PROPUESTA PARA PREDECIR LA DEMANDA DE ESPECTRO SOBRE SERVICIO MÓVIL EN IMT, 2G e IMT- 2020 CON APLICACIÓN PARA EL CASO DE COLOMBIA

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PROPUESTA PARA PREDECIR LA DEMANDA DE

ESPECTRO SOBRE SERVICIO MÓVIL EN IMT, 2G e

IMT-2020 CON APLICACIÓN PARA EL CASO DE COLOMBIA

(Trabajo de Grado para optar por el título de Magister en Telecomunicaciones y Regulación TIC)

CELSO ANDRÉS FORERO FLÓREZ

Director

Ing. Julián Gómez Pineda, MSc

UNIVERSIDAD SANTO TOMÁS

FACULTAD DE INGENIERÍA DE TELECOMUNICACIONES MAESTRÍA EN TELECOMUNICACIONES Y REGULACIÓN TIC

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AGRADECIMIENTOS

Esta tesis fue posible gracias al apoyo técnico y humano de Julián Gómez Pineda, Iván Marino Martínez y en general al equipo de trabajo de Tachyon Consultores SAS. Quienes brindaron ayuda fundamental, información esencial y una guía orientadora para enfocar adecuadamente las metas logradas con la presente tesis de grado.

Agradezco también a Dios, a mis padres, a mi hermana y hermanos por estar siempre pendientes dando el impulso y respaldo necesario para culminar mis estudios de posgrado y alcanzar el título de maestría. Agradecimientos especiales a Catyana Ávila por su comprensión, espera incondicional y su apoyo afectivo y emocional.

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TABLA CONTENIDO

LISTA DE FIGURAS ... vi

LISTA DE TABLAS ... viii

ACRÓNIMOS ... x

RESUMEN ... 12

INTRODUCCIÓN ... 13

1 MARCO GENERAL DEL PROYECTO ... 15

1.1 Objetivos ... 15

1.1.1 Objetivo general ... 15

1.1.2 Objetivos específicos ... 15

2 MODELOS DE PREDICCIÓN DE DEMANDA DE ESPECTRO RECOMENDADOS INTERNACIONALMENTE Y REVISIÓN DE IMPLEMENTACIONES REALIZADAS ... 16

2.1 Contexto general ... 16

2.2 Metodologías y recomendaciones de la UIT en relación a la demanda de espectro en IMT ... 19

2.2.1 ITU-R M.1390 ... 20

2.2.2 ITU-R M.1768 ... 20

2.2.3 ITU-R M.1768-1 ... 21

2.2.4 Comparación de la evolución de las predicciones de la UIT ... 22

2.2.5 Investigaciones académicas basadas en recomendaciones UIT ... 23

2.3 Demanda de espectro IMT emitidas por entidades de regulación ... 24

2.3.1 Australia ... 24

2.3.2 Reino Unido ... 26

2.3.3 Colombia ... 27

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iv

2.4 Pronunciamiento de actores de la industria móvil y consultoras acerca de la

Demanda de espectro para IMT ... 28

2.4.1 Demanda de espectro para IMT según GSMA ... 29

3 ANÁLISIS DE MODELOS DE PREDICCIÓN DE LA DEMANDA ... 32

3.1 Cálculo de requerimiento de espectro para 2G e IMT-2000 ... 34

3.1.1 Parámetros de entrada ... 35

3.1.2 Metodología ... 36

3.2 Cálculo de requerimiento de espectro incluyendo IMT-Avanzada ... 39

3.2.1 Definición de los parámetros de entrada y su clasificación ... 44

3.3 Limitaciones del modelo de la UIT ... 50

3.3.1 Limitaciones de la metodología de la UIT según Ofcom ... 51

3.3.2 Limitaciones del modelo de la UIT según LS Telcom ... 53

4 CONSTRUCCIÓN DE LAS VARIABLES PARA EL CÁLCULO DE LA DEMANDA DE ESPECTRO EN EL CONTEXTO DE UN ESCENARIO PARA COLOMBIA ... 55

4.1 Entorno del sector de telecomunicaciones móviles en Colombia ... 58

4.1.1 Reglamentación en la Atribución de bandas de frecuencia para el servicio móvil y comparación con las recomendaciones internacionales ... 65

4.1.2 Espectro asignado en Colombia ... 69

4.2 Variables a tener en cuenta en el modelo de proyección de la demanda de espectro para servicio IMT en Colombia ... 71

4.2.1 Parámetros geográficos y demográficos ... 72

4.2.2 Parámetros de tráfico de internet móvil... 81

4.2.3 Parámetros de mercado de internet móvil ... 83

4.2.4 Parámetros de mercado y de tráfico en la telefonía móvil (voz) ... 89

4.2.5 Parámetros del sistema de radio ... 92

5 DISEÑO DE METODOLOGÍA PARA PREDECIR LA DEMANDA DE ESPECTRO

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v

5.1 Parámetros de entrada definitivos para el modelo propuesto ... 103

6 RESULTADOS OBTENIDOS AL IMPLEMENTAR LA METODOLOGÍA PROPUESTA ... 113

7 CONCLUSIONES ... 116

7.1 Recomendaciones finales y trabajos futuros ... 118

REFERENCIAS ... 120

(6)

vi

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1. Cronología de las Recomendaciones UIT relevantes ... 19

Figura 2.2 Comparativa de las recomendaciones de la UIT para la demanda de espectro en IMT. ... 22

Figura 2.3 Demanda de espectro en Australia hasta 2020 ... 25

Figura 2.4 Demanda de espectro para IMT en Reino Unido hasta 2030 ... 26

Figura 2.5 Proyección de la demanda de espectro en Colombia (ANE) ... 27

Figura 2.6 Demanda de espectro en China de acuerdo al MIIT. ... 28

Figura 2.7 Espectro asignado en Latinoamérica según GSMA ... 30

Figura 3.1. Cronología general del desarrollo y despliegue para IMT ... 33

Figura 3.2. Denominación de tecnología por familia de estándares y su secuencia evolutiva ... 34

Figura 3.3. Diagrama de flujo para calcular el requerimiento de espectro en servicio IMT-2000 ... 37

Figura 3.4. Diagrama de flujo de la metodología ITU-R M.1768-0 para cálculo de espectro en servicio IMT-Avanzado ... 40

Figura 3.5. Diagrama general de flujo para calcular requerimiento de espectro ... 43

Figura 3.6. Diagrama de flujo de la metodología ITU-R M.1768-1 para cálculo de espectro en servicio IMT-Avanzado ... 43

Figura 4.1 Tráfico de datos por trimestre [TB] en los operadores de servicio móvil de Colombia ... 60

Figura 4.2 Tráfico minutos de voz saliente en los operadores de servicio móvil de Colombia ... 61

Figura 4.3 Cantidad de líneas activas por trimestre del servicio móvil en Colombia ... 61

Figura 4.4 Cantidad de líneas activas por conexión a internet bajo demanda - diferenciando tecnología y tipo de terminal ... 63

Figura 4.5 Cantidad de líneas activas por conexión bajo suscripción - diferenciando tecnología y tipo de terminal ... 64

Figura 4.6 Asignación actual de espectro a operadores móviles ... 69

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vii

Figura 4.8 Cantidad de municipios por grupos según densidad poblacional en cada

municipio ... 74

Figura 4.9 Relación de la densidad poblacional con respecto a la población en cada municipio ... 75

Figura 4.10 Zona del centro internacional ... 77

Figura 4.11 Detalle de edificios típicos en zona del centro de Bogotá ... 77

Figura 4.12 Sector urbano de Bucaramanga ... 78

Figura 4.13 Ejemplo Sector Suburbano de una ciudad (Comuna 16, Bucaramanga) ... 79

Figura 4.14 Ejemplo cabecera municipal suburbana (Cómbita, Boyacá) ... 80

Figura 4.15 Ejemplo Zona Rural de Villa de Leyva ... 80

Figura 4.16 Tráfico de datos por trimestre por operador de red móvil ... 82

Figura 4.17 Tráfico de datos por trimestre por operador móvil virtual ... 83

Figura 4.18 Market Share de tráfico de datos por operador móvil ... 83

Figura 4.19 Cantidad de líneas de internet móvil por demanda según RAT 2G, 3G o 4G para cada trimestre de 2010-1T a 2017-1T ... 85

