Resultados de la simulación de la primera etapa

Para la modelación de la primera etapa se emplearon estaciones base distribuidas Huawei DBS3900, con los siguientes parámetros:

Potencia de Tx: 40 dBm. Pérdidas de línea: 1,1 dB.

Patrón de radiación: Cardio (sectorial). Ganancia de antena: 15 dBi.

El dispositivo empleado para analizar el barrido de cobertura es un CPE fijo Huawei BM626 el cual tiene los parámetros siguientes:

Potencia de Tx: 27 dBm

Sensibilidad del Rx: - 95,5 dBm Patrón de antena: Omnidireccional Ganancia de antena: 3,5 dBi Pérdidas de línea: 0,5 dB

El primer barrido se realizó para una modulación de 16 QAM(1/2), con el dispositivo a una altura de 1m sobre el suelo. La sensibilidad para esta modulación debe ser de -82,29 [57].

En la figura 3.1 se muestran los resultados de esta primera simulación. Tanto en esta figura como en las demás, cada color representa una frecuencia diferente en la gama del espectro aprobada por el MIC.

Figura 3.1. Simulación de cobertura con 4 sectores WiMAX.

En la figura 3.1 se observan algunos huecos de cobertura, se hicieron nuevas simulaciones manteniendo la modulación (sensibilidad) 16 QAM(1/2) y aumentando la altura del receptor. Los huecos de cobertura de los sectores 1 y 2 de la BS Loma de la Cruz fueron resueltos aumentando a 4m la altura del receptor. El hueco de cobertura del sector 1 de la BS ETECSA (amarillo) se cubre casi totalmente aumentando la altura del receptor a 4m, solo en una pequeña área la altura debe ser de 6m. En el hueco de cobertura del sector 2 de la BS ETECSA (rojo) la altura del receptor se fijó a 6m y no logró cobertura total (~80%), el 20 % restante se alcanza con modulación QPSK (6m). Al sector 1 de la BS de la loma de la cruz se le corrieron 5° para poder dar cobertura a la Universidad de Holguín, pues desde ETECSA fue imposible incluso a alturas elevadas. En la figura 3.2 se muestran las nuevas simulaciones con los cambios referidos.

Figura 3.2. Los huecos de cobertura son resueltos aumentando la altura de los receptores.

3.3 Despliegue por capacidad.

Ya para esta fase se supone que la nueva tecnología es conocida por la población, debido al impacto de la fase inicial, lo que debe resultar en que el usuario se decida más rápidamente a la compra de los equipos terminales. En esta fase es donde se despliega la red EPON. En el ANEXO IV se muestra la red híbrida propuesta. En el ANEXO V se muestran los equipos conectados a cada puerto del OLT.

Red Óptica Pasiva.

Para la parte óptica, de la Central salen dos rutas que como se aprecia en el Anexo IV, una va hacia el oeste y otra al norte, cada una ocupa puertos independientes en el OLT S6503. La tarjeta de servicio propuesta es la LS8M1T12P, que tiene interfaces híbridas ópticas y eléctricas. Solo son necesarios 2 puertos ópticos, uno por cada ruta, los otros dos pueden emplearse para dar redundancia a cada enlace. La tarjeta también tiene 12 puertos 10/100/1000BASE-T RJ45, con ellos

se les da servicio a los sectores WiMAX ubicados en la Dirección Territorial.

La topología empleada en la distribución óptica es en árbol, debido principalmente a que se pueden emplear menor cantidad de fibras desde el OLT, incluso pueden utilizarse fibras existentes con la subsiguiente optimización de cables, labores de tendido y ocupación de conductos. No se recomienda hacer anillos pues con las rutas de fibra propuestas, solo podría cerrarse un anillo, y este no garantizaría adecuadamente la protección de la mayor parte de las BS, que son los puntos más importantes de la red. No obstante, se recomienda la instalación de cables de mayor cantidad de fibras que las necesarias creando las condiciones para crecimientos futuros y posibles cierres de anillo de mayor alcance. El cálculo económico está hecho en base a esta recomendación.

