Respuesta corta: 4096-QAM. Ya está.

Pero si has llegado hasta aquí por curiosidad, seguro que este resultado te sabe a poco. Aún puedes preguntarte, por ejemplo, en qué tipo de aplicaciones se utilizan estas modulaciones tan altas, qué capacidad pueden llegar a proveer o qué limitaciones presentan en el uso práctico…

Si es así, sigue leyendo la respuesta “extendida”

Respuesta extendida

La creciente demanda de tráfico está obligando a las redes de comunicación inalámbricas a implementar esquemas de modulación más complejos en el backhaul, especialmente en el ámbito de la tecnología celular, con 5G a la vuelta de la esquina.

Aunque muchos proveedores todavía “no se atreven” a ponerlo en marcha, la modulación de 1024-QAM ya está disponible en las herramientas de diseño; de hecho, algunos fabricantes ya permiten transmitir señales en 4096-QAM. Estas modulaciones tan densas introducen retos nuevos que deben ser resueltos, especialmente en cuanto a la SNR (signal-to-noise ratio), que debe ser incrementada con el objetivo de reducir los posibles efectos no lineales.

Afortunadamente, durante los últimos años hemos visto muchos avances que están permitiendo mejorar tanto la capacidad como la eficiencia espectral. Por ejemplo, la técnica CCDP con XPIC de la que hablábamos en otro artículo, la introducción de la modulación adaptativa (Adaptive Modulation), nuevos canales en nuevas bandas de frecuencia (desde los 38 GHz hasta los 42 GHz e incluso 80 GHz en determinados escenarios). Todo esto se traduce en una mayor disponibilidad de canales con una SNR lo suficientemente alta como para transmitir modulaciones de estas magnitudes.

¿Cuánta información se puede transmitir con modulaciones 2^N-QAM?

Los enlaces de microondas en el backhaul utilizan casi siempre modulación de amplitud en cuadratura o QAM (Quadrature Amplitude Modulation), que modula tanto la amplitud como la fase de una señal. El nivel 2^N-QAM equivale a N bits por símbolo.

Por ejemplo, 6 b/símbolo equivale a una modulación de 64-QAM, y 12 b/símbolo equivale a 4096-QAM. Así, mientras 64-QAM representa 6b de información, 4096-QAM representaría 12b.

¿Qué mejora real introduce cada incremento en el throughput?

El incremento de la capacidad se calcularía con la siguiente fórmula:

(%) = [(nH – nL)/nL] x 100

donde nL es el bit/símbolo más bajo, y nH es el bit/símbolo más alto. Por ejemplo, utilizando como referencia más baja 64-QAM, obtendríamos el siguiente incremento de capacidad para los sucesivos incrementos en la modulación:

La pregunta que alguien puede hacerse en este punto es: ¿hasta dónde puede incrementarse el orden de modulación?

No se puede incrementar la modulación eternamente

En la práctica, el incremento de capacidad disminuye con el aumento de la modulación, por lo que los efectos sobre el throughput son bastante limitados a la postre. Esto significa que la introducción de esquemas mayores de QAM no puede ser un proceso eterno. El coste en la complejidad de los equipos, así como los problemas de ruido y efectos no lineales hacen que no merezca la pena incrementar la modulación por encima de los 1024-QAM o 4096-QAM.

Todo apunta a que ya hemos tocado techo (o estamos cerca) en cuanto este aspecto de las telecomunicaciones radio.

En el futuro, para seguir desarrollando y ampliando las redes de telecomunicación será necesario recurrir a otro tipo de técnicas.

Fuentes:

• QAM Is Rising: 1024QAM And Beyond, http://mwrf.com/systems/qam-rising-1024qam-and-beyond?page=1
• Backhaul Alternatives for HetNet Small Cells, http://mwrf.com/systems/backhaul-alternatives-hetnet-small-cells-part-1
• 8 Questions You Need Answered about Higher-Order QAM Usage, https://blog.aviatnetworks.com/2013/02/22/8-questions-you-need-answered-about-higher-order-qam-usage/

La entrada ¿Cuál es la Modulación Digital más alta en comunicaciones RF? se publicó primero en BorrowBits.

