3 ANÁLISIS DE MODELOS DE PREDICCIÓN DE LA DEMANDA
5.1 Parámetros de entrada definitivos para el modelo propuesto
Una primera aproximación a los parámetros de entrada que va a utilizar el modelo se presentó en la Tabla 4.4, a partir de los cuales se realizaron ciertos ajustes teniendo en cuenta una serie de supuestos para su implementación y se adicionaron otras variables propuestas, a continuación, se definen los parámetros de entrada ajustados a la situación real de la propuesta para Colombia y los supuestos para la metodología aplicada (Ver Tabla 5.1).
Tabla 5.1 Parámetros base de entrada utilizados en la metodología propuesta y algunos supuestos para la implementación.
Parámetro de entrada
Abreviatura Unidades Tipo de parámetro Supuestos Tiempo t. [año] Vector que lista los años
futuros para los que se realiza la predicción de la demanda de espectro.
Una proyección cercana a la realidad se puede lograr en una perspectiva de no mayor a 5 años. Tecnología de
Acceso de Radio
RAT. [Texto] Vector que lista el tipo de tecnología a tener en cuenta: 2G, 3G, 4G o 5G.
No habrá implementación de 5G en Colombia antes del año 2023. Operador Móvil
de Red
OMR. [Texto] Matriz que configura las características de cada operador de red existente dentro de los años de proyección.
Se configuran 4 operadores independientes con infraestructura de red propia.
Tipo de Banda de espectro
B. [Texto] Vector que se compone de dos opciones de banda: Alta y Baja.
Se obtiene una buena aproximación al caracterizar las bandas en dos grupos, cuya división se da en la frecuencia 1 GHZ.
Geotipo o Tipo de Área
Gt. [Texto] Vector que lista el tipo de urbanización en el área geográfica según densidad urbanística: Urbano denso, Urbano, Suburbano o Rural.
Se definen 4 tipos de áreas, desde rural hasta urbano denso.
Se incluye el entorno urbano denso en ciudades de más de 1 millón de habitantes sobre áreas específicas de alta densidad poblacional con edificios altos. Densidad poblacional por Geotipo Dens. [persona /km2]
Vector que lista las densidades promedio en cada zona atendida
En entornos urbanos denso se calculó la densidad en hora pico para zonas de negocios de alta concurrencia y edificios altos.
104 Parámetro de
entrada
Abreviatura Unidades Tipo de parámetro Supuestos Grupo de
municipios
Gm. [Texto] Vector que lista los municipios clasificados en 4 grupos según población.
Se definen los grupos de municipios en rangos desde menores a 10 mil habitantes, a 100 mil, a 1 millón, y mayor a 1 millón de habitantes. Radio de cobertura R. [km] Distancia de alcance máximo de cobertura de la celda desde la ubicación de la antena.
El máximo radio que alcanza la señal desde una estación base está determinado en función del RAT, la Banda y el Geotipo. A partir de este valor se calcula el área de cobertura de la celda circunscrita en un Hexágono.
Anchura de Banda Mínima de Portadora
ABPmin. [MHz] Vector que contiene para cada RAT la anchura de banda mínima que requiere el canal de la portadora en downlink.
Todas las configuraciones serán de tipo FDD y el ancho para uplink será igual que el de downlink por criterios de simetría.
Eficiencia Espectral
Efic. [bit/s/Hz] Vector que indica la eficiencia espectral para cada RAT
Se toman eficiencias espectrales promedio según mediciones y simulaciones realizadas por los fabricantes y operadores.
Arquitectura de red
Sect. Entero Matriz que indica el número de sectores estándar para cada RAT en cada Geotipo
Se establece una cantidad de sectores mínima para dar cobertura adecuada en la cobertura de la celda
Factor de reúso FR. [Adim.] El factor de reúso de frecuencias permite que un número mínimo de frecuencias sean utilizadas en una red celular asegurando la no- interferencia co-canal entre las celdas.
Un factor de reúso de 1 indica que la misma frecuencia se puede utilizar en las celdas adyacentes. Se aproxima el factor como la división entre el número de portadoras de diferente frecuencia requeridas en un mismo clúster de celdas. Las celdas son representadas en forma hexagonal.
Códec de voz Códec. [kb/s] Factor de conversión utilizado para muestrear la señal de voz y convertir entre analógico y digital
Se tomará la tasa de digitalización más utilizada en sistema GSM y UMTS.