Se emplean dos splitters primarios (primera división) 1:8 y 15 splitters secundarios (segunda división) de 1:4. Con este diseño se aseguran, además de los sitios propuestos, un número de salidas de reserva que posibilita la conexión de nuevos sitios FTTB, distribuciones fijas Outdoor/DSL, así como la inserción de nuevas BS WiMAX o GSM.

Red de acceso WiMAX.

En este epígrafe se analiza el segmento WiMAX de la red, la capacidad de la misma, el cálculo de tráfico, la ubicación de las Estaciones Base y la simulación de cobertura.

Tipos de usuarios.

Los usuarios de interés pueden definirse en dos grupos principales, los residenciales y los del sector empresarial. Hay que tener en consideración que la red PON asumirá como solución FTTB un número importante de centros de importancia de tráfico elevado, por lo que la red inalámbrica será destinada a residenciales y empresas más pequeñas. La velocidad de bajada a los usuarios residenciales será de 512 kbps y para los usuarios empresariales será de 1 Mbps. Se asume como criterio práctico de diseño, para la red WiMAX, un 20 % de usuarios del sector empresarial y el 80 % del sector residencial.

Relación de sobresuscripción o razón de contención.

La relación de sobresuscripción (OSR) o razón de contención (CR) es un parámetro estadístico que permite estimar la cantidad máxima de usuarios de acuerdo al nivel de tráfico ofrecido. Esto se debe a que los usuarios no se conectan al mismo tiempo y todos los usuarios no utilizan al mismo tiempo la

máxima tasa de transmisión. El CR por tanto da la medida de la simultaneidad de usuarios para dimensionar el Sistema.

Para los residenciales, la razón de contención es típicamente de 30 y para el sector empresarial de 10. A la hora de realizar el planeamiento de la red las velocidades a utilizar serán de 512/30=17 kbps y 1000/10=100 kbps respectivamente [64].

La Capacidad de bajada promedio por abonado puede calcularse como: Cprom=0.8x17+0,2x100=13,6+20 = 33,6 Kbps.

Capacidad

En la tabla 10 se muestra la Capacidad de WiMAX móvil en ambos sentidos para canales de 5Mhz y 10 Mhz y diferentes modulaciones [65].

Tabla 10: Tasas de datos en WiMAX móvil [65].

Modulación Tasa de código Canal de 5 MHz Canal de 10 MHz DL, Mbps UL, Mbps DL, Mbps UL, Mbps 16QAM 1/2 6,34 4,57 12,67 9,41 3/4 9,5 6,85 19,01 14,11 64 QAM 1/2 9,5 6,85 19,01 14,11 2/3 12,67 9,14 25,34 18,82 3/4 14,26 10,28 28,51 21,17 5/6 15,84 11,42 31,68 23,52

Para simplificar los cálculos se asumirán todos los sectores con la misma tasa de datos. A través de la simulación debe garantizarse que al menos el 90 % del área total puede ser cubierta con modulación 64QAM(3/4), un 5 % con modulación 64QAM(1/2) y un 5 % con modulación 16QAM(1/2). Empleando la expresión XV la capacidad de bajada de cada sector será:

C

=0,9∗C

0,05∗C

0,05∗C

Sustituyendo valores:

C

=0,9∗28,510,05∗19,010,05∗12,67

Con la capacidad de cada sector y la velocidad promedio por usuario ya se está en condiciones de realizar un planeamiento de la red de acceso. En la tabla 11 se muestran los cálculos de la cantidad de sectores necesarios para un determinado índice de penetración de la red inalámbrica.

Tabla 11: Cantidad de sectores WiMAX en función de la penetración deseada.

Penetración (en % de hogares)

Cantidad de servicios de datos

Tasa de datos de toda el Área (Mbps) Número de sectores 10.00% 3648 122.59 4.5 20.00% 7297 245.18 9 30.00% 10945 367.77 13.5 40.00% 14594 612.95 18

Para el diseño se escoge una penetración del 30 %, para la cual son necesarios 13 sectores. En la tabla 12 se muestra la relación de los sectores simulados.

