Abstract—The mobile te lecommunications pe rmit to the user move while communicating but it’s not all, the mobile te le communications continue e xpand and are now e volving the rapid data transmission. The n was necessary improve the design and optimize these networks. This need stretches across all aspects of the network from the ratio access, through the transmission and the core . It also straddles all the technologies from GSM, through EDGE and GPRS to the W C DMA ne tworks, 4G and be yond to 5G. This docume nt in a case of study show in term of capacity and cove rage the de sign of ce llular network with te chnology 2G, 3G and 4G.
Index Terms— C hannel Ele me nts, TSL (Time Slots), TBF (Te mporary Block Flow), Half Rate , Full Rate , GPRS, EDGE, UMTS, LTE.
I.
I
NTRODUCTIONCon el paso del tiempo los usuarios de telefonía móvil son
cada vez más exigentes en términos de comunicaciones, en
principio la telefonía móvil cubrió la necesidad de comunicarse
médiate llamadas de voz lográndolo mediante las tecnologías
1G y 2G, pero luego surge la necesidad de estar conectado
permanentemente a internet desde dispositivos móviles,
siguiendo las tendencias tecnológicas en el ámbito de las
comunicaciones de telefonía móvil, Al igual que GPRS, la
tecnología 3G (tecnología inalámbrica de tercera generación) es
un servicio de comunicaciones inalámbricas que le permite
estar conectado permanentemente a Internet a través del
teléfono móvil, el ordenador de bolsillo, el Tablet PC o el
ordenador portátil. La tecnología 3G promete una mejor calidad
y fiabilidad, una mayor velocidad de transmisión de datos y un
ancho de banda superior (que incluye la posibilidad de ejecutar
aplicaciones multimedia). Con velocidades de datos de hasta
384 Kbps, es casi siete veces más rápida que una conexión
telefónica estándar. Lo que permite que podamos tener video
llamadas.
Pero las nuevas aplicaciones y necesidades de los usuarios
hacen necesario mejorar muchos aspectos como velocidades,
latencias, etc, por lo los proveedores de servicios se ven
obligados a seguir adoptando nuevas tecnologías como 4G y
5G.
Este documento presenta una serie de conceptos claves para
el entendimiento de las redes celulares y posteriormente
muestra en términos de cobertura y capacidad un ejemplo
práctico y netamente académico del diseño de una red celular
con tecnologías 2G, 3G y 4G en una área urbana de la ciudad
de Armenia en Colombia.
II.
OBJETIVOS
A.
General
Determinar la cobertura y capacidad de redes 2G, 3G y 4G
B.
Específicos
1)
Determinar los elementos de radio (red de acceso) y de
núcleo necesarios en el dimensionamiento de la red Celular
en una zona urbana de Armenia
2)
Dimensionar en términos de cobertura y capacidad una
red con tecnologías 2G, 3G y 4G en una zona urbana de
Armenia.
3)
Determinar la zona de estudio.
4)
Seleccionar la herramienta de software con la que se va a
hacer el dimensionamiento
5)
Analizar los resultados obtenidos.
III.
PROBLEMA
Actualmente los sistemas de redes de telefonía celular ofrecen
la ventaja de darle movilidad al usuario en una llamada mientras
se desplaza de un punto a otro, pero hay ciertos factores que
influyen en el desempeño de las comunicaciones dentro de una
red celular como es la topología, la potencia de los
transmisores, la cantidad de tráfico (número de llamadas) que
soportan las células, entre otros. A medida que la distancia entre
las estaciones base y el móvil se incrementa y que el número de
usuarios en la zona aumenta, la señal recibida por los
dispositivos móviles se deteriora. Por lo tanto, surge la
necesidad de establecer un procedimiento para determinar en
términos de capacidad y cobertura requerida en el
dimensionamiento de red celular 2G, 3G, 4G y 5G, con el
propósito de mantener una calidad considerable en las
comunicaciones de voz dentro de la zona de estudio, la cual se
establecerá en la ciudad de Armenia.
IV.