Fuente: Elaboración propia.
Además de los parámetros base de entrada del modelo, existen otros que requieren ser procesados estadísticamente para calcular su proyección a futuro hasta un tiempo establecido de 5 años a partir del 2018. Estos parámetros se clasifican en proyecciones
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demográficas, proyecciones de tráfico en las redes móviles y proyecciones del mercado del servicio móvil. En la Tabla 5.2 se presentan los parámetros que se calcularon con base en cifras históricas analizadas a lo largo del presente documento de tesis.
Tabla 5.2 Parámetros de entrada que se proyectaron a 5 años para Colombia
Parámetro de entrada Unidades Tipo de
parámetro
Referencia estadística base Población Colombiana por año personas Demográfico Estadísticas DANE
– Sección 4.2.1 Flujo de datos internet móvil al año [TB/año] Tráfico
Figura 4.1 - Sección 4.1 Datos de internet móvil consumidos por demanda [TB/año] Tráfico
Datos de internet móvil consumidos por suscripción [TB/año] Tráfico
Cantidad de suscriptores de internet móvil usuarios Mercado Figura 4.5 - Sección 4.1 Cantidad de abonados de internet móvil usuarios Mercado Figura 4.4 - Sección
4.1 Cantidad de usuarios de telefonía móvil usuarios Mercado Figura 4.3 - Sección
4.1 Cantidad de minutos de servicio de voz móvil
utilizados al año
[minutos] Tráfico Figura 4.2 - Sección 4.1 Cantidad de minutos de servicio de voz móvil
distribuido por operador
[minutos] Tráfico Figura 4.28 –
Sección 4.2.4 Porcentaje de Usuarios de Internet 2G y su
distribución entre los operadores
% Mercado Figura 4.19 - Figura 4.20 - Figura 4.21 - Figura 4.22 - Figura
4.23 - Tabla 4.8 Sección 4.2.3 Porcentaje de Usuarios de Internet 3G y su
distribución entre los operadores
% Mercado
Porcentaje de Usuarios de Internet 4G y su distribución entre los operadores
% Mercado
Porcentaje de usuarios de telefonía móvil 2G y su distribución entre los operadores
% Mercado Figura 4.24 - Figura 4.25 - Figura 4.26 -
Figura 4.27 –
Sección 4.2.4 Porcentaje de usuarios de telefonía móvil 3G y su
distribución entre los operadores24
% Mercado
Porcentaje de tráfico de internet 2G y su distribución entre los operadores
% Tráfico Figura 4.16 - Figura 4.17 - Figura 4.18 –
24 La distribución específica de telefonía móvil para 3G y 2G se obtuvo de fuente privada de Tachyon Consultores, debido a que no se reporta de forma pública este tipo de información discriminada por tecnología.
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Parámetro de entrada Unidades Tipo de
parámetro
Referencia estadística base Porcentaje de tráfico de internet 3G y su distribución
entre los operadores
% Tráfico Sección 4.2.2
Porcentaje de tráfico de internet 4G y su distribución entre los operadores
% Tráfico
Fuente: Elaboración propia.
A continuación, se describen cada uno de los parámetros base de entrada: • Vector tiempo:
Tiempo
2018
2019
2020
2021
2022
La evaluación de evolución en las tendencias tecnológicas indica que un horizonte a 5 años es adecuado para predecir la demanda de espectro en cada año de 2018 a 2022, esto debido a los cambios rápidos en la generación de nueva tecnología disruptiva y en la variabilidad de los hábitos de consumo en el mercado móvil. Tratar de predecir las condiciones en una proyección mayor de 5 años no sería confiable.