Hace unos meses os contábamos que existe, por así decirlo, un paso intermedio entre 4G y 5G que ya está empezando a comercializarse con el nombre de VoLTE (Voice over LTE). En resumen, este protocolo permite realizar llamadas de voz directamente sobre datos.  El principio de funcionamiento es similar a VoIP tradicional, con la salvedad de que en este caso el servicio se opera a nivel de red y no a nivel de aplicación. Es decir: no necesitaríamos aplicaciones como Skype, Viber o Whatsapp, ya que las llamadas de datos estarían integradas directamente en nuestro teléfono.

Durante algunos años, LTE coexistirá con las tecnologías de conmutación de circuitos de voz, también conocidas como Circuit Switch. No obstante, desde hace unos años los proveedores están reemplazando todos sus sistemas de conmutación de datos (Circuit Switched Data, CSD) por sistemas basados 100% en Ethernet. En esta coyuntura, es de esperar que tarde o temprano todas las llamadas de voz móvil se operen exclusivamente sobre datos.

Mientras tanto, muchos nos preguntamos cuál es exactamente la diferencia entre VoLTE y VoIP:

La diferencia está en la QoS

Tradicionalmente, las aplicaciones de voz como Skype han confiado en Internet para entregar los paquetes. Y esto es un mal asunto: la naturaleza intrínseca de Internet no garantiza la entrega de paquetes, y es por esto que se la conoce como una tecnología Best Effort: las aplicaciones que funcionan sobre Internet se ponen una venda en los ojos y cruzan los dedos.

No ocurre así cuando hablamos de VoLTE, ya que éste exige la presencia de un componente de Calidad de Servicio (Quality of Service, QoS).

¿En qué consiste la QoS?

QoS es un conjunto de tecnologías que garantizan la transmisión de cierta cantidad de información en un tiempo dado. Esto es: throughput. Es especialmente importante cuando hablamos de aplicaciones de tiempo real como voz y video.  Existen algunos problemas que afectan a la calidad del servicio y son los que QoS pretende resolver:

Paquetes sueltos

Los routers pueden sufrir pérdidas de paquetes si llegan cuando los buffers ya están llenos. Dependiendo del estado de congestión de la red, se podrían perder uno o muchos paquetes. Un problema que podría solventarse mediante la solicitud de retransmisión de paquetes sueltos por parte del receptor. Como es fácil suponer, esto provoca la aparición de graves retardos.

Retardos

Puede ocurrir que los paquetes tarden un largo período de tiempo en alcanzar su destino, debido a que pueden permanecer en largas colas o tomen una ruta menos directa para prevenir la congestión de la red. En algunos casos, los retardos excesivos pueden llegar a inutilizar las aplicaciones VoIP.

Jitter

Los paquetes del transmisor pueden llegar a su destino con diferentes retardos. Un retardo de un paquete varía impredeciblemente con su posición en las colas de los encaminadores a lo largo de la ruta entre el transmisor y el destino. Esta variación en retardo se conoce como jitter y puede afectar seriamente a la calidad del flujo de audio y/o vídeo.

Entrega de paquetes fuera de orden

Cuando un conjunto de paquetes relacionados del mismo flujo son encaminados hacia Internet, los paquetes pueden tomar diferentes rutas, resultando en diferentes retardos. Básicamente, esto ocasiona que los paquetes lleguen desordenados. Para solventar este problema requerimos de un protocolo que pueda reordenar los paquetes a un estado isócrono una vez que estos lleguen a su destino.

Errores

Los paquetes y los políticos tienen algo en común: algunos se corrompen durante su trayectoria. En este caso, el receptor tiene que detectarlos y solicitar una retransmisión de los mismos.

¿Cómo se implementa QoS en VoLTE?

VoLTE utiliza una combinación de la arquitectura IMS (IP Multimedia Subsystem) y la alta velocidad de la red de acceso (Radio Access Network) para garantizar la QoS. En ese sentido, la calidad de las llamadas VoLTE no tienen nada que envidiar a las llamadas tradicionales basadas en circuitos E1 o T1, y es por esto que se espera que VoLTE desplace a VoIP, al menos cuando nos referimos a dispositivos móviles.

¿Cómo se implementa QoS en sistemas VoIP?