Figura 4.20 Market Share de abonados de internet móvil por demanda 2017-1T ... 85

Figura 4.21 Cantidad de líneas de internet móvil por suscripción según RAT 2G, 3G o 4G para cada trimestre de 2010-1T a 2017-1T ... 86

Figura 4.22 Market Share de suscriptores de internet móvil por suscripción 2017-1T ... 87

Figura 4.23 Market Share de suscriptores + abonados de internet móvil 2017-1T ... 87

Figura 4.24 Market Share de líneas de telefonía móvil 2017-1T ... 89

Figura 4.25 Cantidad de líneas de telefonía móvil por operador para cada trimestre de 2010-1T a 2017-1T ... 90

Figura 4.26 Detalle Cantidad de líneas de telefonía móvil por operador nuevo para cada trimestre de 2013-1T a 2017-1T ... 90

Figura 4.27 Cantidad de líneas de telefonía móvil por operador móvil virtual para cada trimestre de 2011-1T a 2017-1T ... 91

Figura 4.28 Cantidad de minutos salientes de telefonía móvil por operador móvil para cada trimestre de 2010-1T a 2017-1T ... 92

Figura 5.1 Diagrama de flujo de la metodología propuesta para calcular la demanda de espectro ... 102

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viii

LISTA DE TABLAS

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ix

Tabla 4.9 – Eficiencia espectral para cada tecnología de servicio móvil celular existente

según “4G Américas” y Rysavy Research ... 95

Tabla 4.10 Eficiencia espectral 2G [bit/s/Hz/sitio] ... 96

Tabla 4.11 Eficiencia espectral promedio para downlink en diferentes tecnologías según la FCC ... 96

Tabla 4.12 Eficiencia espectral promedio según reportes 3GPP calculado para distintas separaciones entre sectores (DES) ... 97

Tabla 4.13 Ancho de banda por portadora y factor de reúso típico ... 97

Tabla 4.14 Parámetros de radio para 2G y 3G... 99

Tabla 4.15 Parámetros de Radio 4G IMT-Avanzado ... 100

Tabla 5.1 Parámetros base de entrada utilizados en la metodología propuesta y algunos supuestos para la implementación. ... 103

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x ACRÓNIMOS

Acrónimo Descripción

3GPP 3rd Generation Partnership Project

ACMA Australian Communications and Media Authority

ANE Agencia Nacional del Espectro

AWS Advanced Wireless Services

CDMA Acceso Múltiple por División de Código

CNABF Cuadro Nacional de Atribución de Bandas de Frecuencia

CS Categoría de Servicio

CS y PS Conmutación de Circuitos y Conmutación de Paquetes

DL Downlink

EDGE Enhanced Data Rates for Global Evolution

ES Entorno de Servicio

FCC Federal Communications Commission

FDD Duplexación por División de Frecuencia

FDMA Acceso Múltiple por División de Frecuencia

GPRS General Packet Radio Service

GSA Global Supplier Association

GSM Global System for Mobile Communications

GSMA GSM Association

HSPA High Speed Packet Access

IMT International Mobile Telecommunications

IoT Internet of Things

ITU International Telecommunication Union

ITU-R ITU Radiocommunication Sector

kbps Kilobits por segundo

LTE Long Term Evolution

M2M Machine to Machine

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Acrónimo Descripción

MIIT Ministry of Industry and Information Technology

MIMO Multiple Input Multiple Output

MinTIC Ministerio de Tecnologías de la Información y Comunicaciones

OCDE Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos

OFDMA Acceso Múltiple por División de Frecuencias Ortogonales

OMR Operador Móvil de Red

OMV Operador Móvil Virtual

OTT Over The Top

PIB Producto Interno Bruto

QAM Quadrature Amplitude Modulation

QoS Quality of Service

RAN Radio Access Network

RAT Radio Access Technology

RATG Grupos de Técnicas de Acceso de Radio

RLAN Redes Radioeléctricas de Área Local

TDD Duplexación por División de Tiempo

UIT Unión Internacional de Telecomunicaciones

UIT-R Sector Radiocomunicaciones de la UIT

UL Uplink

UMTS Universal Mobile Telecommunications System

VoIP Voice over IP (Internet Protocol)

VoLTE Voice over LTE

WCDMA Wideband Code Division Multiple Access

WP5D Working Party 5D (de la UIT)

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12 RESUMEN

La presente tesis explora los modelos existentes de predicción de la demanda de espectro para servicio móvil, con el propósito de realizar un procedimiento propio para Colombia y calcular un estimado del espectro necesario que cubra la demanda entre los años 2018 a 2022. A lo largo del documento se identifican los obstáculos de poder implementar los modelos internacionales y se desarrolla una ruta de análisis para determinar los parámetros y variables que se utilizan en la propuesta de cálculo con base en la información pública disponible, principalmente de las estadísticas históricas de tráfico y mercado de telefonía e internet móvil desde el 2010 hasta el 2017, además, se revisan las especificaciones técnicas de las tecnologías actualmente implementadas en el país desde varias fuentes bibliográficas. Se obtuvo un resultado total de anchura de banda requerida en unidades de MHz las cuales se cotejaron con otras proyecciones similares, además de evaluar su consistencia frente a la atribución y asignación actual y futura del espectro en Colombia.

Palabras clave: Espectro Radioeléctrico; Demanda de Espectro; Servicio Móvil; Telecomunicación Móvil Internacional (IMT).

ABSTRACT

This thesis explores existing forecast models for spectrum demand on mobile service in order to carry out an own one applicable in Colombia and to estimate spectrum requirement meeting the demand from 2018 to 2022. Throughout this document, main obstacles to being able to implement such international models are identified and an analytical route is developed to determine the parameters and variables used in the calculation proposal based on publicly available information, mainly traffic and market historical statistics of mobile telephony and internet from 2010 to 2017, in addition, technical specifications of the technologies currently implemented in the country are reviewed from several bibliographic references. A total amount of bandwidth required per year was obtained in units of MHz, which were compared with other similar projection; their consistency was also assessed with respect to the current and future spectrum allocation and assignment in Colombia.

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13 INTRODUCCIÓN

La estimación de la demanda del espectro para servicios móviles corresponde a la cantidad de espectro, en términos de un ancho de banda medido en MHz, que requiere un país para que sus redes de telecomunicaciones móviles puedan atender la cantidad de tráfico móvil que demandan los usuarios y a su vez se mantengan los niveles apropiados de calidad de servicio.

En este sentido, una correcta estimación de la demanda contribuye al crecimiento económico del país, permite que el Estado obtenga una remuneración apropiada por el uso del recurso de espectro, provee insumos para un adecuado entorno competitivo de la industria móvil y promueve un servicio de buena calidad al posibilitar un despliegue balanceado de redes inalámbricas gracias a una planeación adecuada.

El proceso de estimación de la demanda de espectro involucra una considerable cantidad de variables, lo que aumenta la complejidad del problema. En términos generales, estas se pueden agrupar en cinco categorías: de mercado, de tráfico, de diseño en redes de radio celular, demográficas y geográficas.

En el capítulo 2 del presente documento de tesis se ofrece una visión general de los modelos, metodologías y estimaciones más representativas que se han hecho hasta el momento en torno al tema de la estimación de la demanda de espectro para servicios móviles basados en tecnologías 2G e IMT (3G, 4G). El lector conocerá la importancia económica del problema de la determinación de la demanda de espectro para servicios móviles, una descripción de los antecedentes, las metodologías y los resultados de las proyecciones de demanda del espectro móvil celular en años anteriores.

