¿Son las small cells críticas para la capacidad futura de los sistemas inalámbricos?

Alfonso Fernández Durán, gerente de tecnologías móviles de Alcatel-Lucent.

El espectro es un recurso finito y de acuerdo con el teorema de Shannon-Hartley, la tecnología inalámbrica actual está próxima a alcanzar el límite teórico de la velocidad de transmisión de datos máxima que se puede registrar en las condiciones de un canal de comunicaciones móviles. Este límite de capacidad alcanzable con una topología de red tradicional de estaciones base de celdas macro debe romperse cuanto antes, ya que se calcula que los operadores móviles necesitarán una capacidad 100 veces superior a la actual en 2020.

Las small cells o celdas de dimensión reducida han dejado de ser una mera herramienta destinada a proporcionar servicios móviles en áreas con escasa cobertura en el interior de edificios o a retener a determinados clientes, para convertirse en un elemento imperativo para los operadores móviles. Tanto es así que, sin ellas, estos no podrían gestionar el volumen de tráfico de datos que se prevé que procesarán sus redes en el transcurso de los próximos cinco años.

La GSMA prevé un incremento de 1.000 millones de usuarios móviles para 2020 hasta alcanzar los 4.600 millones de usuarios. En ese momento, cerca del 60% de la población mundial estará abonada a servicios móviles. A este volumen se sumarán los dispositivos inalámbricos M2M (de máquina a máquina) y el hecho de que muchos usuarios tendrán más de un dispositivo SIM conectado, por lo que el número total de SIMs conectadas superará los 10.000 millones, de los cuales 1.000 millones serán IoT (Internet de las cosas).

La mayor parte de esos 10.000 millones de conexiones requerirá servicios de datos móviles de mayor velocidad, por lo que esta misma Asociación prevé que el 70% del total serán conexiones móviles de banda ancha de 3G o 4G que, en 2014, supusieron ya el 40% de las conexiones globales.

Cómo superar los límites físicos

Existen distintas técnicas de gestión de recursos de radio que contribuyen a mejorar la eficiencia espectral en las redes existentes, pero en la práctica sólo logran elevar la capacidad y las prestaciones de la red en un factor de 1,4. Como alternativa, los operadores pueden adquirir acceso a nuevas bandas del espectro – frecuencias de longitud de onda en el rango de milímetros o bandas de frecuencias que no requieren licencia-, pero sólo conseguirán un incremento de capacidad cinco veces superior.

La única forma segura de superar realmente los límites físicos de la tecnología inalámbrica es desplegar celdas de menor tamaño y hacerlo en mayor número. Si se despliega un mayor número de small cells se puede conseguir una capacidad de red hasta 18 veces superior, lo que combinado con la mejora de las prestaciones (en un factor de 1,4) y la utilización de las frecuencias de longitud de onda en el rango de milímetros y las bandas de frecuencias que no requieren licencia (con una capacidad cinco veces superior) se logra el incremento que necesitan los operadores para responder a los requerimientos de una capacidad 100 veces superior en 2020.

Al acercar la red al usuario y crear unas áreas de cobertura de menores dimensiones, la señal de radio recorre una distancia menor y, por tanto, da servicio a un menor número de usuarios. De esta forma, se puede disfrutar de una capacidad muy superior y de una velocidad en los servicios de datos más alta que si estuvieran accediendo mediante una estación base macro de mayores dimensiones situada a una distancia mayor y utilizada por centenares de usuarios. La descarga de usuarios hacia las small cells de mayor capacidad y velocidades superiores libera la red macro para dar un mejor servicio a aquellos usuarios móviles cuya única opción de conexión es esa red macro. A su vez, estos usuarios que sólo pueden utilizar la red macro se benefician de una menor competencia por unos recursos limitados. Hay que destacar que algunas soluciones de mejora de cobertura de la red macro, como por ejemplo los repetidores de señal, no hacen sino agravar la falta de capacidad de datos además de interferir con servicios como los basados en localización.

Las celdas de dimensión reducida llevan simultáneamente la cobertura y la capacidad de los servicios de datos a los lugares en los que los usuarios más los necesitan – hogares, oficinas, áreas de ocio, centros comerciales y en las ciudades con una alta densidad de usuarios. Algunas encuestas indican que el 70% de las empresas manifiestan disponer de un servicio pobre de móviles en el interior de los edificios y el 77% de los usuarios móviles urbanos experimentan una baja velocidad de descarga en áreas de exterior. Después de todo, los usuarios quieren utilizar sus dispositivos móviles con conexiones de banda ancha en todo momento y lugar, y ahí están las small cells para solucionar esa carencia.