Evolución de redes celulares hacia 3G y 4G

7/22/2019 Evolucin de redes celulares hacia 3G y 4G

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CAPTULO 2

EVOLUCIN DE REDES CELULARESHACIA 3G Y 4G


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CONTENIDO

ESQUEMA DE EVOLUCIN DE 1G A 3G ESTNDARES PRINCIPALES DE TMC

SISTEMAS DE 1G NMT (Nordic Mobile Telephony) TACS (Total Access Communication System) AMPS (Advanced Mobile Phone System)

SISTEMAS DE 2G

TDMA (IS54 - IS136) CDMA IS-95 GSM (Global System for Mobile Telecommunications)

SISTEMAS DE 2.5G GPRS (General Packet Radio Service)

EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution) HDR (High Data Rate) y CDMA 2000 fase 1 CDMA2000 fase 2


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CONTENIDO

SISTEMAS DE 3G W-CDMA (Wideband CDMA) / TD-SCDMA

HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) UMTS/TDD CDMA2000 fase 3

PROYECCIN HACIA 4G Evolucin a cuarta generacin Prospectos sistemas 4G Posibilidades sistemas 4G


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ESQUEMA DE EVOLUCIN DE 1G A 3G

El concepto de generacin de los sistemas de telefona mvil celular estdeterminado por dos factores Tipo de transmisin (anlogica / digital) Ancho de banda en la transmisin de datos y como consecuencia, los servicios

que pueden ser prestados en la red.

Tecnologa celular Analgica

Servicios

- Voz

Introduccin de tecnologa digital

Servicios

- Voz

- Datos de baja velocidad

Servicios

- Voz

- Datos de mayor velocidad


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ESQUEMA DE EVOLUCIN DE 1G A 3G

NMT TACSETACS AMPS

UMTS IS-2000(3X)

IS-2000(1X)

IS95A/B


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ESTNDARES PRINCIPALES DE TMC

Europa, Medio Este, AsiaDigitalDigital Communication SystemDCS / GSM 18001994

Amrica y AsiaDigitalCode Division Multiple AccessCDMA (IS-95)1995

Europa, ChinaAnlogoExtended TACSETACS1988

5 ContinentesDigitalSistemas 3GUMTS/CDMA20002000s

Norte y Sur AmricaDigitalPersonal Comunications SystemPCS 1900 (???)1995

JapnDigitalPersonal Digital CelularPDC1994

Norte y Sur AmricaDigitalDigital AMPSD-AMPS1991

5 ContinentesDigitalGlobal System for Mobile CommunicationGSM1991

Europa, Medio EsteAnlogoNordic Mobile TelephonyNMT 9001986

Europa, ChinaAnlogoTotal Access Communication SystemTACS1985

Amrica, Australia, AsiaAnlogoAdvanced Mobile Phone SystemAMPS1983

Europa, Medio Este, AsiaAnlogoNordic Mobile TelephonyNMT 4501981

MERCADOS PRINCIPALESTECNOLOGASISTEMA MVILESTNDARAO


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SISTEMAS DE 1G

ESTNDARES EUROPEOSLas redes mviles analgicas se caracterizan porque tanto los canales decontrol como los de trfico son anlogos (los canales son modulados FM).

NMT (NORDIC MOBILE TELEPHONY)

Especificado por las administraciones nrdicas de telecomunicaciones Fue el primer sistema pblico operado comercialmente (1981)

Tuvo dos variantes: NMT450 y NMT900. Los nmeros representan lafrecuencia de operacin En 1986 se introdujo NMT 900 porque el nmero de canales de NMT450

estaba siendo insuficiente Tambin ofreca algunas funcionalidades de roaming internacional.