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En el capítulo 4, luego de abordar los detalles metodológicos internacionales, se presentan los argumentos de la importancia de desarrollar una metodología local adaptada a la realidad del país y los aspectos que dificultan implementar un modelo internacional. Para mostrar esto, se construye una ruta para obtener, clasificar y analizar la información pública disponible que sea relevante en la construcción de las variables de cálculo para la estimación de espectro, teniendo un primer resultado de este análisis al describir el entorno del sector de telecomunicaciones móviles y sus principales características, junto con una primera aproximación a las variables obtenidas para el desarrollo de la nueva metodología propuesta.

Se desarrolla el planteamiento más estructurado de la propuesta en el capítulo 5, donde se presenta el diagrama de flujo de la metodología para calcular la demanda de espectro con un mínimo de requerimientos posible, tal que haya un balance entre la disponibilidad de información en el país y la precisión de los resultados obtenidos.

Para verifica la consistencia de los resultados, en el capítulo 6 se realiza la evaluación de las cifras generadas por el algoritmo de cálculo, analizando los valores obtenidos y evaluando si se ajusta a la disponibilidad de espectro en Colombia que está en planes de ser atribuido para servicio móvil IMT en el corto y mediano plazo.

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1 MARCO GENERAL DEL PROYECTO

En este capítulo se presenta la estructura base sobre la cual se elaboró el presente trabajo de tesis, mediante la definición de los objetivos generales y específicos.

1.1 OBJETIVOS

1.1.1 Objetivo general

Establecer la ruta y el cálculo para predecir la demanda de espectro terrenal sobre el servicio de telefonía móvil 2G, 3G, 4G y 5G, a través del análisis detallado de variables técnicas y factores relevantes, aplicado en Colombia con proyección a 5 años.

1.1.2 Objetivos específicos

1. Analizar el estado actual en cuanto a modelos de predicción de demanda de espectro recomendados a nivel internacional y revisar los estudios o implementaciones realizados en diferentes países.

2. Analizar y determinar las variables relevantes para predecir la demanda futura de espectro para el servicio móvil IMT en el contexto de América Latina, considerando la información disponible por parte de las Administraciones del Espectro Radioeléctrico.

3. Proponer un cálculo de predicción de demanda de espectro, analizando pertinencia metodológica, vigencia del impacto de las variables consideradas, acorde al contexto actual y tendencias futuras, con base en información disponible acerca de cifras históricas del sector y proyecciones estadísticas.

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2 MODELOS DE PREDICCIÓN DE DEMANDA DE ESPECTRO RECOMENDADOS

INTERNACIONALMENTE Y REVISIÓN DE IMPLEMENTACIONES REALIZADAS

El propósito de este capítulo consiste en analizar el estado actual en cuanto a recomendaciones internacionales y existencia de modelos para predicción de demanda de espectro y revisar los estudios o implementaciones realizados en diferentes países.

2.1 CONTEXTO GENERAL

El espectro radioeléctrico, además de ser un recurso natural limitado y escaso [1], ha venido enfrentado un continuo incremento en su demanda a nivel mundial [2]; las estadísticas evidencian una tendencia de aumento de velocidades en el tráfico de datos sobre el servicio móvil [3], y es precisamente esta la razón principal por la cual el mercado actual está exigiendo cada vez más anchura de banda espectral1_{que cubra los nuevos} requerimientos en los usuarios de este servicio. Los principales factores que intervienen en el aumento del tráfico previsto son la mayor utilización del vídeo, la proliferación de dispositivos y la adopción de aplicaciones, que con el transcurso del tiempo irán en aumento, cuya evolución varía según el país debido a las diferencias socioeconómicas [4]. El aumento de usuarios de la banda ancha móvil no solo se ha observado en países desarrollados, sino también en países en vías de desarrollo [2].

La importancia de planificar apropiadamente la oferta futura de espectro radioeléctrico con base en la estimación de la demanda del mismo, en un escenario de cambios tecnológicos continuos, radica en que este recurso adquiere un valor monetario que depende de la forma como se administre, y que logra un valor óptimo cuando contribuye a mantener un equilibrio entre la oferta y la demanda [1]; en busca de que se obtengan el máximo provecho, bajo la misión de brindar el mayor beneficio a las naciones que son las dueñas del recurso. Para establecer este balance, se debe tener en cuenta el efecto de algunas variables; como el hecho de que, si se libera una gran cantidad de espectro a los operadores, se produce un exceso de oferta que conlleva a que disminuya el precio de

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este bien público de la nación, es decir, que se estaría entregando un recurso natural a entidades privadas para su usufructo sin que el Estado obtenga un retorno económico equitativo para el tesoro público; por otro lado, en el caso opuesto en que se atribuya poco espectro para el servicio móvil, se produciría una escasez del recurso por una restricción en la oferta que subiría el precio de un insumo crítico, necesario para ofrecer servicios de comunicaciones a los ciudadanos, lo que a su vez recaería en aumento de las tarifas a los usuarios. Ambos casos extremos explicados anteriormente serían situaciones poco deseables en la práctica, en donde no se alcanzaría un balance entre la oferta y la demanda, con efectos no deseados en los mercados mayoristas y minoristas

La estimación de la demanda del espectro en un país es uno de los insumos para “proponer los parámetros de valoración por el derecho al uso del espectro radioeléctrico”, esta segunda actividad cobra importancia en el caso de Colombia, al ser una de las funciones definidas para la ANE [5].

En el manual de gestión nacional del espectro desarrollado por el MinTIC, el autor señala que “la rapidez con que se han introducido cambios tecnológicos ha permitido una expansión de la capacidad inicial del espectro radioeléctrico, pero paradójicamente también se ha incrementado sustancialmente la demanda por el uso del espectro, hecho que genera consecuencias económicas sobre el valor por el uso del espectro” [6]. Además, dentro del marco legal, la Constitución Política de Colombia, en su Artículo 75, indica que, para garantizar el pluralismo informativo y la competencia, el Estado intervendrá para “evitar las prácticas monopolísticas en el uso del espectro electromagnético". Estas prácticas monopolísticas tienden a aparecer, entre otras razones, cuando no se ha reservado la cantidad de espectro adecuado para asignar a un determinado servicio, tal que no logra cubrir la demanda y en consecuencia el recurso podría ser acaparado por uno o algunos pocos operadores generando un monopolio u oligopolio. [7].

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patrocinados por el Banco Interamericano de Desarrollo (BID) entre los años 2003 a 2009, para el caso de América Latina, un incremento del uno por ciento (1%) de la penetración de la banda ancha se ve reflejado con crecimientos del 0.319% en el PIB, 0.261% en la productividad y 6,702 nuevos empleos [8]; posteriormente, en el 2011, estudios realizados en países pertenecientes a la OCDE concluyeron que aumentar en un 1% la penetración de la banda ancha se ve reflejado en crecimientos del PIB equivalentes al 0.109% [9]. Por lo tanto, estimar cuánto recurso de espectro se debe reservar para las comunicaciones móviles 2G, 3G, 4G y 5G se convierte en un factor decisivo para que un país esté listo para ofrecer los recursos necesarios en el desarrollo socio-económico logrando así el progreso deseado apoyado por las TIC.

El propósito de la presente tesis, se basa en el interés de proponer, desde el punto de vista investigativo, neutral e independiente al margen de los operadores móviles o fabricantes de tecnología, una metodología y su implementación computacional para estimar la cantidad de espectro que se requeriría para cubrir la demanda futura sobre el servicio de telefonía móvil 2G, IMT y el futuro estándar IMT-2020.

La problemática que surge, consiste en evaluar el impacto que es generado por los cambios del comportamiento del mercado, sobre las variables que determinan la demanda de anchura de banda espectral; teniendo en cuenta las mejoras en la eficiencia espectral y la evolución hacia nuevas o próximas tecnologías (por ejemplo, 5G e IoT, o nuevas versiones WiFi que son alternativas de conexión mediante dispositivos móviles). El reto consiste en involucrar las variables mencionadas sujeto a la limitante que introduce la disponibilidad de la información, ya que puede ocurrir que ciertos datos estadísticos no existan, o que estén dispersos en diferentes fuentes, o que sea información restringida por confidencialidad de un privado. Por lo tanto, se debe evaluar la situación para considerar un balance sujeto a la realidad del país, mediante un trade-off, o intercambio, entre la exactitud del resultado y la información disponible.