RESPUESTAUse Mediante la simulación con una herramienta seleccionada
y mediante cálculos y análisis se determinará el procedimiento
en términos de cobertura y capacidad para el dimensionamiento
de redes celulares con tecnología 2G, 3G, 4G y 5G en una zona
urbana determinada de la ciudad de Armenia:
A continuación, se citan algunas referencias de trabajo sobre
temas relacionados:
“Ejemplo de diseño e implementación de una estación
base GSM/UMTS”
Trabajo de Grado Universidad Politécnica de Valencia
COBERTURA Y CAPACIDAD EN REDES 2G, 3G y 4G
Simulación y Análisis de una Red LTE en Ambientes
Urbanos de la ciudad de Managua:
https://www.researchgate.net/publication/263613617
_Simulacion_y_Analisis_de_una_Red_LTE_en_Am
bientes_Urbanos_de_la_ciudad_de_Managua
Despliegue de una red LTE, para el campus de la
Universidad de Alicante
https://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/40269/1/Des
pliegue_de_una_red_4G_para_el_Campus_de_la_Un
i_ROBLES_MARTINEZ_PEDRO_JOSE.pdf
DISEÑO DE UNA RED 4G LONG TERM
EVOLUTION (LTE) EN REDES MÓVILES
http://repo.uta.edu.ec/bitstream/123456789/7796/1/T
esis_t905ec.pdf
V.
METODOLOGIA
A.
Fase I: Recolección de información
Se recolectará todo el estado del arte relacionado con el tema
de interés principalmente de libros, artículos, proyectos
desarrollados de telecomunicaciones y de proyectos similares
relacionados con el tema.
B.
Fase II: Procesamiento y análisis de la información
Con la bibliografía recolectada en el punto anterior se extraerá
la información relacionada a nivel de la cobertura y capacidad
en redes celulares con tecnología 2G, 3G y 4G y así buscar la
mejor alternativa para realizar el diseño de red y poder
concluir con el desarrollo del proyecto.
C.
Fase III: Selección de la zona de estudio:
Se revisarán diferentes zonas de Armenia y con base en su
topología geográfica y facilidad de diseño se seleccionará la
apropiada sobre la cual se hará todo el estudio de interés
relacionado con este trabajo de grado.
D.
Fase IV: Investigación de herramientas de software para
la simulación de redes de telefonía móvil.
Se analizarán diferentes herramientas de software para la
simulación de redes de telefonía celular orientadas a la
cobertura y capacidad de redes celulares con tecnología 2G, 3G,
4G y 5G con el objetivo de obtener la herramienta que se ajuste
más a las necesidades en el desarrollo del proyecto.
E.
Fase V: Desarrollo del Proyecto
1)
Procesamiento de información de redes móviles 2G, 3G y
4G.
2)
Análisis de requerimientos en términos de cobertura y
capacidad de las redes de telefonía móvil actuales con
tecnologías 2G, 3G y 4G.
3)
Elaboración de requerimientos técnicos para el diseño de
red 2G, 3G y 4G en términos de cobertura y capacidad.
4)
Elaboración del diseño de red 2G, 3G y 4G en redes
móviles con base en la cobertura y capacidad.
F.
Fase VI: Análisis de resultados
Con los resultados obtenidos de las fases anteriores se elaborará
las conclusiones y recomendaciones en el diseño de una red
celular con tecnologías 2G, 3G y 4G en términos de cobertura
y capacidad.
G.
Fase VII: Elaboración y presentación del proyecto final
VI.
ALCANCES
Y
LIMITACIONES
Por lo reciente de la tecnología 5G se va a dificultar el análisis
en el diseño en términos de cobertura y capacidad para esta
tecnología.
El propósito de este trabajo de grado es obtener una
metodología que sirva de guía para el diseño de redes celulares
2G, 3G, 4G y 5G en términos de cobertura y capacidad, pero
dentro del alcance no está contemplado el estudio de campo.
Por lo extenso de este trabajo a nivel de LTE solo se hará el
cálculo a nivel de cobertura sobre la comuna 2 de Armenia.
VII.
DESARROLLO DE LA PROPUESTALa primera red celular de telefonía móvil pública la instalo NTT
operadora de Tokio en 1979, desde ese instante la telefonía
móvil comenzó su evolución y estudio, dividiéndose en varias
etapas o también llamadas generaciones como son:
Primera generación (1G)
Segunda generación (2G)
Tercera generación (3G)
Cuarta generación (4G) y
Quinta generación (5G)
A.
Primera Generación (1G)
tecnología que predominó en esta generación es AMPS
(Advanced Mobile Phone System).
B.