NMT fue implementado en Europa, Medio Este y Asia


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TACS (TOTAL ACCESS COMMUNICATION SYSTEM)

Versin modificada de AMPS (su banda de frecuencia era un poco ms

alta)

La modificacin fue realizada teniendo como objetivo el mercado Britnico

Estuvo operativo en 1985 en Gran Bretaa

En 1988 recibi una banda de frecuencia ms amplia y se denomin E-TACS (Extended TACS)

A partir de ese momento TACS se propag a muchos pases alrededor delmundo.

SISTEMAS DE 1G

ESTNDARES EUROPEOS


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SISTEMAS DE 1G

AMPS (ADVANCED MOBILE PHONE SYSTEM) Especificado en Estados Unidos por el consorcio TIA/EIA/ANSI. El estndar para la interface area es conocido como EIA/TIA-553 La primera red AMPS estuvo operativa en 1984 en Estados Unidos En 1988 el estndar se expandi para abarcar una banda de frecuencia

mayor (E-AMPS: Extended AMPS) AMPS se utiliz en Amrica, Australia y Asia Caractersticas tcnicas

Sistema Analgo Banda de frecuencia: 800 Mhz Modulacin FM para los canales de voz Modulacin FSK para canales de control Mtodo de acceso: FDMA 1 canal de comunicacin (llamada) por cada canal de radio Ancho de banda de cada canal de RF: 30KHz Separacin de canales uplink- downlink: 45Mhz Usos de tonos audibles (SAT) para permitir re-uso de frecuencia


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SISTEMAS DE 2G

TDMA (IS54 - IS136) Los sistemas mviles de 2G se caracterizan fundamentalmente porque los

canales de trfico son digitales.

Esto significa que la voz transmitida a travs de estos sistemas debe sercodificada.

Los sistemas digitales pueden ser de canal de control analgico digital.

Sistema TDMA (IS54 IS136) Sistema Digital Bandas de frecuencia: 800 Mhz y 1900Mhz (PCS) Modulacin (/4)DQPSK para canales de voz (IS-54) y control (IS-136) Acceso: TDMA (en conjunto con FDMA) Canales de comunicacin por canal de radio: 3


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Ancho de banda de cada canal de RF: 30KHz Separacin de canales uplink- downlink de 45Mhz@800Mhz y

80MHz@1900Mhz Uso de cdigos digitales para permitir re-uso de frecuencia (DCC, Digital

Color Code y DVCC, Digital Voice Color Code) IS54 es la evolucin de los canales de voz a una modulacin digital

(/4DQPSK)

IS 136 es conocido como canal de control digital porque la modulacin delcanal de control deja de ser FSK para pasar a ser /4DQPSK IS 136 introduce nuevos servicios al sistema TDMA que no estaban

disponibles anteriormente, tales como SMS (Short Message Service)

Zone paging Differential billing

SISTEMAS DE 2G

TDMA (IS54 - IS136)


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SISTEMAS DE 2G

CDMA IS-95 - CARACTERSTICAS Sistema Digital Bandas de frecuencia: 800 Mhz y 1900Mhz (PCS) Modulacin: QPSK (4PSK) para canales de voz y control

Acceso: CDMA (en conjunto con FDMA) Canales de comunicacin por canal de radio

64 canales tericos de comunicacin (llamadas) por cada canal de radiousando Cdigos de Walsh

Ancho de banda de cada canal de RF: 1.25 Mhz (por ejemplo, en lasbandas A B de 850 Mhz caben 10 canales CDMA) Separacin de canales uplink- downlink de 45Mhz@800Mhz y

80MHz@1900Mhz Uso de cdigos pseudo aleatorios (PN Offset) para hacer el

ensanchamiento de espectro (Direct Sequence Spread Spectrum) Forward link = downlink & Reverse link = uplink En CDMA los enlaces directo y reverso deben calcularse separadamente


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SISTEMAS DE 2G

GSM (GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE TELECOMMUNICATIONS)

Surge como una respuesta de los Europeos al crecimiento desmesurado dediferentes sistemas mviles propios de cada pas.