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de regulación en el mundo (sección 2.3) y empresas de consultoría y fabricantes (sección 2.4).

2.2 METODOLOGÍAS Y RECOMENDACIONES DE LA UIT EN RELACIÓN A LA

DEMANDA DE ESPECTRO EN IMT

En esta sección se describen las recomendaciones emitidas por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT, o ITU por sus siglas en inglés) que son relevantes para establecer la metodología de estimación de la demanda de espectro para servicio móvil 2G, IMT-2000, IMT Advance e IMT-2020. En la Figura 2.1 se presenta la evolución cronológica de las recomendaciones publicadas.

Figura 2.1. Cronología de las Recomendaciones UIT relevantes

Fuente: Elaboración propia a partir de la UIT.

ITU-R M.2290 ITU-R M.1768-1 ITU-R M.2243 ITU-R M. 2078 ITU-R M. 1768-0 ITU-R M.2023 ITU-R M.1390 ITU-R M.2083

1999 2000 2006 2012 2013 2014 2015

ITUR M.1390 -Metodología para el cálculo de las necesidades de espectro terrenal de las

telecomunicaciones móviles

internacionales-2000 (IMT-internacionales-2000).

ITUR M.2023. -Spectrum requeriments for international mobile telecomunications-2000 (IMT-telecomunications-2000)

ITUR M.2078. -Estimated spectrum bandwidth

requirements for the future development of IMT-2000 and IMT - Advanced

ITU-R M.2243. - Assessment of the global mobile broadband deployments and forecasts for International Mobile Telecommunications

ITUR M.2290. -Future spectrum requirements estimate for terrestrial IMT, ITU-R M.1768-0. -

Methodology for calculation of spectrum requirements for the future development of the terrestrial component of IMT-2000 and systems beyond IMT-2000.

ITU-R M.1768-1.-Methodology for calculation of spectrum

requirements for the terrestrial component of International Mobile

Telecommunications

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20 2.2.1 ITU-R M.1390

La primera metodología para la predicción de la demanda de espectro de servicios móviles fue desarrollada por la UIT y está descrita en la recomendación ITU-R M.1390 [10]. Su propósito era calcular los requerimientos de espectro de las tecnologías de segunda generación (GSM) e IMT 2000 (GPRS y UMTS). En su momento consideró una proyección de tráfico hasta el año 2010 y sus resultados fueron presentados en el WRC-2000.

La estimación considera una metodología que se encuentra descrita en el reporte ITU-R M.2023 [11] y obtiene los resultados que se presentan en la Tabla 2.1.

Tabla 2.1 Demanda de espectro de acuerdo a la recomendación ITU-R M.1390

Región Espectro total

demandado para el año 2010 (MHz)

Espectro total identificado (Incluyendo RR N° 5.388) para el año 2010

Espectro adicional para el año 2010

1 555 395 160

2 390 230 160

3 480 320 160

Fuente: Elaboración propia a partir de ITU-R M1390 [10]

2.2.2 ITU-R M.1768

Esta metodología fue desarrollada para un entorno heterogéneo que considera las tecnologías de acceso presentes hasta ese momento (IMT 2000 e IMT Advanced), mismas que se preveía estarían desplegadas para el año 2020 e incluía una herramienta desarrollada en Excel denominada “SPECULATOR” [12].

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Tabla 2.2 Espectro estimado [MHz] para un entorno heterogéneo con alto y bajo nivel de mercado.

RATG RATG 12 _{RATG 2}3 _Total

2010 2015 2020 2010 2015 2020 2010 2015 2020

Alto 840 880 880 0 420 840 840 1300 1720

Bajo 760 800 800 0 500 480 760 1300 1280

Fuente: Elaboración propia a partir de Reporte ITU-R M.2078 [13]

Tabla 2.3 Espectro estimado promedio [MHz] para un entorno con multiplicidad de redes superpuestas (Baja densidad)

RATG Una Red Dos Redes Tres Redes Cuatro Redes Cinco Redes

RATG 1 880 880 840 1120 1000

RATG 2 480 560 720 800 1000

RATG 1+2 1280 1440 1560 1920 2000

Fuente: Elaboración propia a partir de Reporte ITU-R M.2078 [13]

Tabla 2.4 Espectro estimado promedio [MHz] para un entorno con multiplicidad de redes superpuestas (Alta densidad)

RATG Una Red Dos Redes Tres Redes Cuatro Redes Cinco Redes

RATG 1 880 880 960 1120 1200

RATG 2 840 880 1020 1120 1300

RATG 1+2 1720 1760 1980 2240 2500

Fuente: Elaboración propia a partir de Reporte ITU-R M.2078 [13]

2.2.3 ITU-R M.1768-1

Dado el alto crecimiento del tráfico de datos móviles en comparación con las predicciones hechas anteriormente, la desaceleración del uso de las redes móviles para el servicio de voz y las posibilidades generadas por la posibilidad de emplear descarga de tráfico vía “small cells”, y “RLAN”, la UIT consideró la conveniencia de hacer modificaciones a su metodología y proyecciones previas, generando así la recomendación ITU-R M.1768-1 [14].

Los resultados de esta nueva metodología fueron descritos en el reporte ITU-R M.2290-0 [15], y son presentados en la Tabla 2.5.

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Tabla 2.5 Espectro estimado para IMT en el año 2020.

RATG 1 RATG 2 Total

Baja densidad 440 MHz 900 MHz 1340 MHz

Alta densidad 540 MHz 1420 MHz 1960 MHz

Fuente: Elaboración propia a partir de ITU-R [15]

2.2.4 Comparación de la evolución de las predicciones de la UIT

En la Figura 2.2, se presenta una comparación de las distintas recomendaciones que ha hecho la UIT en cuanto a la demanda de espectro móvil. Se destaca el incremento de la demanda de espectro de una proyección a otra, mismo que fue justificada a partir del aumento en el tráfico móvil en nuestras sociedades.

Figura 2.2 Comparativa de las recomendaciones de la UIT para la demanda de espectro en IMT.

Fuente: Elaboración propia a partir de ITU-R [10] [12] [14]

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la estimación de la demanda de espectro diferenciada por tipo de tecnología de acceso sin tener en cuenta la capacidad que tienen las redes de atender a usuarios de tecnologías anteriores.

En todo caso, es importante considerar que estas recomendaciones de la ITU-R han sido empleadas por algunos países [15], entre los que destacan el Reino unido (Ver sección 2.3.2) [17], China (ver sección 2.3.4) y la GSMA en 2013 para diversos países (Ver sección 2.4.1) [18] (Ver Tabla 2.6).

Tabla 2.6. Requerimiento de espectro [MHz] para el año 2020 calculado en países que utilizaron como base la metodología ITU-R M.1768-1

Espectro [MHz] China

GSMA4_(varios

países)

Reino Unido Espectro

Dedicado5

Reino Unido Espectro

Compartido6

Espectro escenario baja

demanda

1.490 1.600 1.080 775

Espectro escenario alta

demanda

1.810 1.800 2.770 2.230

Fuente: Elaboración propia a partir de ITU-R [15]

2.2.5 Investigaciones académicas basadas en recomendaciones UIT

Además de las recomendaciones finales emitidas directamente por la UIT, para la realización del presente trabajo de tesis se tendrán en cuenta algunas publicaciones sobre avances de revisiones y resultados de grupos de estudio investigativo sobre metodologías de estimación de espectro realizados por académicos, algunos de ellos a su vez forman parte de grupos de trabajo en ramas de la UIT, como es el caso del Study Group 5, quienes trabajan sobre el tema de cálculos de requerimiento de espectro y que en el 2015 hicieron avances de la revisión técnica y actualizaciones metodológicas [19], posteriormente en el 2016 el WP5D de la UIT publicó los resultados de actividades recientes [20] acerca de la revisión de la recomendación ITU-R M.2290 mencionada

4_{Utilizando una nueva metodología que complementa la metodología ITU-R M.1768-1.}

5_{Un resultado de espectro dedicado donde macroceldas, microceldas, picoceldas y hotspots requieren una} capa de espectro dedicada para cada RATG.

