuyo ra
