Acceso de banda ancha en zonas rurales y apartadas

La experiencia canadiense

Por Gérald Chouinard

Programas para mejorar el acceso

Según el Informe mundial sobre el desarrollo de las telecomunicaciones/TIC de 2006 de la UIT, Canadá es el sexto país del mundo en cuanto a penetración de banda ancha. Ahora bien, dadas las dimensiones del país y su población muy dispersa, se han de tomar medidas especiales para tratar de conectar a todos los ciudadanos. La tercera parte de las comunidades (donde vive el 5% de la población canadiense) todavía no tiene acceso a servicios de banda ancha e, incluso cuando se llega a una comunidad, no todos los residentes gozan de ese acceso, especialmente en las zonas rurales donde la densidad demográfica fuera de los pueblos o aldeas es demasiado limitada para rentabilizar el acceso de banda ancha con tecnologías actuales.

El Gobierno canadiense ha adoptado medidas para mejorar el acceso de banda ancha con programas que ofrecen a las comunidades subsidios para efectuar inversiones de capital y adquirir capacidad de transmisión por satélite, siempre y cuando hayan definido planes para crear servicios de acceso de banda ancha sostenibles. Por otra parte, el Communications Research Centre Canada (CRC), vástago de Industry Canada, lanzó el programa Rural and Remote Broadband Access (RRBA) en abril de 2002. El CRC lleva a cabo investigaciones, y desarrolla y prueba tecnologías y sistemas de acceso de banda ancha innovadores y rentables con los cuales el sector privado debería de poder elaborar modelos de actividad comercial viables para la prestación de servicios de banda ancha en las zonas insuficientemente atendidas de Canadá.

El programa RRBA abarca cuestiones esenciales tales como la disponibilidad del espectro y la interferencia, el alcance, la flexibilidad de instalación y la normalización de los equipos. Contempla la participación en actividades de normalización internacionales, con objeto de reducir el coste de los equipos de acceso de banda ancha, así como compartir los conocimientos y tecnologías canadienses con los países que afrontan dificultades similares.

¿Cuál es el mejor sistema de entrega?

Las comunicaciones por satélite pueden desempeñar un papel protagonista en la comunicación de comunidades apartadas. Gracias a su cobertura amplia y homogénea, los satélites pueden ofrecer acceso de banda ancha en todo tipo de lugares, ya sean rurales, suburbanos e incluso urbanos. El único inconveniente puede ser consecuencia del retraso inherente de propagación de la señal de 0,5 segundos en algunas aplicaciones de banda ancha y los servidores centralizados, amén del coste de los terminales, pero el CRC ha tratado de reducir al mínimo esos inconvenientes.

El CRC evalúa las diversas tecnologías de acceso de banda ancha sobre la base de la densidad demográfica, y compara sus ventajas con respecto a la complejidad y al coste previsto (véase la Figura 1). Se ha prestado especial atención a las densidades entre 1,5 personas/km² (por debajo de la cual sólo son viables las tecnologías de satélite) y 60 personas/km2 (por encima de la cual las tecnologías alámbricas tales como ADSL y el cable se vuelven rentables). La prestación de servicio en esta gama de densidades demográficas exige la creación de nuevas tecnologías de acceso de banda ancha inalámbricas que permitan una cobertura rentable de zonas rurales. En la Figura 1 se indican las dimensiones de este mercado potencial en Canadá sobre la base del censo de 2000.

Los factores más importantes a tener en cuenta al extender el alcance de las tecnologías inalámbricas se indican en la Figura 2 en función de la frecuencia portadora. En este caso también, el efecto de estos diversos factores se ilustra en función de su complejidad y coste relativos. La parte inferior de la banda de ondas decimétricas, de 300 MHz a 1 GHz, parece ser ideal para sistemas de acceso de banda ancha en zonas rurales, ya que estas frecuencias aumentan el alcance de los sistemas de acceso de banda ancha inalámbricos, y permiten así aumentar el número de abonados en zonas escasamente pobladas y abaratan el acceso de banda ancha. Dadas estas conclusiones, se ha prestado especial atención a esta gama de frecuencias en el programa RRBA.

Tecnologías de acceso de banda ancha por satélite

Los trabajos del CRC sobre el acceso de banda ancha por satélite se concentraron en tratar de reducir el coste y complejidad de los terminales que funcionan con el nuevo satélite canadiense Anik-F2 en las bandas de 20/30 GHz. La utilización de frecuencias tan elevadas permite reducir las dimensiones del terminal y ofrece una solución atractiva para el acceso de banda ancha de comunidades apartadas e incluso hogares privados.