(24)

24

anteriormente. Por otra parte, se tiene como referentes investigaciones académicas realizadas por fuera de la UIT, en universidades como la Kyung Hee University de la República de Corea[21], donde se han realizado investigaciones focalizando el alcance hacia países en vías de desarrollo; otros enfoques también han sido abordados en la Universidad de Beijín por investigadores chinos quienes hacen un estudio predictivo de espectro enfocado en el valor económico que puede representar este recurso [22]; además, con el fin de cubrir el desarrollo evolutivo completo, se retoman y comparan modelos anteriores para establecer la evolución y pertinencias metodológicas con respecto a los primeros trabajos de estimación de espectro para IMT, por ejemplo los realizados en Alemania durante el 2005 [23], junto con trabajos posteriores de implementación sobre algoritmos computacionales [24]. Estas referencias de investigación se profundizan en el presente trabajo de tesis con bases teóricas consignadas en libros específicos sobre la planificación de espectro, comparando las metodologías tanto para IMT-2000 como IMT-Advanced [25], hasta llegar a las características requeridas por los sistemas LTE según los estándares 3GPP Release 13 y futuro Release 14 [26]. Así mismo, para la presente tesis se revisaron trabajos de análisis que describen oportunidades de mejora a los modelos de predicción de demanda, según los puntos de vista de diferentes entidades reguladores de telecomunicaciones en el mundo, así como de fabricantes, asociaciones de la industria y empresas de consultoría. Sobre estos actores, se mencionarán los respectivos aportes en las subsecciones siguientes.

2.3 DEMANDA DE ESPECTRO IMT EMITIDAS POR ENTIDADES DE REGULACIÓN

A continuación, presentamos la estimación de la demanda del espectro para IMT hechas por algunos entes regulatorios alrededor del mundo, en su gran mayoría las proyecciones son hechas a partir de las metodologías propuestas por la UIT presentadas anteriormente.

2.3.1 Australia

(25)

25

La estimación de la demanda de espectro para IMT de la ACMA sigue una metodología propia, esto debido a que, según ellos, la UIT no ofrece una metodología de fácil aplicación para las administraciones particulares que contemple las circunstancias específicas de cada país. Además de ello, advierten que la recomendación ITU-T M.2078 es insustentable e innecesaria ya que dificulta la tarea de determinar la cantidad de espectro requerida para IMT

La proyección de la demanda de espectro emitida por el ACMA contempla una ventana de tiempo del 2007 al 2020, teniendo como antecedentes la ocupación de los operadores en cada una de las bandas, así como un entorno heterogéneo que contempla la migración de tecnologías anteriores hacia LTE (contemplando eficiencias espectrales de hasta 15 bits/Hz para 2020). También contempla la descarga de tráfico hacia “small cells” y redes WLAN. Los resultados de esta proyección son presentados en la Figura 2.3. Los datos de tráfico presentados son normalizados con respecto a la cifra del año 2007, año en el que el ACMA estima que la eficiencia espectral era en promedio de 1,85 bit/Hz.

Figura 2.3 Demanda de espectro en Australia hasta 2020

(26)

26 2.3.2 Reino Unido

El Reino Unido encargó un estudio de la demanda de espectro para IMT en el año 2014 a la firma independiente Realwireless, que fue presentado como aporte en la WRC 2015. Toma en consideración la recomendación de la ITU-R M.1768-1 [14], dando como resultado el gráfico presentado en la Figura 2.4.

Así mismo, Realwireless en su informe indica que la recomendación ITU-R M.1768-1 presenta algunas limitaciones que impiden la correcta estimación de la demanda del espectro, por ejemplo, algunas de ellas relacionadas con los data-rates de las aplicaciones o la diferenciación de la demanda de espectro a lo largo de las diferentes bandas de frecuencia [14].

El estudio toma en consideración la incorporación de nuevas tecnologías de descarga de tráfico hacia “small cells” y redes WLAN, así como un entorno de acceso heterogéneo, sin embargo, a diferencia de Australia, no considera que la migración se dé a la misma velocidad, ni eficiencias espectrales tan elevadas, razón por la cual el espectro demandado es considerablemente mayor ya que la componente de espectro compartido entre diferentes RAT es considerablemente alta.

Figura 2.4 Demanda de espectro para IMT en Reino Unido hasta 2030

(27)

27 2.3.3 Colombia

En el caso colombiano, la ANE, en el marco del proyecto: “Análisis de bandas IMT” encargó a Tachyon Consultores SAS, proyecciones sobre la demanda de espectro para servicios móviles terrestres y una identificación de las posibles bandas que servirán para suplir la misma [27].

En este sentido, la proyección de la demanda fue realizada con una metodología propia del Consultor, empleando proyecciones del tráfico de voz y datos móviles entre los años 2014 y 2023 en escenarios de alta y baja demanda y considerando diferentes geo-tipos: urbano, suburbano y rural. Los resultados para entorno urbano han sido actualizados por la ANE con base en el modelo y se presentan en la Figura 2.5.

Figura 2.5 Proyección de la demanda de espectro en Colombia (ANE)

Fuente: Elaboración propia a partir de ANE, 2014. [27]

La conclusión más importante de este análisis fue una diferencia del 13% de la demanda de tráfico por debajo respecto al pronóstico de la UIT para las Américas (ITU-R M.2243) [28].

(28)

28

escenario de alta demanda, no son tan elevadas como lo establece la UIT en sus recomendaciones (ITU-R M.2290) [15].

2.3.4 China

Para el caso de China, el MIIT (Ministry of Industry and Information Technology) hizo un estudio de demanda de espectro para la China en enero del 2013, mismo que sirvió como insumo para la WRC-15. Empleó una metodología distinta a la propuesta por la UIT, los resultados se presentan en la Figura 2.6.

Figura 2.6 Demanda de espectro en China de acuerdo al MIIT.

Fuente: Elaboración propia a partir de MIIT 2013 [29].

El modelo proyecta la demanda de espectro para un entorno heterogéneo (2G, 3G y 4G) asumiendo que el despliegue comercial de LTE se realiza en el año 2014 y segmentación por geotipo, dando como resultado una demanda diferenciada por tipo de tecnología de acceso y geotipo.

2.4 PRONUNCIAMIENTO DE ACTORES DE LA INDUSTRIA MÓVIL Y

CONSULTORAS ACERCA DE LA DEMANDA DE ESPECTRO PARA IMT

(29)

29

Tabla 2.7. Organizaciones que han elaborado proyecciones sobre demanda de espectro para IMT

Organización Elaborado Para Año Referencia

RealWireless Ofcom - Reino Unido Abril 2014 [17]

Analysys Mason European Union 2013 [30]

LS Telcom Independiente Septiembre 2014 [31]

UMTS Forum UMTS Forum Enero 2012 [32]

MIIT China Enero 2013 [29]

ACMA Australia Mayo 2011 [16]

Coleago Consulting GSMA Enero 2013, Mayo 2014

[18] [33]

BlueNote GSMA Septiembre 2014 [34]

Tachyon Consultores ANE - Colombia Septiembre 2013 [27]

5G Americas 5G Américas Abril 2016 [35]

FCC Estados unidos Octubre 2010 [36]

Fuente: Elaboración propia a partir de empresas consultoras, entidades gubernamentales y organizaciones internacionales [16][17][18][27][29][30][31][32][33][34][35] [36].

2.4.1 Demanda de espectro para IMT según GSMA

De acuerdo al informe “Spectrum in Latin America”, actualizado al 04/01/2016, del GSMA [34] se presenta en la Figura 2.7 una comparación del total de espectro asignado en Latinoamérica para tecnologías móviles IMT.