En 1982 la conferencia Europea de Correos y Telgrafos (CEPT) form un

grupo de estudio llamado Groupe Spcial Mobile (GSM) encargado deproducir un sistema mvil pblico (PLMN) pan-Europeo, el cul debasatisfacer los siguientes criterios. Buena calidad de audio (calidad subjetiva) Bajos costos de los terminales y del servicio

Soportar Roaming internacional Soportar terminales porttiles Soportar un rango amplio de servicios y aplicaciones Eficiencia espectral

Compatibilidad con ISDN Ser un sistema de comunicacin personal y brindar movilidad a los

terminales y a los usuarios (SIM)


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SISTEMAS DE 2G

GSM (GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE TELECOMMUNICATIONS)

En 1989 la responsabilidad se entrega a la ETSI (European TelecommunicationStandards Institute) y en 1990 se publica la Fase I de GSM

A mediados de 1991 se lanza el servicio comercial

En 1993 haban ya 36 redes GSM en 22 pases

En 1994 haban 1.3 Millones de usuarios GSM en todo el mundo

En Julio 2000 se transfiri la responsabilidad por el mantenimiento y desarrollode las especificaciones de GSM de ETSI a 3GPP

En Enero de 2004 se alcanz 1 billn de usuarios GSM en todo el mundo, conun crecimiento de 160 millones en los ltimos 12 meses.

Actualmente se cuenta con ms de 2 billones de usuarios en todo el mundo.


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SISTEMAS DE 2,5 G - DEFINICIONES

GPRS: General Packet Radio Service EDGE: Enhanced Data rates for Global Evolution CDMA 2000: Nombre registrado para la ruta de evolucin de IS-95

CDMA2000 fase I, tambin conocida como 1XRTT (RTT= Radio Transmitter Technology) IS95-C 1xMC (Multi Carrier)

1X (1Xtereme) CDMA2000 fase II 1xEV: EV=Evolution / Enhanced Version

1xEV-DO: Data Only (Originalmente HDR) 1xEV-DV: Data and voice

CDMA2000 fase III, tambin conocida como 3xRTT (RTT= Radio Transmitter Technology) 3xMC (Multi-carrier) 3X


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SISTEMAS DE 2,5 G

GPRS (General Packet Radio Service) Es la extensin de GSM hacia redes de 2.5G para transmisin de datos. Su desarrollo contribuy al reemplazo de redes CDPD. Su principal ventaja es la capacidad de transporte de datos con velocidades

hasta de 115 Kbps, y velocidades reales de conexin entre 30 y 50 Kbps en laprctica (*) Constituye un paso hacia redes de 3G, en las cules el objetivo es alcanzar

velocidades hasta de 2Mbps. Puede ofrecer conectividad a Internet en modo "always-on", que significa que

pueden recibirse llamadas de voz mientras se est en modo de transmisin dedatos, haciendo difusa la lnea que divide un sistema de voz y un sistema dedatos.

Utiliza protocolo DHCP (Dynamic Host Control Protocol), que asignadinmicamente direcciones IP cada vez que un usuario se conecta al sistema.

(*) NOTA: Como es bien sabido, el throughput en una red de datos es usualmenteexpresado en trminos de la velocidad pico de la red. Sin embargo, la tasa efectivareal que puede experimentarse podra ser de 50% a 70% ms baja.


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SISTEMAS DE 2,5 GEDGE (ENHANCED DATA RATES FOR GLOBAL EVOLUTION)

Originalmente llamada Enhanced Data-rates for GSM Evolution, peroluego fue adoptada por UWC para TDMA UWC: Universal Wireless Consortium: grupo comercial para TDMA

EDGE est diseado para permitir una migracin fcil y gradual de redesTDMA y GSM hacia 3G.

EDGE podra considerarse como una convergencia de TDMA y GSM!