Segunda Generación (2G)
Esta tecnología se caracteriza por ser digital. GSM (Global
System for Mobile Communication) es la tecnología con la que
se implantó la segunda generación de telefonía móvil, se dieron
muchos cambios con respecto a su predecesora permitiendo así
soportar altas velocidades de transferencia de información de
voz, además en esta generación se añade otros servicios que
facilitan la comunión entre usuarios como son: fax y SMS
(Short Message Service) conocidos también como mensajes de
texto. GSM ha evolucionado gradualmente para reunir
requerimiento de tráfico y demás servicios que las redes
originales:
GSM: El principal elemento de este sistema es la BSS
(Base Station Subsystem), el cual está compuesto por
la BTS (Base Transreceiver Station) y la BSC (Base
Station Contollers); y la NSS (Network Switching
Subsystem), que a su vez lo componen la MSC
(Mobile Switching Centre), el VLR (Visitor Location
Register), el HLR (Home Location Register), el AC
(Authentication Center) y el EIR (Equipment Identity
Register). Esta red es capaz de proveer todos los
servicios básicos, así como servicios de voz y datos de
hasta 9.6 Kbps, fax, etc. Esta red GSM también es una
extensión de la red de telefonía fija.
GSM y VAS (Value Added Services): la siguiente
mejora a GSM es la adición de dos plataformas, VMS
(Voice Mail System) y SMSC (Short Message Service
Center). SMSC se vuelve altamente comercial debido
a que el tráfico de SMS constituye la mayor parte del
tráfico total. Esto permite a los operadores a crear
nuevos servicios de IN (INtelligent Services).
GSM y GRPS (General Packet Radio Services): Como
requerimiento incrementar el envío de datos sobre la
interfaz de aire, nuevos elementos como la SGSN
(Serving GPRS) y la GGSN (Gateway GPRS) se
adicionaron al existente sistema GSM, estos elementos
hacen posible enviar paquetes de datos sobre la
interfaz de aire. Esta parte de la red que maneja los
paquetes de datos es también llamada el Core de
Paquetes de la red. Adicional a estos elementos,
también se incorporan routers IP, servidores firewalls
y DNS (Domain Name Server). Esto habilita el acceso
Inalambrico a internet y alcanza velocidades de hasta
150 Kbps en condiciones óptimas.
GPRS utiliza los siguientes esquemas de codificación
de canal:
Tabla 1. Codificación de canal para GPRS
Esquema Tasa (Kbps)
CS-1
9.05
CS-2
13.4
CS-3
15.6
CS-4
21.4
GSR y EDGE (Enhanced Data rates in GSM
Environment): con ambos tráficos de voz y datos
moviéndose sobre el sistema, la necesidad fue
incrementar la velocidad de los datos. Esto se logró
utilizando métodos de codificación más sofisticados
sobre el internet para lograr velocidades de hasta 384
Kbps.
EDGE utiliza los siguientes esquemas de codificación
de canal:
Figura 1. Codificación de canal para EDGE
C.
Tercera Generación (3G)
La tercera generación de telefonía móvil más conocida como
3G se caracteriza por converger la transmisión de voz y datos
con el acceso inalámbrico a internet, dando soporte para
aplicaciones multimedia, así como obtener por parte de la red
altas transmisiones de datos.
Los protocolos que los sistemas 3G emplean permiten soportan
aplicaciones como:
El audio (mp3).
Video en movimiento.
Videoconferencia.
Acceso rápido a internet.
En Europa 3G fue llamado UTMS (Universal Terrestrial
Mobile System). WCDMA es la tecnología para la interfaz de
aire de UMTS. El principal componente incluido es la BS (Base
Station) o Nodo B, RNC (Radio Network Controller) parte del
WMSC (Wideband CDMA Mobile Switching Centre) y
SGSN/GGSN.
La razón fundamental de la transmisión con todo IP es tener una
plataforma común para todas las tecnologías que ha sido
desarrolladas hasta aquí y poder proveer más servicios al
usuario final. La diferencia fundamental de GSM/3G y todo IP
es que la funcionalidad de los RNC y BSC es ahora distribuida
en la BTS y un conjunto de servidores y gateways. Esto
significa que esta red será menos costosa y la trasferencia de
datos será mas rápida.
La tecnología de 4 generación en Telecomunicaciones o 4G
como es conocida, es una tecnología que permite la transmisión
de datos y de voz a altas velocidades a través de redes
inalámbricas. En términos de velocidad, las redes 4G podrán
llevar conectividad a dispositivos móviles con una rapidez 10
veces mayor a lo que actualmente pueden ofrecer las redes 3G
o 2G (EDGE). Mientras que el 3G apenas permite llegar a 10
Mb/s, con el 4G idealmente podremos navegar a velocidades de
descarga de hasta 100 Mb/s y 50Mb/s de carga, con una
tecnología basada en protocolo de internet (IP), además puede
apoyarse en otras tecnologías como WiFi y Femtoceldas para
lograr una cobertura total.