(30)

30

Figura 2.7 Espectro asignado en Latinoamérica según GSMA7 Fuente: GSMA Latin Amerca [34]

Tabla 2.8 Demanda de espectro IMT en Latinoamérica para GSMA proyectada al 2020

País Baja demanda Alta demanda

Argentina 1.093 MHz 1.628 MHz

Brasil 1.129 MHz 1.676 MHz

Chile 893 MHz 1.327 MHz

Colombia 1.057 MHz 1.578 MHz

México 977 MHz 1.545 MHz

Fuente: GSMA 2014 [37]

Así mismo, en el informe preparado por la GSMA como entrada para la WRC-15 presenta proyecciones de demanda de espectro para algunos países empleando la metodología propuesta por la UIT en la Rec. ITU-R M.1768-1, estimando que la demanda de espectro para el año 2020 debería ser de entre los 1600 MHz y 1800MHz [15].

La recomendación que hace la GSMA para Reino unido, China, Brasil y Estados Unidos se presenta en la Tabla 2.9.

(31)

31

Tabla 2.9 Demanda de espectro estimada por la GSMA

País Demanda de

espectro

Número de macro-celdas

Reino Unido 2.074 MHz 16.370

Brasil 2.080 MHz 22.850

China 1.844 MHz 472.900

Estados Unidos 1.939 MHz 84.220

(32)

32

3 ANÁLISIS DE MODELOS DE PREDICCIÓN DE LA DEMANDA

A lo largo del presente capítulo se analiza la estructura de los modelos metodológicos de la UIT para el cálculo de espectro requerido en servicios móviles sobre tecnologías pre-IMT, IMT-2000, e IMT-Avanzado; adicionalmente se estudia el estado actual en que se encuentra el desarrollo de las IMT-2020. Se inicia con la definición general de estas tecnologías, como se presenta a continuación y en la Figura 3.1 se ilustra su evolución cronológica, desde el tiempo en que se concibe la idea, pasando por su fase de desarrollo, hasta el período de despliegue de infraestructura. Como se puede apreciar, a la fecha actual los estándares de la tecnología IMT-2020 están en fase de desarrollo y se pretende comenzar su implementación en el año 2020, fecha que puede variar según el país. Se destaca que ante cada nueva tecnología concebida los tiempos de su desarrollo disminuyen, por esto, se observa que mientras IMT-2000 tardó aproximadamente 15 años en desarrollarse, IMT-Avanzado tardó 9 años y se estima que IMT-2020 solamente requiere de 5 años para su despliegue desde el momento en que comenzaron a desarrollarse en el 2015.

(33)

33

interfaces de radio HSPA (High-Speed Packet Access) y las primeras versiones de LTE (Long Term Evolution – del release 8 al 9)8_.

• IMT-Avanzada (4G): Tecnología que se describe en la Recomendación ITU-R M.2012-0 del 2012 y actualizada en el M.2012-2 del 2015. La interfaz radioeléctrica terrenal de las IMT-Avanzadas es conocida como LTE-Avanzada y está basada en las especificaciones LTE versión 10 al 12 (release 10 al 12 – Conocido como LTE-Avanzado o LTE Evolution) y sistemas posteriores denominado LTE-Avanzado Pro, que corresponde al release 13.

Figura 3.1. Cronología general del desarrollo y despliegue para IMT

Fuente: ITU-R M.2083 [4].

Las respectivas especificaciones para IMT mencionadas son elaboradas por el grupo 3GPP, así mismo este grupo está trabajando en el desarrollo de los estándares futuros 3GPP Release 14, 15 y 16 para 5G IMT-2020. (Ver Figura 3.2).

(34)

34

Figura 3.2. Denominación de tecnología por familia de estándares y su secuencia evolutiva Fuente: Editado a partir de [39]

3.1 CÁLCULO DE REQUERIMIENTO DE ESPECTRO PARA 2G E IMT-2000

A continuación se lista un resumen de los elementos principales que se requieren para realizar el cálculo en la demanda de espectro así como las recomendaciones UIT que se refieren a dicho proceso en cada tecnología desde 2G hasta IMT-2000.

• Recomendaciones para 2G e IMT-2000

o ITU-R M.1390 (Metodología)

o ITU-R M.2023 (Cálculo estimación de espectro para el 2010) • Supuestos para el modelo

o Demandas de tráfico: Generado por usuarios de diferentes servicios presentes en cada celda.

• Entorno (E): {Entorno} = {Densidad} * {Movilidad}. Significa la caracterización de una celda, es decir, el entorno se caracteriza con las combinaciones posibles que se generan al relacionar cada atributo de movilidad con cada atributo de densidad, y según:

o Área

o Demanda de tráfico

o Densidad de la población de usuarios.

• Atributos de Densidad: Está conformado por cuatro tipos de zonas clasificados según la densidad poblacional y el nivel de construcción urbanística que posea. (En el desarrollo de variables para la presente tesis se retomará la definición de estos grupos con mayor detalle).

(35)

35

o Urbano

o Sub-urbano

o Rural

• Atributos de movilidad:

o Dentro de Edificaciones: Estacionario.

o Peatones: de 3 a 10 km/h

o Vehicular: Aproximadamente 50 km/h. • Tráfico:

o Dirección de enlace (l): Uplink ó Downlink.

o Tasa de bit dependiendo del servicio (s). • Servicios:

o Voz: Servicio de voz de alta calidad (1G y 2G).

o Mensaje simple (1G y 2G)

o Datos conmutados (1G y 2G)

o Multimedia promedio (3G – IMT 2000)

o Multimedia Alta (3G – IMT 2000)

o Multimedia interactiva alta (3G – IMT 2000).

3.1.1 Parámetros de entrada

i. Parámetros geográficos

1. Área de Celda [km2_/Celda]

2. Densidad de Población [Personas o vehículos/ km2_] 3. Tasa de penetración [%]

ii. Parámetros de tráfico personal

1. Intentos de llamada o sesión en hora pico [llamadas/(horas*usuario)] 2. Duración de la llamada o sesión [s]

3. Factor de actividad [adimensional] iii. Parámetros del sistema de radio

1. Tamaño de grupo [celdas/grupo] 2. Tasa de bits del canal [kbit/s]

3. Capacidad del sistema de red [bit/s/Hz/celda] iv. Parámetros de calidad del servicio (QoS)

(36)

36

2. Probabilidad de cola de espera para servicio conmutación de paquetes [adim].

v. Parámetros de ajuste: Son utilizados en la etapa final del cálculo de espectro con el objeto de hacer ajustes ponderados de dos tipos:

1. Factor ponderador α [adim]: (valor entre 0 y 1 – Valor recomendado =1), incluye ajustes para casos particulares de:

i. Desniveles geográficos in ambientes de solapamiento.

ii. Corrección en ambientes de tráfico de hora pico no simultáneas. 2. Factor de ajuste β [adim]: Ajusta el requerimiento de espectro en un

mercado con múltiples operadores, esto incluye:

i. Bandas de guarda: Entre operadores o con otros servicios.

ii. Eficiencia de trunking reducida: tiene en cuenta la probabilidad de bloqueo en las llamadas según el número de canales.

iii. Modularidad de 5 MHz: Ajusta la cantidad de espectro en una banda determinada para cada operador redondeando la cifra al siguiente número múltiplo de 5.

3.1.2 Metodología

(37)

37

Figura 3.3. Diagrama de flujo para calcular el requerimiento de espectro en servicio IMT-2000

Fuente: Elaboración propia a partir de [25] y la ITU-R M.1390 [10].

Para determinar el ancho de banda de espectro que satisface la QoS requerido por los usuarios, se siguen los siguientes pasos:

1. Calcular el tráfico ofrecido

i. Cantidad de usuarios por celda: (De parámetros geográficos)

Usuario/Celda = Área de Celda * Densidad de Población * Penetración / 100.

ii. Tráfico ofrecido por usuario: (De Parámetro de Tráfico personal)

(38)

38

[llamadas*segundos/(usuario*HoraPico)]

iii. Tráfico ofrecido por celda:

Tráfico/Celda = (Tráfico/Usuario) * (Usuario/Celda)

[llamadas*segundos /(Celda*HoraPico] iv. Tráfico ofrecido por Grupo [Erlang/Grupo].