EDGE es esencialmente una tecnologa TDMA con niveles de modulacin ycodificacin ms altos y ranuras de tiempo y portadoras combinados para(procurar) alcanzar los requerimientos de IMT-2000 de la ITU

EDGE est basada fundamentalmente en la tecnologa GSM.


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SISTEMAS DE 2,5 GEDGE ENHANCED DATA RATES FOR GLOBAL EVOLUTION)

Triplica la velocidad de datos de GPRS, modificando la modulacin de GMSKpor 8PSK.

Utiliza la misma estructura de trama TDMA, el mismo canal y la portadora de

200 Khz, permitiendo a la planeacin de celdas actual permanecer intacta Utiliza Link Adaptation (LA) y Incremental Redundancy (IR) para el control de

calidad del enlace EDGE tiene requerimientos ms altos de C/I, lo cul limita el reso de

frecuencias


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SISTEMAS DE 2,5 G

HDR (HIGH DATA RATE) Y CDMA2000 FASE I Tecnologas complementarias para ofrecer capacidades ms altas y mejor

uso del espectro

Inicialmente doblaron la capacidad eficiencia espectral de las redesCDMA anteriores

Expandieron la capacidad de transmisin de datos por conmutacin depaquetes circuitos hasta 144kbps

HDR HDR separa los servicios de voz de los de datos para proveer las

caractersticas tcnicas que requiere cada uno de ellos. El nivel fsico es el mismo de IS-95, pero se redisea especficamente para

datos. Se requiere sobreposicin de BTSs como en CDPD El throughput depende de la carga del sistema y de la distancia.


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SISTEMAS DE 2,5 G

CDMA2000 FASE I Tambin conocida como 1XRTT (Radio Transmitter Technology), "95-C,

1xMC (Multi Carrier) 1X (1Xtereme)

Desarrollado por Nokia y Motorola

Utiliza una portadora estndar de 1.25MHz pero duplica la capacidad yofrece mejoras tales como cobertura homognea.

Aunque la velocidad de 1XRTT de 144 kbps parece mayor comparada con115 kbps de GPRS, ambos estndares ofrecen velocidades promedioreales por usuario de 30 a 60 Kbps, haciendo de ste un parmetro menosdiferenciador de lo que se pensaba originalmente.


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SISTEMAS DE 2,5 G

CDMA2000 FASE I Caractersticas Tcnicas

Bandas de frecuencia: 800 Mhz y 1900Mhz (PCS)

Modulacin QPSK. 128 canales tericos de comunicacin (llamadas) por cada canal de radio

(Acceso mltiple por divisin de cdigo CDMA) usando Cdigos de Walsh.En estos canales tericos de comunicacin estn tambin el Canal Piloto,canales de sincronismo y canales de paging.

Ancho de banda de cada canal de RF de 1.25 Mhz. Separacin de canales uplink- downlink de 45Mhz@800Mhz y

80MHz@1900Mhz Uso de cdigos pseudo aleatorios (PN Offset) para hacer el esparcimiento

del espectro (Direct Sequence Spread Spectrum).


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SISTEMAS DE 2,5 G

CDMA2000 FASE 2 CDMA2000 1X -EV

1xEV es el segundo paso (EV=Evolution / Enhanced Version)

Provee incremento en la velocidad de datos (similar a HDR que espropietario de Qualcomm)

Utiliza 8PSK 16QAM (con baja interferencia)

1xEV-DO Data Only (Originalmente HDR)

1xEV-DV Aplica la ganancia de capacidad que dan las modulaciones

superiores tanto a voz como datos.


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SISTEMAS DE 2,5 G

CDMA2000 FASE 2 CDMA2000 1X -EV

CDMA2000 1X EV-DO Tambin es conocido como High Rate Packet Data Air Interface.

Es una versin optimizada para datos.Ofreca inicialmente velocidades del orden de 2 Mbps, pero las velocidades

han sido incrementadas para soportar aplicaciones de video y descarga degrandes archivos.

