Tecnología para evitar el colapso de la telefonía móvil y ahorrar consumo energético

Un equipo de investigadores del Grupo de Investigación de Procesado de la Señal y Comunicaciones de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), dirigido por el profesor Josep Vidal, coordina el proyecto europeo Freedom, para diseñar soluciones tecnológicas que permitan ampliar la cobertura de telefonía móvil en el interior de los edificios y ofrecer servicios de alta velocidad de transmisión de datos a un coste económico. El proyecto está orientado a aumentar la capacidad de las redes de telecomunicaciones, ahorrar consumo energético y aportar beneficios tanto económicos como sociales.

Solución al colapso previsto

El boom de los teléfonos móviles inteligentes (smartphone) en los últimos años ha hecho aumentar la congestión de las redes de telefonía móvil en entornos urbanos, puesto que al permitir al usuario tener abiertas a la vez diferentes aplicaciones (correo, Internet, etc.), generan más tráfico de datos y, por lo tanto, consumen más recursos radioeléctricos. En este contexto, si el crecimiento del consumo de datos se mantiene al ritmo actual, se prevé que las redes se colapsen totalmente en los próximos tres años.

España es el tercer país europeo con más usuarios de este tipo de teléfono (9,9 millones), por detrás de Italia (15 millones de usuarios), que es la primera, y de Gran Bretaña (11 millones). Después se sitúan Alemania (8,4 millones) y Francia (7 millones). Con todo, Gran Bretaña es la que ha protagonizado un crecimiento más rápido (del 70%) en el último año (según datos de comScore, Inc, empresa de investigación del mercado digital).

Ante esta necesidad, los operadores de telecomunicaciones se ven obligados a buscar soluciones tecnológicas que pongan solución a un colapso previsto y temido. Una de las soluciones es aumentar el número de estaciones base. Esta solución, sin embargo, presenta varios inconvenientes: es una solución que no está bien aceptada socialmente y tiene un coste económico alto.

Además, no resuelve el problema de la cobertura en interiores de edificios, que hace que los servicios de Internet a través de telefonía móvil puedan ser demasiado lentos para le exigencia actual de los usuarios, aun cuando haya una buena cobertura para la señal de voz. De hecho, la mayor parte del tráfico de datos en telefonía inalámbrica se produce en entornos domésticos o de oficinas, dónde, además, la cobertura todavía es más reducida.

Cobertura a corta distancia

En los últimos diez años, la reducción de la medida de las áreas asignadas a una estación base (células) ha contribuido a incrementar la tasa de transmisión de los sistemas sin hilos, pero esta reducción no puede ir más allá sobre todo en entornos urbanos. Según los expertos, un adelanto muy importante para mejorar la cobertura y la prestación de servicios de datos de alta velocidad a un coste económico aceptable es el uso de las denominadas femtocélulas, células servidas por estaciones base de corto alcance (dan cobertura a 30-50 metros) y de bajo coste que se instalan en entornos domésticos o de oficina y conectan los teléfono móviles estándar a la red de un operador móvil a través de un enlace IP (aprovechan la conexión de la red ADSL o de fibra óptica). Además, tienen una baja potencia (unos 20mW, es decir, cinco vecess menos que un router WiFi de ADSL).

Estas miniestaciones base son dispositivos sin hilos que comparten el espectro sin hilos licenciado de la telefonía móvil convencional y que, según se prevé, tendrán un despliegue masivo a medio plazo, en el 2012-2013.

Actualmente, algunos teleoperadores ya están experimentando la implementación de miniestaciones base y de femtocélulas en interiores de edificios, pero no de forma masiva; aún así, éstas todavía no son del todo eficientes y existen numerosos problemas tecnológicos abiertos que deben resolverse para que aporten una ventaja real a la red.

El despliegue masivo de miniestaciones base y de femtocélulas requiere una administración eficiente de la interferencia mutua entre ambos tipo de red. Por ello, uno de los retos del proyecto Freedom —que forma parte del VII Programa Marco de la Unión Europea y tiene un presupuesto de 3,45 millones de euros— es dar respuesta a cómo se ha de organizar la transmisión de datos de las miniestaciones base interiores y las estaciones base exteriores (convencionales) dentro del espectro radioeléctrico común, y qué parte del espectro infrautilitzado se reaprovechará.

Asimismo, los investigadores estudian el modelo de negocio que se puede generar alrededor de la nueva tecnología.

Beneficios para usuarios y operadores

La transmisión a través de pequeñas estaciones base y de femtocélulas beneficia tanto a consumidores como a operadores. Por un lado, aseguran una mejor cobertura en interiores de edificios, con unas tasas de datos equivalentes a un sector completo de la red 3G, con potencias de transmisión muy pequeñas. De esta forma, se incrementa la duración de la batería de los teléfonos existentes, sin necesidad de introducir dispositivos WiFi adicionales.

Asimismo, y según la política de precios de los operadores, se pueden llegar a aplicar tarifas especiales para llamadas de móvil cuando éstas se hagan dentro de la zona de cobertura de la femtocélula, lo cual beneficiaría a los usuarios. También se prevé ofrecer servicios basados en la proximidad del móvil a la miniestación base, como por ejemplo servicios de aviso por SMS o de puesta en funcionamiento de dispositivos domóticos. Con respecto a usuarios de empresas, disponer de estas miniestaciones base en lugar de teléfonos DECT (domésticos sin hilos) o WiFi permitiría tener un único teléfono y una única lista de contactos.

Con respecto a los beneficios para los operadores de telefonía, en zonas con alta densidad de usuarios y con densidad proporcionalmente baja de estaciones base, las estaciones de corto alcance y las femtocélulas pueden reducir la congestión que se produce si hay un pico de demanda, puesto que tienen capacidad de drenar parte del tráfico a la estación base convencional, a través de la conexión ADSL.

Asimismo, reduce el coste asociado a la estación base convencional, puesto que una parte del mismo, especialmente el referido a los consumos eléctricos de la potencia irradiada en la transmisión, pasaría a ser cubierto por el mismo usuario.

En el proyecto Freedom que coordina la UPC participa un consorcio de ocho socios, entre universidades y empresas, formado por la Università di Roma La Sapienza, la Universidad Técnica Txeca, el Comissariado de la Energía Atómica de Francia y las empresas Dune SLR (Italia), Telkom (Indonesia), Sequans y Siradel (Francia).