2. Determinar el espectro requerido

a. Erlang B para conmutación de Circuitos: Calcula la probabilidad de bloqueo para una llamada entrante dado un tráfico ofrecido. Se utiliza un modelo de sistema de pérdidas en la teoría de colas, que depende del número de canales y el máximo número de llamadas que pueden acomodarse en el sistema.

b. Erlang C para conmutación de paquetes: Calcula la probabilidad en que un tiempo de espera determinado en una sesión exceda un valor específico. Se utiliza un modelo de sistema de retardo en la teoría de colas que depende del número de canales, en este caso el cuarto de espera de cola es ilimitado sin embargo la sesión de espera no crece infinitamente.

3. Ponderación y ajustes.

a. Factor ponderador α [adim]: (valor entre 0 y 1 – Valor recomendado =1) Provee una ponderación apropiada en el requerimiento de espectro para tomar en cuenta factores que son muy específicos de un entorno o servicio en particular, que incluye:

i. Desniveles geográficos in ambientes de solapamiento.

ii. Corrección en ambientes de tráfico de hora pico no simultáneas. b. Factor de ajuste β [adim]: Es independiente de cualquier entorno o servicio

particular, tiene en cuenta el hecho que espectro adicional será necesario si resultan múltiples operadores utilizando espectro adyacente. Esto incluye:

(39)

39

ii. Eficiencia de trunking reducida: Ajuste debido a ineficiencias de trunking en servicio de voz y tiene en cuenta la probabilidad de bloqueo en las llamadas según el número de canales.

iii. Modularidad de 5 MHz: Debido a que en ocasiones los operadores deben instalar los equipos de transmisión con cantidades de espectro en múltiplos de 5, entonces la cantidad de espectro para cada operador debe redondearse al siguiente valor múltiplo de 5 MHz.

3.2 CÁLCULO DE REQUERIMIENTO DE ESPECTRO INCLUYENDO

IMT-AVANZADA

Como consecuencia de la evolución tecnológica y los cambios en las tendencias acerca de los tipos de servicios demandados por los usuarios, la UIT modificó la metodología de estimación de la demanda hacia un nuevo enfoque, teniendo en cuenta el marco y los objetivos para los inicios de implementación de la tecnología IMT-Avanzada como un sistema posterior a las IMT-2000, que fueron descritos inicialmente en la recomendación ITU-R M.1645 [40]; por consiguiente, a finales del 2005 se desarrolló la metodología descrita en la recomendación ITU-R M.1768-0 [12], que fue publicada en marzo de 2006, junto con su implementación en una herramienta de software en Excel llamado SPECULATOR9_{. La nueva aproximación que se realizó, toma en cuenta que la tendencia} del servicio se basa principalmente en transporte por conmutación de paquetes a través del protocolo de internet IP. Esta metodología para IMT-Avanzada pretende dar mayor relevancia a la precisión con que se modela la conmutación de paquetes y logra acomodar múltiples redes que soportan una estructura de diferentes servicios. Los servicios, con el paso del tiempo, han de tomar diferentes características con respecto a parámetros como: tasa de bits, retardos y otros requerimientos de calidad de servicio que cambian dependiendo de los entornos y escenarios de uso. Así, los servicios tienden a ser diversos y por esta razón la metodología se debe adaptar a las nuevas formas de uso.

(40)

40

Figura 3.4. Diagrama de flujo de la metodología ITU-R M.1768-0 para cálculo de espectro en servicio IMT-Avanzado

Fuente: Elaboración propia a partir de [25] y la ITU-R M.1768-0 [12].

• Definición de los grupos de técnicas de acceso de radio

(41)

41

necesidades de espectro. Cuatro grupos fueron definidos en el reporte ITU-R M.2074 del 2005, los cuales son:

o RATG1: Se refiere a los sistemas móviles celulares Pre-IMT (sistemas digitales anterior a IMT como 2G), IMT-2000 (3G) y sus ampliaciones.

o RATG2: Agrupa los sistemas IMT-Avanzadas, tal como se describen en la recomendación UIT-R M.2012, que incluye nuevos accesos móviles y nuevos accesos inalámbricos nómada y de área local. Pero excluyendo los sistemas ya descritos en otros grupos.

o RATG3: Agrupa las redes radioeléctricas de área local (RLANs) y sus respectivas ampliaciones.

o RATG4: Agrupa los sistemas digitales de radiodifusión móvil, junto con sus respectivas ampliaciones. Se incluyen los sistemas de radiodifusión hacia terminales móviles y portátiles.

• Actualización del modelo con la recomendación ITU-R M.1768-1

Ante la necesidad de tener en cuenta la realidad de los avances en la tecnología desplegada, especialmente sobre las redes IMT, en el 2013 se publica la recomendación ITU-R M.1768-1 [14], que describe la actualización al método de cálculo para la estimación de las necesidades de espectro terrenal de las Telecomunicaciones Móviles Internacionales (IMT), sobre las bases de la metodología definida anteriormente en la ITU-R M.1768-0 del 2006.

(42)

42

servicios. También puede acomodar tráfico de emulación de conmutación de circuitos gracias a un concepto de reserva10_[14].

Desde un punto de vista global, por una parte, se reafirma que el proceso técnico de estimación de las necesidades de espectro para las comunicaciones móviles debe basarse en cuatro elementos esenciales:

i. Definición de servicios. ii. Expectativas del mercado. iii. Marco técnico y operacional. iv. Algoritmo del cálculo de espectro.

Por otra parte, se resaltan dos aspectos que fueron tomados en cuenta para dicha actualización del modelo con la intención de evitar sobrestimaciones en los requerimientos de espectro, estos son: i) La compartición de espectro entre los niveles de macro celda y micro celda sobre las redes IMT-Avanzadas; y ii) La definición de un nuevo parámetro de Granularidad de despliegue por operador por entorno de radio.

Por lo tanto, se tuvo en cuenta dos enfoques en cuanto a la descarga de tráfico entre redes de diferente tipo; entonces se definieron dos escenarios que son: i) Descarga de una red IMT hacia una red radioeléctrica de área local (RLAN); y ii) Tráfico entre redes desde una determinada celda grande hacia otra celda de menor tamaño, por ejemplo, descarga de macro celda hacia micro celda.

Así, la metodología tiene en cuenta las previsiones de tráfico para todos los RATG (RATG1 al RATG4), aunque sólo calcula las necesidades de espectro de RATG1 y RATG2, que corresponden a los sistemas IMT. En este sentido es importante estimar la distribución de porcentaje de tráfico entre los grupos RAT para calcular el espectro IMT requerido.

El diagrama de flujo para la metodología propuesta en la recomendación ITU-R M.1768-1 consiste de 9 pasos secuenciales, tal como se muestra en la Figura 3.6, que pueden ser

(43)

43

agrupados en 4 bloques principales, que se observan en la Figura 3.5. La metodología comienza con un análisis de datos de mercado, luego pasa a distribuir y calcular el tráfico, para posteriormente calcular la capacidad requerida, finalmente concluye con una estimación de espectro requerido.

Figura 3.5. Diagrama general de flujo para calcular requerimiento de espectro

Fuente: Elaboración propia a partir de [14] y [15]

Figura 3.6. Diagrama de flujo de la metodología ITU-R M.1768-1 para cálculo de espectro en servicio IMT-Avanzado

(44)

44

3.2.1 Definición de los parámetros de entrada y su clasificación

Un punto de partida importante para generar un método de estimación de la demanda es identificar los parámetros de entrada que se han propuesto previamente en los modelos recomendados internacionalmente y compararlos según sus versiones y evolución a través de las recomendaciones publicadas en diferentes años. Por tal motivo, se ha preparado esta sección para describir los principales parámetros utilizados en las metodologías recomendadas por la UIT, organizados según su clasificación e identificando su utilización dentro de los pasos metodológicos. A manera de guía, en la Tabla 3.1 se resumen los principales aspectos de veintiún (21) parámetros utilizados en las recomendaciones ITU-R M.1390-0 de 2009, ITU-R M.1768-0 de 2006 y la versión más reciente ITU-R M.1768-1 de 2013, donde se indica en cuál de ellas se utiliza cada parámetro de entrada, se identifica su unidad de medida y su principal característica desde un punto de vista del marco general de la metodología.