Cada uno de estos años estará caracterizado por otros parámetros, es decir, cada momento temporal estará descrito por el mercado móvil, determinado despliegue de tecnología, una cantidad definida de operadores y cierta cantidad de espectro disponible. Por ejemplo, se configura la siguiente matriz indicando los operadores de red móvil que se estima estarán activos para cada año, donde no se considera el ingreso de nuevos operadores al mercado, ni la desaparición o fusión de los existentes:
Operador
2018
2019
2020
2021
2022
Comcel
Sí
Sí
Sí
Sí
Sí
Telefónica
Sí
Sí
Sí
Sí
Sí
TigoUNE+ETB
Sí
Sí
Sí
Sí
Sí
Avantel
Sí
Sí
Sí
Sí
Sí
En Colombia existen en total 6 empresas que adquirieron espectro propio para el despliegue del servicio, de las cuales 2 no realizan despliegue independiente de infraestructura para servicio móvil, debido a que una de ellas, ETB realiza sus
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operaciones de despliegue en conjunto con el apoyo de TigoUNE quienes se unieron para participar en la subasta y adquirir espectro en común, es por eso que para los topes de espectro en la próxima subasta a TigoUNE se le contabiliza la totalidad de espectro adquirido en la alianza ETB+TigoUNE; por otra parte, el segundo operador mencionado es DirecTV, quien a pesar de que adquirió espectro en la subasta de espectro 4G, no lo está utilizando para servicio móvil sino para ofrecer acceso a internet fijo inalámbrico dentro de su paquete de servicios convergentes. Por esta razón, para la realidad del mercado colombiano, se contabilizan 4 operadores OMR.
Además, tener 4 operadores independientes con red propia es una configuración típica en países comparables con Colombia y donde las licencias son de nivel nacional y no regional.
• Vector Tecnología de Acceso de Radio
RAT
2G
3G
4G
5G
En esta propuesta se desagrega el RATG1 definido por la UIT de tal forma que se diferencie entre 2G y 3G. De esta forma, combinando los RATG1 y RATG2, se propone caracterizar las tecnologías por separado para 2G, 3G y 4G, por otra parte, en el estudio realizado se encontró que la tecnología 5G no alcanzaría a desplegarse en Colombia antes del 2023. Algunas de las razones son: debido a que solamente hasta finalizar el año 2019 se definirá en la UIT las bandas identificadas para 5G [84]; y además, las especificaciones técnicas finales del 3GPP para 5G (Releas 16) estarán disponibles a partir del 2020 [85]; después de esto, el proceso de atribución y asignación de frecuencias en Colombia y de adopción de tecnología en el país tomaría un tiempo de mínimo 3 años. Sin embargo, se deja dentro de las variables del modelo para permitir futuras actualizaciones.
• Vector de Banda de frecuencia:
Banda
Baja
Alta
Por las características de propagación y de ancho de banda, las frecuencias se pueden clasificar en dos tipos de bandas; las menores a 1 GHz que llamaremos Banda Baja y por
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otro lado las mayores a 1GHz que llamaremos Banda Alta, donde las primeras se caracterizan por alcanzar mayores distancias de propagación y poder bordear ciertos obstáculos al ser de bajas frecuencias, por esto se les denomina bandas de cobertura; mientras que el segundo grupo al estar en frecuencias altas tienen la posibilidad de utilizar mayor ancho de banda que se traduce en mayor tasa de transmisión de datos, además, que por tener poco alcance de cobertura podrá atender menor cantidad de usuarios para así entregar mayor capacidad a cada uno.
• Operador Móvil de Red:
Para cada operador de Red se realiza una matriz característica conformada por los respectivos parámetros en que se encuentra activo: tiempo, tecnología RAT y tipo de Banda, de acuerdo a la realidad presente y futura (a 5 años) en Colombia. Debido a que se definió el mercado típico colombiano con 4 operadores con red propia independiente, se configuran cuatro matrices que se muestran a continuación; uno de los supuestos relevantes es que en el año 2018 se efectuará la subasta y asignación de la banda de 700 MHz, proceso anunciado y en consulta pública desde el 2015 [27], lo que permitirá desplegar tecnología 4G en estas bajas frecuencias, hecho muy importante en especial para el operador Tigo quien hasta el momento no cuenta con bandas bajas de espectro en Colombia.