Se ha creado una antena de reflectores de 45 cm de polarización circular, con alimentación excéntrica con puntos focales diferentes a 20 GHz y 30 GHz para que no sea necesario un complejo transductor guiaondas en modo ortomodal. Este diseño corresponde a la máscara de ganancia recomendada por el Sector de Radiocomunicaciones de la UIT (UIT–R) con respecto a la discriminación entre satélites geoestacionarios si la dimensión de la antena es superior a 70 cm.

Para los terminales se utiliza una arquitectura de transceptor directa a fin de simplificar el equipo. Se ha trabajado sobre la miniaturización de un modulador vector de 30 GHz con acoplador, amplificadores y detector de envolvente en un solo paquete, a fin de mejorar el rendimiento global y reducir el coste de los terminales con transceptor directo.

El CRC definió técnicas de compensación para el equilibrio ganancia/fase del receptor, así como para la linealización del amplificador de potencia. Se ha desarrollado un sintetizador de frecuencias que cumple las estrictas exigencias necesarias para los sistemas que funcionan con la norma abierta DVB-RCS (radiodifusión digital de señales de vídeosatélite con canal de retorno). Esta norma se ha seleccionado para utilizar el crédito de capacidad del satélite Anik-F2 (en la banda 20/30 GHz) en Canadá septentrional.

El CRC ha terminado un estudio sobre protocolos innovadores de transporte, red y enlace para la transmisión de servicios de banda ancha basados en el protocolo internet (IP) por circuitos de satélite. La capacidad de transmisión del satélite se aprovecha al máximo con la utilización concertada de un potenciador de rendimiento de enlace que sustituye al habitual protocolo de control de transmisión (TCP) a fin de reducir la latencia del enlace y la atribución dinámica de ancho de banda del satélite, al tiempo que se cumplen niveles especificados de calidad de servicio (QoS). Se ha determinado que la latencia del servicio podía reducirse en más del 70% y que se podía hasta quintuplicar el caudal de tráfico del usuario. Estas mejoras pueden incorporarse ya sea mediante una actualización de los actuales terminales DVB-RCS de norma abierta o sencillamente adquiriendo los futuros terminales DVB-RCS.

	Antenas utilizadas para el experimento Wi-Fi a 700 MHz
	Terminal de abonado MILTON

Acceso de banda ancha inalámbrico a frecuencias inferiores a 1 GHz

Se ha investigado la utilización de frecuencias inferiores a 1 GHz para futuros sistemas de acceso de banda ancha, con objeto de mejorar la cobertura por precios moderados. El CRC ha desarrollado prototipos de convertidores de frecuencias en modo dual entre la banda de 2,4 GHz y 700 MHz. Estos prototipos se han utilizado satisfactoriamente en pruebas con antenas de ondas decimétricas simples con las cuales se estableció una conexión Wi-Fi de 5 Mbit/s a distancias de hasta 5 km en una configuración de punto a punto sin visibilidad directa a 700 MHz. Se ha observado que el alcance de las WLAN 802.11b/g que funcionan a 700 MHz puede duplicarse en condiciones de no-visibilidad directa y cuadruplicarse en condiciones de visibilidad directa en comparación con el funcionamiento a 2,4 GHz.

El sistema MILTON

El CRC también ha terminado el desarrollo de su sistema de acceso inalámbrico multimedios a 5 GHz llamado MILTON (microwave-light organized network). Como solución del último kilómetro que puede conectarse con redes de fibra óptica y Gigabit Ethernet, esta tecnología está bien adaptada para grandes porciones de comunidades rurales en las cuales el grueso de la población se encuentra en un radio de 1,8 km (zona de 10 km²). El sistema puede reutilizar frecuencias hasta seis veces gracias a una antena central de 24 pétalos.

Actualmente, el sistema ofrece una capacidad por abonando de hasta 22 Mbit/s en el sentido de ida y 3,4 Mbit/s en el de retorno y puede atender hasta 700 hogares. Comprende terminales de abonado de bajo costo que utilizan una tecnología de antena de parches con doble capa dieléctrica (20x20 cm, ganancia 17 dBi) y una antena de roseta de 24 pétalos. Se han añadido además a la antena central y a los terminales de usuario funciones radioeléctricas cognitivas que ayudan a las células a adaptarse muy fácilmente en presencia de interferencias.

Desde septiembre de 2004 está instalado en un barrio de Ottawa un sistema MILTON de prueba que consta de una antena central y seis terminales. En diciembre de 2004, el Gobierno de la India decidió considerar la tecnología MILTON como tema prioritario de investigación de su Centro de Desarrollo de Telemática (C-DOT), y adquirió la tecnología para realizar pruebas en el terreno en Bangalore.