Sin embargo, si de algo se echa de menos en VoIP es la calidad de los sistemas telefónicos tradicionales. Este componente QoS, al contrario que ocurre en VoLTE, se puede implementar en VoIP como una característica opcional y no como una condición necesaria. Existen múltiples técnicas para implementar QoS a nivel de interfaz en VoIP (a nivel de una red global no es posible, en tanto que usa Internet como hemos mencionado anteriormente):

Este es un modelo que es bastante útil para comprender de qué formas podemos intentar garantizar la QoS y con cuáles conseguirlo. En esta figura están representadas las dos acciones fundamentales asociadas a garantizar la QoS:

• Clasificación: El tráfico que entra al equipo y que se ha de transmitir se tiene que clasificar. Pueden usarse muchos criterios de clasificación: Por equipo destino, por marcas en los paquetes, por aplicación… Es algo que siempre hay que hacer ya que si no el propio concepto de QoS no existe. Básicamente, la clasificación es buscar a qué parámetros de QoS negociados o contratados pertenece un paquete (o tráfico) en particular: Tráfico máximo en ráfaga, tráfico mínimo sostenido, latencia máxima, variación en la latencia…
• Asignación de recursos: Una vez que se tiene el tráfico clasificado, y por tanto se saben qué parámetros de QoS se deben cumplir, hay que asignar los recursos en la interfaz. Hay que permitir que los paquetes se transmitan al medio (el aire o un cable).

La fase de clasificación es común a todos los tipos de interfaz que necesitan garantizar la QoS, pero la principal diferencia viene en la fase de asignación de recursos. Existen 2 mecanismos que son lo bastante amplios como para merecer que les demos un nombre “QoS a nivel 3 (L3QoS o IPQoS)” y “QoS a nivel 2 (L2QoS o MACQoS)”.

Existen múltiples estándares y sistemas VoIP profesionales implementados mediante software o hardware que en gran medida tratan de controlar el tráfico de la red para disminuir las posibilidades que se produzcan caídas en el rendimiento.

Como conclusión…

Incluso si los mecanismos para garantizar la QoS en VoIP fueran iguales a los de VoLTE (algunas arquitecturas VoIP implementan IMS), aún tendríamos la ventaja de que éste último ofrece una red de acceso radio y un backbone diseñado especialmente para transportar datos de forma mucho más eficiente que la red IP tradicional.

La entrada VoLTE vs VoIP: la diferencia está en la QoS se publicó primero en BorrowBits.

Desde hace tiempo, se ha venido implantando el estándar de alta velocidad LTE (también conocido como 4G) y las principales compañías de telefonía móvil están invirtiendo una gran cantidad de recursos en redimensionar sus infraestructuras.

VoLTE (voz sobre LTE) es un nuevo protocolo que permite realizar llamadas de voz directamente a través de LTE. Este servicio es necesario dada la naturaleza intrínseca de LTE que, al contrario que GSM y CDMA, no está diseñado para transmitir llamadas de voz. Tal y como comentábamos en el artículo anterior, LTE fue diseñado para datos, por lo que se precisa de un mecanismo capaz de igualar las prestaciones de los viejos circuitos de voz.

VoIP vs VoLTE, ¿cuál es la diferencia?

El principio de funcionamiento es similar a los sistemas VoIP tradicionales, con la salvedad de que la infrastructura está controlada exclusivamente por el operador y no por una aplicación. En términos más profanos: no hace falta Skype ni Viber, VoLTE estará integrado en nuestros teléfonos y en la red móvil de forma completamente transparente.

¿Qué ventajas aporta respecto de los sistemas de voz tradicionales?

Para los usuarios las ventajas pueden resumirse en:

• llamadas de más calidad, con menos ruido y jitter;
• establecimiento de llamada 20 veces más rápido que en 3G;
• activación de video durante la llamada;
• tarifas de voz más baratas y flexibles;

Para las operadoras también supone ventajas importantes, ya que permitirá descongestionar las ya muy saturadas redes 3G. VoLTE aprovecha la gran flexibilidad que ofrece LTE para el tráfico de datos, reduciendo así muchos costes de operación y mantenimiento.

¿Cuándo llegará a nosotros?