COMCEL Bandas Bajas Bandas Altas
2G 3G 4G 5G 2G 3G 4G 5G 2018 Sí Sí Sí No Sí Sí Sí No 2019 Sí Sí Sí No Sí Sí Sí No 2020 Sí Sí Sí No Sí Sí Sí No 2021 Sí Sí Sí No Sí Sí Sí No 2022 Sí Sí Sí No Sí Sí Sí No
TELEFÓNICA Bandas Bajas Bandas Altas
2G 3G 4G 5G 2G 3G 4G 5G 2018 Sí Sí Sí No Sí Sí Sí No 2019 Sí Sí Sí No Sí Sí Sí No 2020 Sí Sí Sí No Sí Sí Sí No 2021 Sí Sí Sí No Sí Sí Sí No 2022 Sí Sí Sí No Sí Sí Sí No
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TIGOUNE Bandas Bajas Bandas Altas
2G 3G 4G 5G 2G 3G 4G 5G 2018 No Sí Sí No Sí Sí Sí No 2019 No Sí Sí No Sí Sí Sí No 2020 No Sí Sí No Sí Sí Sí No 2021 No Sí Sí No Sí Sí Sí No 2022 No Sí Sí No Sí Sí Sí No
AVANTEL Bandas Bajas Bandas Altas
2G 3G 4G 5G 2G 3G 4G 5G 2018 No No Sí No No No Sí No 2019 No No Sí No No No Sí No 2020 No No Sí No No No Sí No 2021 No No Sí No No No Sí No 2022 No No Sí No No No Sí No
• Geotipo y densidad poblacional
En busca de realizar los cálculos acordes con la realidad urbanística en Colombia, se realizó una revisión de 4 tipos de áreas pobladas que llamaremos Geotipos, donde cada uno impacta de forma diferente en las condiciones de propagación de la señal de radio según la concentración de personas en determinado momento del día y la configuración urbanística de edificios. Un aspecto a destacar es que se incluyó el tipo de zona urbano denso.
Geotipo Característica Densidad
[personas/Km2]
Urbano Denso
Para nuestro propósito, se define como un entorno urbano en ciudades de más de 1 millón de habitantes sobre un área pequeña, es decir, con alta densidad poblacional
76.000
Urbano Un área urbana está caracterizada por tener grandes edificios
comerciales, de oficinas y residenciales, para nuestro propósito corresponde al centro de las ciudades principales con menos de 1 millón de habitantes.
17.000
Sub-urbano Un área suburbana está caracterizada por edificios comerciales
y residenciales alturas entre 1 a 6 pisos, una buena aproximación es definir como zona suburbana todos los cascos urbanos en municipios con más de 10.000 habitantes).
9.000
Rural Se define como todas aquellas zonas que no entran dentro de la
definición de zonas Urbanas o Suburbanas.
110 • Radio y área de Cobertura:
En este contexto, el radio se entiende como la distancia de un círculo que circunscribe un polígono regular, para los cálculos de redes móviles se utiliza típicamente un hexágono. Para los cálculos implementados, el máximo radio promedio que alcanza la señal desde una estación base está entre 0,3 y 5 km ya que se calcula en función del RAT, la Banda y el Geotipo. A partir de esta distancia se calculó el área del hexágono, en total se obtienen, de 4 Geotipos x 3 RAT, 12 valores de área para bandas bajas y otras 12 áreas para bandas altas.
• Anchura de Banda Mínima de Portadora:
RAT 2G 3G 4G 5G
ABPmin [MHz] 1,8 5 10 ND25
Cada tecnología de acceso se caracteriza tecnológicamente por requerir un ancho de banda mínimo para proveer capacidades de transmisión aceptables. Para el caso de 2G se requiere instalar mínimo 8 canales de 200 MHz más un canal de control lo que suma 1,8 MHz; para 3G se requieren 5 MHz [81] y para 4G se sugieren un ancho de 10 MHz para proveer suficiente capacidad banda ancha [26].
• Eficiencia Espectral
A partir de la recopilación de cifras disponibles en varias referencias bibliográficas que se analizaron en la Sección 4.2.5, se establecieron los siguientes valores promedio de eficiencia espectral para cada RAT 2G, 3G y 4G [78] [79] según las especificaciones tecnológicas de mayor implementación en Colombia [45] para utilizar en los cálculos de espectro.
RAT
Eficiencia
[bps/Hz]
2G
0,17
3G
0,5
4G
1,68
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• Arquitectura de red (número de sectores por estación base)
El número de sectores por estación base está relacionado con la posibilidad de utilizar la misma frecuencia en los sectores adyacentes de una misma celda, pero también dependiendo de la necesidad de ubicar varios sectores dependiendo de la densidad de usuarios en un área determinado, es decir, se determina para cada RAT cuántos sectores se colocan en una zona urbana densa, urbana, suburbana y rural. El valor utilizado es de 3 sectores en zonas urbanas o urbanas densas, 2 sectores en zonas suburbanas y 1 sector en zona rural.