Provee conexin permanente para paquetes de datos, haciendo el acceso a

la red inalmbrica mas sencillo, rpido y eficiente. CDMA2000 1X EV-DV

Es un intento por integrar voz y datos en la misma banda de frecuencia. EV-DV ha alcanzado velocidades en rangos de 3Mbps a 5Mbps y

superiores

Las tecnologas CDMA 1X-EV fueron concebidas como de 2,5G pero hanalcanzado y superado los objetivos de IMT2000, por lo cul se consideranactualmente como tecnologas de 3G y 3.5G


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EVOLUCIN A 3G

OTRA APROXIMACIN


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SISTEMAS DE 3G

W-CDMA (Wideband CDMA) W-CDMA

Tambin llamada UMTS/FDD

Es la tecnologa de interface de radio para UMTS.

Opera en modo FDD y est basado en la tecnologa CDMA spreadspectrum de secuencia directa.

Utiliza un chip rate de 3.84 Mcps dentro de un ancho de banda de 5 MHz.

W-CDMA soporta totalmente servicios de alta velocidad de conmutacin de

paquetes circuitos y asegura la operacin simultnea de servicioscombinados con un modo de paquetes muy eficiente.

WCDMA soporta velocidades de usuario altamente variables.


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SISTEMAS DE 3G

W-CDMA (Wideband CDMA) / TD-SCDMA W-CDMA

W-CDMA es la nueva tecnologa de radio con un nueva red de acceso deradio (radio access network - RAN) llamada UTRAN, consistente en RNC (radio network controller) NodeB (nombre para las estaciones base en UMTS)

La parte de Core Network de GPRS/EDGE puede ser reusada

Estn especificados terminales multi-modo capaces de soportarGSM/GPRS/EDGE y WCDMA

Se establece handover y reseleccin entre estos sistemas.

TD-SCDMA Time Domain - Synchronized CDMA Tcnica de acceso para UMTS TDD


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SISTEMAS DE 3G

HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) Las tecnologas avanzadas de transmisin, tales como modulacin

adaptativa y redundancia incremental no haban sido incorporadas aWCDMA inicialmente.

Por tanto ese prximo paso lgico en la evolucin de WCDMA en trminosde velocidades de datos ms altas en downlink, fue estandarizado en3GPP con el nombre de HSDPA.

HSDPA mejora el throughput promedio de la celda y ms an, la velocidadde acceso del usuario final hasta 10 Mbps tericos.

Este avance en trminos de tecnologas avanzadas de transmisin escomparable a aquellos de GPRS a EDGE de 1xRTT a 1xEV-DV,respectivamente.

HSDPA es totalmente compatible con las versiones anteriores de 3GPP yel estndar se complet en la versin 5 (Release 5 - R5).


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SISTEMAS DE 3G

HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) Tecnologa que pretende brindar las mismas capacidades ofrecidas por

HSDPA en la direccin de uplink, es decir, desde el Equipo de Usuario (UE)hacia las estaciones base (Node B).

Surge como una necesidad de aquellas aplicaciones en las que las tasasde transmisin de datos en ambos sentidos son igualmente importantes (ej:Videoconferencia) en oposicin a aplicaciones asimtricas tales como: e-mail, navegacin en internet, downloads de video y msica, etc.

Se usa tecnologa similar a la de HSDPA como modulaciones adaptativas y

HARQ (Hybrid automatic repeat request) Se usan modulaciones 16QAM dinmicamente cuando las condiciones de

canal as lo permiten, en lugar de usar QPSK tradicionalmente usado en lossistemas WCDMA.

La norma hace parte del release 6 de UMTS (3GPP)


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SISTEMAS DE 3G

UMTS/TDD Debido a la falta de espectro, existe la posibilidad de que la mitad de los

bloques de espectro sean limpiados y por lo tanto los sistemas TDDpueden llegar a ser ms importantes en un futuro cercano.