Aunque según datos de la GSA ya hay 318 redes LTE comerciales en 111 países, aún le queda mucho camino que recorrer. En primer lugar, las compañías deben ser capaces de actualizar toda su infraestructura para LTE (antenas sectoriales, equipos de radio, enlaces de microondas, etc) y este es un proceso que en España apenas ha empezado. Alemania fue uno de los primeros países europeos en comenzar su implantación y aún tienen trabajo para 2016 y 2017. Es de esperar, pues, que aún tarde un par de años en consolidarse como el principal estándar de comunicación de voz, al menos en España.

Actualmente existen 66 operadores en 35 países experimentando con VoLTE, aunque 10 de ellas ya se lo están ofreciendo a sus usuarios en Hong Kong, Japón, Singapur, Corea del Sur y EEUU. Estos operadores cuentan ya con 92 modelos de dispositivos móviles compatibles con VoLTE.

¿Cómo funciona VoLTE?

Muy pronto dedicaremos un artículo para “destripar” el funcionamiento de este nuevo estándar. Si te interesa, suscríbete y no te pierdas nuestras próximas publicaciones sobre el tema.

Fuentes:

• http://www.siliconnews.es/2014/05/24/volte-proxima-revolucion-de-la-telefonia/
• http://www.telesemana.com/blog/2014/07/29/volte-66-operadores-estan-realizando-pruebas-con-la-tecnologia/

La entrada ¿Por qué VoLTE revolucionará el mundo de la telefonía móvil? se publicó primero en BorrowBits.

La tecnología de 3G fue evolucionando notablemente desde sus inicios, especialmente en lo relativo a la tecnología HSPA (High Speed Packet Acces), vimos como iba rápidamente subiendo de los 64 o 128 kbit/s  que se conseguían al principio para entrar en rangos por encima de los Mbit/s. La tecnología 3G que tenemos actualmente desplegada en España permite velocidades de pico de los 42 Mbit/s. Entonces, ¿Cuál  será la evolución sufrida con la llegada de 4G?

Con esta “nueva” tecnología (en algunos países ya llevan casi 4 años disfrutando de ella) se prometen velocidades de transmisión de pico de hasta 150Mbit/s y velocidades de transmisión medias en el rango de las decenas de Mbit/s en sus comienzos.

Sin embargo, no acaban aquí los motivos para esperar con alegría la implantación de esta tecnología, hay otro factor no menos importante: la latencia.

La latencia es el parámetro que mide el tiempo que tarda la información en ir desde un terminal de usuario a su destino (por ejemplo, el tiempo que se tarda en pedir acceso a borrowbits.com hasta tenerla descargada en el terminal para poder leerla tranquilamente). Con LTE se consigue reducir la latencia a valores inferiores a los 20 milisegundos. Esto a la hora de descargar un archivo de gran tamaño no es vital, ya que lo que prima es la velocidad con la que se descarga el fichero (velocidad de transmisión), pero en aplicaciones de tipo navegación web es muy notable, ya que el hecho de descargar una página web conlleva un gran número de peticiones y respuestas entre el cliente y el servidor (hablamos de centenares) en la que los tiempos invertidos juegan un papel fundamental.

A efectos prácticos,  ¿Cómo se verá afectada la experiencia de usuario al realizar tareas convencionales como leer el periódico o ver un vídeo en YouTube?

Por ejemplo, si queremos leer el periódico en nuestro terminal, utilizando 3G podemos invertir casi un minuto en la descarga, mientras que con 4G el tiempo es algo más de 5 segundos, nos sobran 55 segundos que podemos emplear en ir leyéndolo.

Si queremos escuchar el último disco de nuestro artista favorito, en lugar de tardar 5 minutos con nuestra conexión actual, con 4G serán sólo 30 segundos.

4G supondrá la evolución en las comunicaciones interpersonales, ya que ahora realizar una videoconferencia será algo factible, no habrá cortes incómodos ni retardos en la comunicación y la calidad de audio y vídeo se verán notablemente mejorados. Prepararos para los nuevos “Whatsapp” basados en videoconferencias. Un nuevo nicho de mercado está a punto de ser explotado.

Ya sólo nos queda esperar a que la cobertura de esta red se extienda por todo el territorio y que las compañías saquen tarifas competitivas para que el cambio sea definitivo.

¿Pensáis que la implantación de esta tecnología supondrá un cambio radical en la forma en que utilizamos nuestro teléfono móvil? ¿Tenéis un terminal con 4G y habéis hecho uso de ella? ¡Cuéntanos tu experiencia!

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