Tabla 3.1. Resumen de parámetros de entrada requeridos en cada metodología ITU-R

Parámetro Tipo de parámetro Uso ITU-R

M.1768-1 (2013) ITU-R M.1768-0 (2006) ITU-R M.1390-0 (1999) Densidad de usuario [usuario/km2_]

Relacionado con el Mercado – Categoría de Servicio. Calculado en el (Paso 2)

Cálculo de la demanda de tráfico (Paso 3)

SÍ SÍ SÍ

Tasa de llegada de sesión por usuario [sesión/ (s*usuario)]

Relacionado con el Mercado – Categoría de Servicio. Calculado en el (Paso 2).

SÍ SÍ SÍ11

Duración promedio de sesión [s/sesión]

SÍ SÍ SÍ

Tasa de bit media del servicio [bit/s]

Relacionado con el Mercado – Categoría de Servicio. Calculado en el (Paso 2).

Cálculo de la demanda de tráfico (Paso 3). También como entrada para calcular capacidad en procedimiento de reserva (conmutación de circuitos).

SÍ SÍ SÍ

(45)

45

M.1768-1 (2013) ITU-R M.1768-0 (2006) ITU-R M.1390-0 (1999) Relación de movilidad [%, adimensional]

Cálculo de la distribución de tráfico (Paso 4)

SÍ SÍ SÍ

Valores ‘J’ Relacionado con el Mercado – Categoría de Servicio.

Mapear las clases de movilidad desde la clasificación en el estudio de mercado (2006) hacia lo definido en la metodología M.1768.

SÍ SÍ NO

Tamaño medio de paquete [bit/paquete]

Otros, relacionados con Categoría de

Servicio de

Conmutación de Paquetes. Describe la distribución del tamaño del paquete.

Cálculos de capacidad (Paso 5). Se aplica con el modelo de teoría de colas.

SÍ SÍ NO

Segundo momento del tamaño del paquete [bit/paquete2_]

Servicio de

Conmutación de Paquetes. Describe la distribución del tamaño del paquete.

Cálculos de capacidad (Paso 5). Se aplica con el modelo de teoría de colas.

SÍ SÍ NO

Retardo medio admisible del paquete [s/paquete].

Servicio de

Conmutación de Paquetes. Indicador de QoS.

Cálculos de capacidad (Paso 5)

SÍ SÍ SÍ

Velocidad (Probabilidad) de bloqueo admisible máximo. [%]

Otros, relacionados con Categoría de Servicio Basado en reserva

(Conmutación de circuitos). Indicador de QoS.

Cálculos de capacidad (Paso 5). Gestión de tráfico.

SÍ SÍ SÍ

Área (Tamaño) de celda [km2_/celda]

Relacionados con radio. Define el Entorno de Radio. (Operando por debajo de 6 GHz)

Modelar de forma simplificada la red inalámbrica real con enfoque RATG. Usado en el cálculo de tráfico [bit/s/celda] del Paso 3.

(46)

46

M.1768-1 (2013) ITU-R M.1768-0 (2006) ITU-R M.1390-0 (1999) Eficiencia espectral de área [bit/s/Hz/celda]

Relacionados con radio. Describe el uso eficiente de espectro en el RATG1 o RATG2. Calculado a partir del throughput promedio de datos.

Modelar de forma simplificada la red inalámbrica real con

enfoque RATG.

Paso 6: cálculo del requerimiento de espectro antes de ajustes.

SÍ SÍ SÍ

Tasa de datos de la Aplicación [bit/s]

Relacionados con radio

Paso 4: Distribución del tráfico para un entorno de radio y RATGs. Determina si una categoría de servicio puede ser soportada en un ambiente de radio dado con un RATG determinado.

SÍ SÍ

Clases de Movilidad soportadas (velocidad máxima) [km/h]

Relacionados con radio. Se relaciona con los patrones de movilidad de la categoría de servicio y las capacidades de

los entornos

radioeléctricos.

Paso 4: Distribución de tráfico. Divide el tráfico de cada categoría de servicio entre los entornos radioeléctricos disponibles.

SÍ SÍ SÍ

Mínimo despliegue de espectro por operador por entorno radioeléctrico [MHz]

Relacionados con radio. En RATG1 y RATG2.

Paso 7: Ajuste de requerimientos de espectro. Mínima cantidad de espectro requerida por un operador para crear una red dado un RATG y un entorno radioeléctrico

SÍ SÍ SÍ

Granularidad de despliegue por operador por entorno radioeléctrico [MHz]

Relacionados con radio. Involucra relación entre tasa de datos de aplicación y entorno

radioeléctrico.

Paso 7: Ajuste de requerimientos de espectro. Usado para

incrementar los

requerimientos de espectro.

SÍ NO NO

Banda de Guarda entre Operadores [MHz]

Relacionados con radio. Para RATG1 y RATG2.

Paso 8: Calcula los requerimientos de agregación de espectro. Espectro adicional para evitar interferencias entre operadores.

SÍ SÍ SÍ

(47)

47

M.1768-1 (2013) ITU-R M.1768-0 (2006) ITU-R M.1390-0 (1999) Número de despliegues de red con solapamiento.

Paso 7 y Paso 8. Denota el número de redes del mismo RATG típicamente manejado por diferentes operadores que no comparten el espectro.

SÍ SÍ SÍ

Soporte para

Multicast

[sí/no]

Paso 4: Distribución de tráfico donde la distribución es realizada separadamente para tráfico unicast y multicast.

SÍ SÍ NO

Porcentaje de Población Cubierta [%]

Otros Parámetros. Define el entorno radioeléctrico.

Paso 4: Utilizado en la distribución de tráfico donde el tráfico es atribuido para diferentes entornos radioeléctricos y RATGs.

SÍ SÍ SÍ

Relación de Distribución entre RATGs disponibles [%] Otros Parámetros.

Tiene en cuenta la descarga de datos móviles desde IMT hacia RLAN (De RATG1 o RATG2 hacia RATG3)

Paso 4: Distribuye el tráfico entre diferentes RATGs cuando múltiples RATGs están disponibles para soportar la categoría de servicio en un entorno radioeléctrico dado.

SÍ SÍ NO

Fuente: Elaboración propia a partir de [10], [12], [14], [20].

Los parámetros de entrada que requiere la metodología definida en ITU-R M.1768-1 se clasifican por:

➢ Categoría de servicio: Las diferentes categorías se originan al realizar las

combinaciones posibles entre los tipos de servicio y las clases de tráfico. De la combinatoria resultan 20 categorías de servicio (4 clases de tráfico x 5 tipos de servicio), tal como se aprecia en la Tabla 3.2. Las categorías de servicio son caracterizadas por los siguientes parámetros:

• Densidad de usuarios [usuarios/km2].

• Velocidad de llegada de sesión por usuario [sesiones/(s * usuario)). • Velocidad binaria media del servicio [bit/s).

(48)

48

• Relación de movilidad [%, adimensional]. Este parámetro se utiliza en la

distribución del tráfico (Paso 4 de la Figura 3.6). Para efectos de la metodología, las clases de movilidad son:

• Estacionaria/peatonal: De 0 a 4 [km/h]

• Baja: Mayor a 4 y menor a 50 [km/h]

• Alta: Mayor a 50 [km/h].

Los parámetros listados arriba, están relacionados con el mercado y se calculan en el Paso 2 (Análisis de datos del mercado). Además, se requieren cuatro parámetros adicionales de entrada que son necesarios para los cálculos de capacidad (Paso 5) y junto con los anteriores parámetros completan la caracterización de cada una de las 20 categorías del servicio, estos son:

• Tamaño medio del paquete (bit/paquete)

• Segundo momento12_{del tamaño del paquete (bit}2_/paquete2₎

• Retardo medio admisible del paquete (s/paquete). • Velocidad de bloqueo admisible (%)

Tabla 3.2. Categoría de Servicio (CS) según el Tipo de Servicio y la Clase de Tráfico

Clase de tráfico

Tipo de servicio

Conversacional

(Tiempo real - Conmutación de

circuitos)

Flujo continuo

(Tiempo real - Conmutación de

circuitos)