Acceso de banda ancha a través de la radiodifusión de televisión digital

Dadas sus grandes capacidades de cobertura, las tecnologías de transmisión de radiodifusión pueden ser eficaces para el acceso de banda ancha en zonas rurales. Por ejemplo, la televisión digital (DTV) puede llevar hasta 20 Mbit/s de capacidad de banda ancha en un canal de televisión de 6 MHz en zonas de cobertura de hasta 70 km de radio. El CRC ha estudiado las tres normas actuales de tecnología DTV utilizadas en el mundo y ha determinado que son apropiadas para transmitir aplicaciones de banda ancha unidireccionales. El CRC ha comprobado la extensión de la cobertura en condiciones reales y ha confirmado que se puede mejorar y configurar por medio de repetidores en el canal.

Se ha estudiado la posibilidad de utilizar tecnología DTV-ATSC en el sentido de ida y DVB-RCT en el de retorno para proporcionar servicios bidireccionales de datos de alta velocidad para el acceso de banda ancha. DTVATSC es la norma de televisión digital definida por el Advanced Television System Committee en Estados Unidos. El proyecto de radiodifusión de vídeo digital en Europa ha adoptado la norma DVB-RCT (canal de retorno terrenal).

En la zona de Ottawa se está modernizando una estación transmisora DTV experimental para realizar una demostración en escala real de este servicio bidireccional. Los investigadores han demostrado la viabilidad de la transmisión de datos IP por el canal DTV gracias a un servidor de datos de alta capacidad que integra aplicaciones multimedios y un prototipo de receptor IP de bajo coste. También se está elaborando un puente del receptor DTV IP a Wi-Fi.

En Canadá, como en otros países, la transición de la televisión analógica convencional a la DTV ofrece la oportunidad de utilizar bandas de televisión más eficazmente y liberar espectro para otras aplicaciones tales como el acceso de banda ancha. Las redes de transmisión distribuidas que utilizan transmisores sincronizados que funcionan en un solo canal podrían utilizarse para transmitir los mismos programas de televisión en zonas extensas. Se han llevado a cabo estudios de planificación de redes basados en la red de TV Ontario, a fin de probar la posibilidad de utilizar el concepto de transmisión distribuida en gran escala. TV Ontario utiliza canales diferentes para transmitir el mismo programa en distintas zonas de la provincia y utiliza transmisiones de potencia alta y media y un gran número de traductores de frecuencias de baja potencia repartidos por el territorio. Se ha determinado que podían utilizarse canales comunes en zonas moderadamente congestionadas mediante la utilización de grupos de traductores de baja potencia en un modo de red de frecuencia única.

Utilización de esas tecnologías en el mundo

La utilización de las bandas de 20/30 GHz para acceso de banda ancha por satélite permite utilizar terminales de pequeñas dimensiones y posiblemente de bajo coste que facilitarían la prestación de servicios en lugares apartados donde haya cobertura de satélite. Ahora bien, la utilización de bandas de frecuencias tan elevadas limita la utilización de esta tecnología a zonas del mundo poco lluviosas, porque la lluvia atenúa mucho la señal. El sistema MILTON ofrece buenas perspectivas en zonas pobladas en las cuales no existe infraestructura alámbrica.

La gama de ondas decimétricas inferior debería resultar interesante para el acceso de banda ancha inalámbrico en todo el mundo y, especialmente, en los países en desarrollo en los cuales no se utiliza mucho el espectro de bandas decimétricas. En la transición de la radiodifusión de televisión analógica a la digital, los radiodifusores podrían aprovechar la capacidad de transmisión de datos de los nuevos sistemas DTV para proporcionar servicios de datos tales como el acceso de banda ancha, siempre y cuando se encuentre la manera de crear un canal de retorno.

Gérald Chouinard, Director del Programa de acceso de banda ancha en zonas rurales y apartadas, Communications Research Centre Canada

Con la elaboración de nuevas normas tales como la red de zona regional inalámbrica (WRAN) IEEE 802.22, podría empezarse a utilizar la tecnología de acceso de banda ancha poco onerosa en bandas de televisión de todo el mundo. La tecnología comprenderá características radioeléctricas cognitivas que permitirán detectar la presencia de señales de radiodifusión de televisión en la zona y evitar posibles interferencias al seleccionar automáticamente un canal de televisión no utilizado, lo cual podría tener grandes consecuencias en la creación de acceso de banda ancha en grandes países en desarrollo. Si bien está mejor adaptada a las zonas rurales escasamente pobladas, también podría ser una solución rentable en zonas más densamente pobladas en las cuales todavía sigue sin utilizarse parte del espectro de televisión.