Tabla 12: Relación de sectores para el despliegue de la segunda etapa.

Sitio Sector

Ángulo barrido (°) Altura de antena Alcance (Km) desde hasta

Loma de la Cruz sector_1 0 120

60 m 1 sector_2 120 240 1 sector_3 240 360 1,5 ETECSA sector_1 0 120 40 m 1 sector_2 120 240 0,9

Facultad de Medicina sector_1 10 130

14 m

1,1

sector_2 130 250 1,1

sector_3 250 10 0,8

Seminternado “Seremos como el Ché”

sector_1 120 240 14 m 1

sector_2 240 360 1

Edificio P. Blanca sector_1 60 180 12 m 1

sector_2 180 300 1

3.3.1 Resultados de la simulación de la segunda etapa.

El primer barrido de cobertura se realiza con la modulación 64QAM(3/4), con el dispositivo receptor de prueba a una altura de 1m sobre el suelo. La BS y el dispositivo receptor son los mismos que los empleados en la simulación de cobertura. En la figura 3.3 se muestran los resultados. Como en las simulaciones anteriores, cada color representa una frecuencia diferente en la gama aprobada por el MIC. En este caso específico se utiliza todo el espectro disponible, tratando de evitar al máximo la interferencia co-canal. Es por esta razón que no se tienen en cuenta los efectos de esta interferencia.

Figura 3.3. Barrido de cobertura con modulación 64QAM(3/4).

En la figura 3.3 se cumple la premisa de alcanzar al menos el 90 % del área total con la máxima modulación, sin embargo aparecen huecos de cobertura que deben ser alcanzados. Para ello se realizaron varias simulaciones posteriores lográndose el objetivo perseguido. La idea fue mantener la máxima modulación posible, aumentando la altura del receptor. En la figura 3.4 se muestran los resultados de las nuevas simulaciones.

Figura 3.4. Solución a los huecos de cobertura.

En la tabla 13 se resumen las modulaciones y altura de receptor necesarios para eliminar los huecos de cobertura.

Tabla 13: Modulaciones y altura del receptor para eliminar los huecos de cobertura.

Posición del hueco de cobertura Modulaciones y altura para conseguir cobertura

Stio Dist a la BS (Km) Ángulo (°)

Mín Máx Mín Máx

Fac. de Medicina

0,3 0,5 278 300 64QAM(2/3)_4m

0,5 0,7 30 43 64QAM(3/4)_4m; 16QAM(3/4)_4m

0,8 1 95 105 64QAM(3/4)_4m; 64QAM(2/3)_2m

Loma de la Cruz 1 1,3 245 255 16QAM(3/4)_4m (1₎

0,8 0,95 70 85 16QAM(1/2)_4m; QPSK(1/2)_6m (2₎

“Seremos como el Ché” 0,7 0,9 128 136 64QAM(3/4)_2m; 64QAM(3/4)_4m 1 1,2 120 135 64QAM(3/4)_1m 0,7 0,85 271 280 64QAM(3/4)_4m Universidad HO 0,7 0,75 12 25 64QAM(3/4)_2m

Edif. P. Blanca 0,6 0,76 187 195 64QAM(3/4)_2m

0,6 0,9 68 82 64QAM(3/4)_4m

(1_{)_Desde la BS Facultad de Medicina se logra cobertura con 64QAM(3/4)_1m.}

(2_{)_Desde la BS Seminternado “Seremos como el Che” se tiene cobertura con 64QAM(3/4)_1m.}

Con las simulaciones realizadas se cumplen las premisas iniciales de alcanzar con la máxima modulación al menos el 90% del área y un 10 % con modulaciones entre 64 QAM(1/2) y 16 QAM(1/2). Por tanto, según el modelo, es posible implementar la red planeada.

Cálculos según el modelo SUI.

Además de los resultados obtenidos mediante el software Radio Mobile basado en el modelo de propagación ITM (Irregular Terrain Model) o modelo Longley-Rice, se realizaron cálculos mediante el modelo SUI detallado en el capítulo 2. Se realizó mediante la creación de una hoja de cálculo con las fórmulas del modelo.