El estndar de IMT-2000 para TDD, llamado IMT-TC, define dos tipos deinterface areo UTRA-TDD TD-SCDMA Dentro de 3GPP se han estandarizado como TDD HCR (high chip rate) and

TDD LCR (low chip rate), respectivamente. Ambas tecnologas utilizan una tcnica hbrida de acceso que combina

TDMA y CDMA.

La consecuente armonizacin de las tcnicas de transmisin TDD conWCDMA y el uso eficiente de las bandas impares de espectro hacen de losestndares basados en TDD una alternativa muy interesante para losoperadores inalmbricos.


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SISTEMAS DE 3 G

CDMA2000 FASE 3 3xRTT es el tercer paso en la ruta de evolucin de CDMA2000

Tambin llamada CDMA2000 3xMC porque es una solucin multi-carrier,

es decir, se utilizan 3 x 1.25 MHz portadoras para datos

Soporta 3 x 1.2288 Mc/s = 3.6864 Mc/s.

CDMA2000 3x es un estndar aprobado por la ITU (IMT-2000 3G). Usa3.75 Mhz de espectro y alcanza velocidades en un rango de 2 a 4 Mbps.

Dado que los sistemas CDMA2000 1X-EV han alcanzado y superado losobjetivos de IMT2000 todo parece indicar que los sistemas 3xRTT no serndesarrollados en el futuro cercano.


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EVOLUCIN A CUARTA GENERACIN


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PROYECCIN HACIA 4G

GSM GPRS EDGE

TDMA

W-CDMA

TD-SCDMA

IS95a/b 1xRTT

1xEV-DO

1xEV-DV

HSDPAHSUPA

3xRTT

4G

WiMAX

Wireless

LANs


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PROYECCIN SISTEMAS 4G

La ITU defini la cuarta generacin bajo el concepto de IMTIMT--Advanced.Advanced.

Se espera que estas redes estn comercialmente disponibles para el 2010.


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PROSPECTOS SISTEMAS 4G

Las tendencias tcnicas y regulatorias determinarn las tecnologas a seradoptadas para 4G.

Pueden existir opciones diferentes a las normas de la IEEE.

4G se est posicionando como el acceso inalmbrico de banda ancha, unservicio por el cul millones de usuarios alrededor del mundo estarandispuestos a pagar alrededor de USD 50 por mes.

Haciendo nfasis en velocidad primero y movilidad despus, las redes de4G pueden ser construidas inicialmente donde cable y DSL no estn

disponibles para cubrir demandas de banda ancha. Posteriormente podranexpandirse para proveer cobertura continua para usuarios mviles.

4G puede ser una tecnologa muy controversial. Operadores de cable y lneas fijas lo vern como competencia en el

mercado de banda ancha. Los operadores mviles lo vern como una amenaza ms para los planes

de negocio de 3G, a menos que acojan 4G directamente sin pasar por 3G como evolucin futura de 3G a 4G.


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POSIBILIDADES SISTEMAS 4G

Algunos operadores parecen estar alinendose para saltarse 3G e irdirectamente hacia 4G

Para algunos operadores con planes de intentarlo, saltarse una generacintecnolgica no parece ser una idea tan mala.

Puede conllevar la aparicin de nuevos operadores

Los operadores duales podran incluir en los planes de 3G tecnologas IPinalmbricas, aprovechndose que las licencias lo permiten. Losoperadores mviles tienen ya construida una infraestructura que podranaprovechar para la implementacin de la red.

No se sabe cmo juzgarn los inversionistas a aquellos operadores quedecidan favorecer 4G sobre 3G. Hasta el momento los operadores han sidomuy reservados sobre sus planes de 4G para evitar confundir el mercado.


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FUENTES

Cursos PATH comunicaciones mviles

Historia de 3G

Documentos de fabricantes de equipos

Evolución de redes celulares hacia 3G y 4G

Documents

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