La implantación de la tecnología permitirá que la transmisión
de datos a través de un módem inalámbrico, una tableta o un
teléfono celular sea mucho más rápida, fluida y de mejor
calidad. Optimizando servicios como videoconferencias,
transmisión de video y audio a través de streaming y descarga
de archivos multimedia.
LTE es una tecnología de internet móvil que es considerada por
muchos organismos como 4G, pero la UIT estableció que para
que una tecnología sea considerada 4G, debe alcanzar
velocidades de hasta 1Gb/s. Esto es algo que el actual LTE no
permite y por lo tanto no podría considerarse 4G.
La única tecnología convencional que puede llamarse 4G con
propiedad es la llamada LTE Advanced, que alcanza
velocidades de hasta 3 Gb/s.
E.
Quinta Generación (5G)
5G tendrá una velocidad máxima de 10 Gbit por segundo, por
lo que la descarga de una película de alta definición de 8Gbytes
tarda muy poco tiempo: desde más de una hora con 3G, a siete
minutos con 4G, con seis segundos, con 5G
F.
ELEMENTOS DE UNA RED CELULAR
A continuación, se describen los elementos que interactúan en
una red celular. La figura 2 muestra la estructura general de un
sistema de red celular y la figura 3 muestra la comunicación en
una misma red y en redes diferentes. Y la figura 4 involucra la
comunicación con otras redes como la PSTN, Internet, entre
otras:
Figura 2. Arquitectura de un Sistem a de Red Celular.
Figura 3. Escenarios de sum inistro de servicios de com unicación en redes celulares.
Figura 4. Escenarios de sum inistro de servicios de com unicación en redes celulares y otras redes.
En la figura 5 se puede observar una arquitectura de alto nivel
con la convivencia de 3 sistemas 3GPP como son GMS, UMTS
y LTE:
Figura 5. Arquitectura de alto nivel de los sistem as 3GPP (GSM, UMTS y LTE)
o terminal (denominado como Mobile Equipment, ME, en las
especificaciones) y una tarjeta UICC. La tarjeta UICC, también
denominada SIM (Subscriber Identity Module) en sistemas
GSM y USIM (Universal SIM) en UMTS y LTE, es la
encargada de almacenar la información y sustentar los
procedimientos que tienen que ver con la subscripción del
usuario a los servicios proporcionados por la red. Mediante esta
separación entre terminal y tarjeta se permite que un usuario
(identificado a través de la SIM/USIM) pueda utilizar diferentes
terminales para acceder a la red. Actualmente en las redes de
telefonía celular conviven diferentes tecnologías y cada
tecnología la compone diferentes elementos, la figura 6 muestra
un esquema general de diferentes tecnologías conviviendo en
una misma red de telefonía móvil, en cada una de estas
tecnologías hablaremos sobre la red de acceso y la red troncal:
Figura 6. Tecnologías en redes m óviles.
veamos una breve descripción de los elementos involucrados en
cada una de estas tecnologías separando la red de acceso y la
red troncal:
RED GSM
En la figura 7 se desprenden los elementos para GSM
Figura 7. Arquitectura de red GSM
RED DE ACCESO (AN) PARA GSM:
BTS (Base Transceiver Station):
Es el elemento que se
conecta a las antenas de telefonía móvil en la segunda
generación. La BTS se instala en la caseta que solemos ver a los
pies de la torre de un emplazamiento. De la BTS salen los cables
que emiten y reciben las señales y que se conectan a las antenas
situadas en lo alto de la torre. Normalmente hay una BTS por
emplazamiento que se conecta a varias antenas. Cada antena da
cobertura a un sector circular al que denominamos celda. Por lo
tanto, una BTS gestiona todas las celdas de un emplazamiento.
BSC (Base Station Controller): El elemento BSC controla un
determinado número de BTSs de un área. Todas las BTSs de
dicha área se conectan a la BSC y, a través de ella, pasa todo el
flujo de comunicaciones. El elemento BSC controla el correcto
funcionamiento de las BTSs conectadas, maneja la
configuración de cada una de ellas e incluso participa
activamente cuando un usuario móvil pasa de una BTS a otra
(hand-over). Con las generaciones 2.5 y 2.75 el elemento BSC
diferencia el tráfico de voz y de datos ya que, a partir de ella,
siguen caminos separados.