Se hicieron los cálculos para tres alturas de antena transmisora 14m, 16m y 18m. Los resultados indican la máxima distancia en función de la altura del receptor. En la tabla 14 se muestran estos resultados.

Tabla 14: Máxima distancia que alcanza la modulación 64QAM según el modelo SUI.

Antena Tx a 14 m Antena Tx a 16 m Antena Tx a 18 m

Altura Rx f1 f2 f1 f2 f1 f2 1m 663 m 653 m 714 m 704 m 761 m 749 m 1.5 m 780 m 769 m 847 m 834 m 907 m 893 m 2 m 877 m 864 m 955 m 941 m 1027 m 1012 m 2.5 m 959 m 946 m 1049 m 1034 m --- --- f1= 2555MHz; f2=2625MHz.

Los resultados de este modelo son similares a los alcanzados con el modelo Longley-Rice, sin embargo, el modelo SUI es más exigente en la altura de las antenas transmisoras y receptoras, por lo que se recomienda que en la implementación se tenga en cuenta los resultados del mismo. La tabla

14 puede servir como guía en el momento de instalar las antenas receptoras de cada usuario según la distancia a la torre transmisora y frecuencia de operación de la misma.

Sentido ascendente.

Hasta el momento solo se ha tratado la dirección descendente. En primer lugar es la dirección que necesita garantizar una mayor tasa de datos y en segundo lugar las modulaciones a implementar para conseguir estas tasas elevadas exigen una SNR elevada. En sentido ascendente, es posible implementar modulaciones más robustas dado que lo esencial es mantener la conexión.

Las simulaciones con Radio Mobile indicaron que los dispositivos de usuario pueden trabajar también a la máxima modulación en la mayor parte del área de cobertura. Los huecos de cobertura en sentido descendente presentaron menores problemas en UL (esto se debe a la mayor sensibilidad en Rx de la BS). Los enlaces deficientes se solucionaron incrementando la altura del CPE transmisor, debido a que en Radio Mobile no es posible implementar una interfaz aire OFDM con modulación adaptativa. Se considera que para modulaciones más robustas (QPSK, BPSK) la conexión mejore notablemente.

Servicios.

En Cuba la situación de los servicios de telecomunicaciones en sentido general es desfavorable. El acceso a los servicios en la red fija es escaso y su diversidad es muy pobre. Existe un escaso despliegue de servicios de Internet. No hay madurez en el tráfico de paquetes y las redes IP son escasas. No se ha pensado con objetividad el paso a todo IP ni existen condiciones para ello [16]. A pesar de los esfuerzos realizados, aún la salida Internacional es limitada en ancho de banda. Es una situación que, aunque existiese la voluntad de revertir, tomaría tiempo y recursos. Por tanto, en este contexto, la utilización de WiMAX es válida dado que permite una gama de servicios adecuados a nuestra realidad y sobre todo: es económicamente viable.

Con WiMAX puede ofrecerse una cartera de servicios atractiva. Entre ellos los típicos servicios de Internet que no requieren un gran ancho de banda y que no son en tiempo real como email, FTP navegación web (>10 kbps). A estos se añaden: escuchar música o audio por Internet (>128 kbps),

Push-to-talk (>20 kbps), VoIP (<64 kbps), etc [66].

En el caso de los servicios de video, las transmisiones en streaming consumen un ancho de banda que depende de varios factores como el formato y el codec utilizado, valores típicos de canales SDTV se encuentran entre 324 kbps (celulares) y 1Mbps (televisor de 42” en formato 16:9), un ejemplo muy

común puede ser 1 televisor de 26” de 4:3, la tasa de datos para este puede ser menor a 850 kbps. Una parte de los usuarios podría recibir este servicio pues hay un 20 % calculado para 1Mbps. Hay que considerar que las transmisiones unicast generan un stream por usuario. Si se emplean transmisiones multicast la cantidad de usuarios puede incrementarse considerablemente. Un ejemplo de servicio multicast es el pago por visión (PPV) en el que un grupo de usuarios reciben una transmisión en vivo de un programa contratado previamente [67], [68].