Las redes 4G de telefonía celular, todavía tienen deficiencias

Si el lector reside en uno de los países que tienen en servicio una red móvil 4G, es posible que ya haya adquirido un teléfono con capacidad para 4G para así disfrutar de las tasas de transferencia de datos, formidablemente veloces, que ya anuncian las operadoras. Los servicios 4G suponen, qué duda cabe, una mejora notable con respecto a sus predecesores 3G, pero continúa habiendo divergencias en las experiencias de quienes los utilizan. Gracias a fondos europeos, un equipo de investigadores trabaja para solucionar esta deficiencia.

«Long-Term Evolution» (LTE, «Evolución a largo plazo») es uno de los últimos estándares comerciales para la comunicación inalámbrica de alta velocidad. Su punto de partida son las tecnologías de red GSM/EDGE y UMTS/HSPA. Además de brindar una serie de mejoras en las redes principales y mayor funcionalidad, el aspecto más popular -de cara a las ventas- de LTE es el anunciado incremento en la capacidad de la red y en la velocidad de transferencia de datos. En teoría, LTE ofrece tasas de descarga de hasta 300 Mbps y tasas de subida de 75 Mbps, cifras 10 veces superiores a su predecesor 3G. Las operadoras no garantizan que sus redes puedan alcanzar esas tasas en las condiciones actuales, pero sí que los abonados a servicios LTE experimentarán velocidades notablemente superiores a las obtenidas con los servicios 3G. No obstante, mientras que unos abonados ya son capaces de disfrutar de esas ventajas, otros no. 

Según explicó Alexandre Gouraud, coordinador de proyectos de I+D en el Laboratorio de Interfaces Inalámbricas de Orange (Francia): «La tasa publicitada es básicamente la tasa pico, que sólo es posible alcanzar si uno se encuentra justo al lado de la estación base, si las condiciones de radio son perfectas y si nadie más está usando la red; y eso si es realmente factible para los abonados. La mayoría de los usuarios disfrutan de tasas de transferencia de datos muy inferiores, sobre todo los que se encuentran en los márgenes de la zona de cobertura.» 

Gouraud señaló que cada cambio de versión y generación de la tecnología de comunicación móvil ha supuesto una diferencia de un factor de diez aproximadamente entre las tasas de transferencia de datos máximas y las medias en determinada celda (la zona cubierta por una estación base móvil) y otra diferencia de otro factor de diez entre las tasas medias y las disfrutadas por los usuarios de los límites de dicha celda. En el caso del estándar LTE, esto ha ocurrido en parte porque ha competido con WiMAX como tecnología alternativa de alta velocidad y sus respectivos desarrolladores se han centrado en las tasas pico para acabar imponiéndose. 

Según señaló Gouraud: «Era importante alcanzar el mejor rendimiento y todos se centraron en la tasa pico, de manera que descuidaron las tasas en los límites de celda. Evidentemente, este hecho no es bueno para las operadoras, ya que ocasionalmente algunos abonados experimentarán una cobertura deficiente y tasas de transferencia de datos muy inferiores a las publicitadas.» 

Para solventar esa deficiencia y asegurar un servicio igualitario para todos los usuarios de LTE, Orange se asoció a catorce entidades, entre ellas otras operadoras de redes móviles, proveedores de equipos e institutos de investigación, para desarrollar y probar técnicas con las que incrementar el rendimiento en los límites de celda. Su labor, realizada en el marco del proyecto «Advanced radio interface technologies for 4G systems» (Artist4G) y dotada por la Comisión Europea de un presupuesto próximo a 8,7 millones de euros, está sirviendo para realizar actualizaciones sucesivas del estándar LTE y sin duda dará lugar próximamente a nuevos productos comerciales. 

Centrados en las interferencias 

El equipo coordinado por Gouraud ha depositado especial interés en dos aspectos fundamentales de las redes móviles: reducir las interferencias y desarrollar técnicas avanzadas de retransmisión de señales. 

«Si se quiere mejorar el rendimiento en los límites de celda, hay dos opciones; una consiste en incrementar la densidad de la red añadiendo nuevas antenas y reduciendo el tamaño de las celdas, por ejemplo, pero esto resulta caro; la otra consiste en resolver las interferencias», explicó el responsable técnico de Artist4G. 

Las interferencias en una red móvil son como las conversaciones que se oyen de fondo en una fiesta muy concurrida. Al haber tantas conversaciones paralelas a la vez, puede resultar difícil concentrarse en la voz del interlocutor. Si se pudiera diferenciar con facilidad esas otras conversaciones y separarlas de la conversación que uno está manteniendo, resultaría sencillo anularlas. 

Ese es, grosso modo, el método escogido por los investigadores de Artist4G para eliminar las interferencias en el extremo receptor y, así, incrementar las tasas de transferencia de datos y la cobertura. 

Pese a que las redes móviles modernas se concibieron en torno a la idea de la «ortogonalidad», un vocablo de origen griego que significa «ángulos rectos» y que denota la falta de solapamientos, la realidad es que las señales transmitidas se cruzan indefectiblemente provocando cierto grado de interferencia. Y aunque es posible hasta cierto punto evitar las interferencias en el punto de emisión, también es necesario aplicar métodos para su reducción en el punto de recepción. 

«La ortogonalidad es un ideal que no existe en la práctica; siempre hay cierto grado de interferencia. Así pues, en lugar de diseñar una red basándose en la idea de las señales ortogonales, aceptamos las interferencias como una realidad. Una vez asumidas, podemos incluso aprovecharlas en el extremo receptor e integrar en el sistema tecnologías con las que anularlas», explicó Gouraud. 

Entre otras técnicas, el equipo de Artist4G desarrolló e implementó un nuevo marco con el que mejorar la «transmisión multipunto coordinada» (Coordinated multipoint transmission, CoMP), una tecnología de entradas y salidas múltiples (MIMO) en la que se emplean múltiples antenas para prestar servicio a los usuarios de los límites de cada celda desde dos o más estaciones base. Los integrantes del equipo trabajaron en el establecimiento de receptores iterativos para descodificar tanto la señal principal como la interferencia para después anular esta última. También realizaron una demostración de la formación de haces (beamforming) en 3D, que consiste en dirigir determinada señal hacia el receptor no sólo siguiendo el plano horizontal, como se hace en la actualidad, sino también verticalmente, un método adicional y efectivo para la reducción de interferencias. 

En lo referente a las retransmisiones, el equipo trabajó para desplazar los puntos de enlace, los cuales pueden colocarse sobre el techo de un automóvil o autobús para ampliar la cobertura, y también para implantar los llamados enlaces de Tipo 2, que prolongan las señales emitidas desde una estación base maestra y que permiten un control más eficaz de los recursos que los enlaces de Tipo 1, que en la práctica ejercen de estaciones base. 

Según señaló Gouraud: «Hemos desarrollado prototipos vanguardistas de los dispositivos necesarios y realizado un ensayo sobre el terreno a gran escala empleando quince estaciones base situadas en Dresde. Parte de la tecnología se expuso en el Congreso Mundial de Móviles (MWC) 2012 celebrado en Barcelona. Los resultados han sido muy halagüeños.» 

Gouraud destacó también que los socios han realizado en torno a ciento cincuenta aportaciones a las revisiones continuas del estándar LTE y que es muy probable que gran parte de la tecnología que han desarrollado se acabe integrando en productos comerciales. 

«Los distintos socios están aprovechando internamente los resultados de nuestros trabajos y estamos estudiando la posibilidad de emprender un proyecto complementario que nos permita profundizar la investigación», afirmó Gouraud.