Las femtoceldas son estaciones base de baja potencia y bajo costo que proveen servicios celulares a nivel residencial, ofrecen una cobertura de aproximadamente 10 m [1]. Se integra con el operador móvil mediante una conexión de banda ancha, típicamente ADSL. En General, la femtocelda hace que el tráfico del sistema celular proveniente del hogar, se desvíe por la conexión de banda ancha, liberando el consumo de recursos de la macrocelda.

El 3GPP ha introducido el concepto de Closed Subscriber Group (CSG), que en esencia identifica a un grupo de suscriptores que tienen permiso de acceso a una o varias celdas. Las femtoceldas pueden operar básicamente de tres modos diferentes: acceso abierto, acceso cerrado y una combinación de los anteriores denominado acceso híbrido [2] y [3], a continuación se explican cada uno de los modelos de acceso:

• Acceso abierto: En este caso, el UE puede tener acceso a la femtocelda sin ningún tipo de restricción, esto se aprecia en la Figura # 1 donde el UE2 tiene acceso sin restricción a la femtocelda en el edificio.
• Acceso cerrado: El administrador de la femtocelda define los únicos usuarios (CSG) que pueden tener acceso a la red. Para este modo, se exceptúan las llamadas de emergencia.
• Acceso híbrido: En este tipo de acceso, una cantidad limitada de recursos es asignada para permitir acceso a usuarios que no forman parte del CSG.

Figura # 1. Ejemplo de diversos métodos de acceso a femto-celdas [2]: acceso abierto, acceso cerrado y acceso híbrido.

La red de telecomunicaciones de un ISP (Proveedor de Servicios de Internet) es en realidad una interacción de diversos tipos de redes, dentro de las que puede destacar LTE (4G) como una red de acceso al usuario final. El flujo de información que llega al usuario, atraviesa diversas infraestructuras por las que el proveedor de servicios realiza el tránsito de los datos, bajo esta perspectiva se comentarán algunos de los puntos necesarios de tener en cuenta a la hora de asegurar la QoS (Calidad de Servicio) en este tipo de entornos.

Desde el punto de vista de gestión, LTE permite definir perfiles y clases de servicios, los cuales son claves cuando se negocian los requerimiento de QoS del móvil durante el establecimiento de una comunicación, el tránsito de los paquetes durante la misma, incluso en los traspasos. Sin embargo, para asegurar la QoS extremo a extremo es necesario tener en cuenta tanto la red de acceso como la de transporte.

Red de transporte

Un escenario típico de un proveedor se servicios de Internet podría describirse como se muestra en la Figura # 1, en ella se puede ver como LTE solamente forman parte de la red de acceso de un proveedor. El ISP posee diversos tipos de redes de acceso, en función de los servicios que brinda. Toda la infraestructura necesaria para el transporte de la información proveniente de las redes de acceso, debe de transitar por el núcleo de red, éste también se interconecta con otros tipos diferentes de redes, donde usualmente se ubica el servicio final al que el usuario desea acceder (Internet, PSTN, servicios ftp, video streaming, voz u otros).

Figura # 1. Topología simplificada de un ISP [2].

Sistemas Duplex para transmisión: LTE-FDD y LTE-TDD

FDD (Frecuency Division Duplex) es un esquema de transmisión y recepción de señales, este sistema permite una comunicación full duplex utilizando dos frecuencias diferentes, una para el enlace descendente y otra para el ascendente, manteniendo una banda de separación entre dichas frecuencias con la finalidad de no traslapar los canales, esto hace que la eficiencia espectral de FDD no sea muy buena. Sin embargo, una de las ventajas de este esquema de multiplexación es que no introduce retardos ni latencia adicional.

Por otro lado, TDD (Time Division Duplex) es otra técnica de multiplexado para comunicaciones que utiliza un solo canal, o frecuencia, para la transmisión de información, en este caso la transmisión y la recepción se realiza por la misma frecuencia pero con diferencias de tiempo y una separación temporal entre los dos sentidos de la comunicación, haciendo más eficiente el uso del espectro. La multiplexación TDD realiza una asignación temporal para los sentidos de comunicación, además del tiempo de guarda, esto hace que sea más sensible a los retardos y la latencia.

Algunas comparaciones:

• En cuanto a la distancia FDD presenta mejores características a más largas distancias que TDD, de tal manera que TDD tiene más aceptación en escenarios donde las distancias son más cortas.
• La propagación de las señales también presenta características diferentes, ya que TDD utiliza una sola frecuencia, esto hace que el canal como tal, presente las mismas características en las transmisión y en la recepción.
• En FDD cada uno de los canales presenta diferentes características de propagación en función de la frecuencia utilizada.
• La diferencia de frecuencias de los canales FDD, produce que la capacidad de cada canal dependa de la frecuencia asignada por las autoridades reguladoras.
• En TDD es más sencillo hacer una distribución dinámica de la capacidad del downlink y el uplink con la finalidad de satisfacer las características de la demanda de recursos.

Las asignaciones de frecuencias que ha establecido el 3GPP para el uso de TDD y FDD se muestran la siguiente figura:

Figura # 1: Bandas de frecuencias para LTE FDD y TDD [1].

Las macroceldas no son muy eficientes [1] en el ámbito residencial debido a los problemas de penetración que se han mencionado en un artículo anterior, además, en las macroceldas se encuentran muchos usuarios y es más difícil proveer QoS a todos ellos. Por estos motivos los Proveedores de Servicios de Internet (ISP) han optado por la implementación de femtoceldas a nivel residencial con el fin de aumentar la calidad de los servicios brindados.

Las femtoceldas son estaciones base de baja potencia y bajo costo que proveen una alta calidad de los servicios celulares a nivel residencial, en este ámbito ofrecen una cobertura de aproximadamente 10 m [2], están diseñadas para integrarse de manera automática a las redes macrocelulares. Se integra con el operador móvil mediante una conexión de banda ancha, típicamente ADSL [2, 3], como puede apreciarse en la Figura # 1. Sin embargo también se puede realizar por medio de un enlace radio como se menciona en [4]. En General, la femtocelda hace que el tráfico del sistema celular proveniente del hogar, se desvíe por la conexión de banda ancha, liberando el consumo de recursos de la macrocelda.

Figura # 1: Femto-celda típica [3].