• Factor de reúso
De acuerdo a la descripción dada en la sección 4.2.5, el factor de reúso para 3G y 4G es de 1, lo que significa que es posible utilizar la misma frecuencia en celdas adyacentes del mismo clúster o grupo de celdas, así como también se puede utilizar la misma portadora en los diferentes sectores, a diferencia de 2G, en donde se requiere distribuir 3 portadoras de diferente frecuencia en el clúster de celdas para cubrir un área de interés realizando una configuración de diseño con celdas hexagonales.
Factor de reúso de
2G
1/3
Factor de reúso de
3G
1
Factor de reúso de
4G
1
• Códec de voz:Para convertir la voz análoga a señal digital se utiliza un códec de 12,2 kbps. [81] • Otros parámetros de mercado:
Nombre parámetro
Valor
Unidades
Días por mes en uso Voz
25 días/mes
Días por mes en uso Internet
30 días/mes
%hora pico voz
10% %Día/ HoraPico
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Nombre parámetro
Valor
Unidades
% Downlink respecto al tráfico
total de internet
85% [%]
MoU/mes/usuario
158 min/mes/usuario
Para efectos de diseño, se realizan estimaciones basadas en estadísticas reales de uso de servicio móvil, en donde se calcula que durante un mes existen determinada cantidad de días en que ocurren horas de máximo tráfico llamadas Hora Pico, de esta manera, se de acuerdo a las estadísticas se asume que un mes de uso de telefonía móvil está compuesto por 25 días, mientras que en uso de internet móvil el mes se compone de 30 días en donde se genera tráfico máximo en hora pico. Estos valores sirven para calcular el tráfico promedio por segundo a partir de los datos de tráfico mensual o trimestral. Luego de calcular el tráfico diario promedio, se utiliza el valor estadístico que indica el porcentaje del tráfico diario que ocurre en hora pico, el cual debe ser mayor a 4,2% pues este valor mínimo corresponde a un porcentaje base de distribución uniforme en 24 horas. Respecto al tráfico de datos, se tiene referencias de que la mayor parte del tráfico que generan los usuarios de internet es downlink, con una aproximación promedio de 85% de tráfico de descarga respecto al total.
De los parámetros anteriores y con base a las estadísticas de tráfico de minutos de voz móvil y del total de usuarios de telefonía móvil, se construye como parámetro de entada el promedio mensual de uso de minutos por usuario y a partir de esta base de calcula el throughput de tráfico de la señal de voz digitalizada utilizando el códec de voz. El throughput promedio se expresa entonces en unidades de kilobits por segundo por usuario en hora pico.
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6 RESULTADOS OBTENIDOS AL IMPLEMENTAR LA METODOLOGÍA
PROPUESTA
Utilizando el procedimiento propuesto en el capítulo 5, se obtuvieron las cifras de cantidad de espectro que, de forma estimada, se requerirá en un mercado y entorno como el de Colombia durante los años 2018 hasta 2022 para cubrir la demanda de tráfico generada por los usuarios de telefonía móvil e internet móvil. Estos resultados se presentan en la Figura 6.1, con un valor total por cada año que va desde 412 MHz en el 2018 hasta 805,2 MHz en el 2022. En la misma gráfica se presenta, desglosado en barras verticales, el espectro requerido en banda alta y el espectro calculado en banda baja.
Figura 6.1 Estimación en la demanda de espectro móvil por año para Colombia
Fuente: Elaboración propia
Los resultados aquí presentados corresponden a un escenario conformado por las variables y supuestos definidos en la sección 5.1; esto incluye un mercado de servicio móvil con 4 operadores de red con las características propias de cada uno y quienes tienen espectro asignado durante los años proyectados para mínimo un tipo de RAT de tecnología móvil, de esta forma, el resultado final es la suma del espectro requerido en todos los RAT de todos los operadores, tal que se logre cubrir la demanda nacional y al mismo tiempo exista competencia en este mercado.
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Se calculó el requerimiento para cada uno de los 4 Geotipos descritos en la tesis, en donde para cada tipo de zona geográfica (Geotipo) se simuló un despliegue de red utilizando bandas bajas y bandas altas, con una distribución de cargas entre las bandas tal que fuera consistente con la realidad colombiana en cuanto a disponibilidad de espectro atribuido en Colombia, de acuerdo a la información presentada en la sección