RED TRONCAL (CN) PARA GSM:
MSC (Mobile Switching Center): Son las centrales de
comunicación que establecen las llamadas de voz en las redes
móviles. A este elemento se conectan tanto las BSCs como las
RNCs aunque solo reciben las llamadas de voz. Las llamadas
de datos siguen un camino diferente. La tecnología utilizada por
estas centrales es la misma que la empleada en las centrales de
telefonía fija. Aun así, el software que las controla es bastante
más complejo ya que tiene que permitir la conexión de usuarios
que están en movimiento y que pueden conectarse desde
cualquier lado.
HLR (Home Location Register): Es el elemento de la red que
almacena los datos de los usuarios. Para dar de alta un usuario
en una red móvil se deben introducir los datos en el HLR
correspondiente. En una red móvil suele haber un HLR por cada
millón de abonados. Por lo tanto, los elementos de la red móvil
que consultan la información del usuario deben saber, según el
usuario, cual es el HLR que contiene su información. La
información almacenada es toda la información estática relativa
al usuario como los desvíos o los servicios activados.
VLR (Visitor Location Register): Aunque lógicamente es un
elemento diferente realmente es parte de la MSC. En él se
almacena la información de los abonados que están conectados
en dicha MSC. Este elemento permite no tener que estar
preguntando continuamente al HLR por la información de un
abonado. Además, contiene información particular relativa a su
posición en la red y su estado actual.
una lista gris en la que la llamada no se interrumpe, pero envía
un aviso informando de su uso. Algunos operadores tienen
acuerdos para intercambiar el contenido de sus listas para
impedir el uso de teléfonos robados, aunque se cambie de
operador.
AuC (Authetication Center): Es un elemento complementario
del HLR. Para mantener la confidencialidad en las
comunicaciones e identificarnos con seguridad se utilizan unas
claves particulares para cada SIM. Estas claves también están
almacenadas en el AuC. Por seguridad estas claves no se
almacenan en ningún otro sitio de la red y el AuC las mantiene
protegidas.
RED UMTS
En la figura 8 se desprenden los elementos para UMTS:
Figura 8. Arquitectura de red UMTS
RED DE ACCESO (AN) PARA UMTS:
Nodo B: Es el equivalente a la BTS en la tercera generación.
Los nodos B son equipos situados en la caseta de los
emplazamientos conectados a las antenas que emiten y reciben
las señales 3G. Al igual que el elemento BTS un nodo B maneja
todas las celdas del emplazamiento donde está instalado.
RNC (Radio Network Controller): El elemento RNC realiza
una función similar al elemento BSC en la tercera generación.
¿Por qué se han utilizado siglas y elementos separados? La
razón está en que las tecnologías 2G y 3G son muy diferentes y
las funciones a realizar también son muy diferentes. Hoy en día
se está implantando el concepto de Single RAN que intenta
unificar las generaciones 2G y 3G en un único controlador que
hace las funciones de BSC y RNC. Al igual que la BSC la RNC
discrimina entre conexiones de voz y de datos que, a partir de
ella, siguen caminos separados.
RED DE TRONCAL (CN) PARA UMTS:
SGSN (Serving GPRS Support Node): Es el elemento que
recibe las comunicaciones de datos tanto de las BSCs como de
las RNCs. Sus funciones son la distribución de los paquetes de
datos y la localización y gestión de los usuarios conectados en
el área gestionada. Por ejemplo, una de las funciones del SGSN
es enviar la conexión hacia el país de origen del usuario cuando
este es de otro país. Con el despliegue de las redes 4G el SGSN
se comunica con los elementos MME y SGW para facilitar y
hacer más rápidos los cambios entre la tecnología 3G y 4G
cuando se pierde la cobertura de esta última.
GGSN (Gateway GPRS Support Node):
Recibe las
comunicaciones de los usuarios desde los SGSNs. Los GGSNs
no controlan los SGSNs por lo que pueden recibir
comunicaciones de cualquier SGSN incluso en otro país. Las
comunicaciones que se reciben son las de los usuarios
pertenecientes al operador estén en el país que estén. Este
elemento es el final de la red móvil en cuanto a datos. A partir
de él las comunicaciones son iguales a las de cualquier operador
de internet pudiéndose unir a las comunicaciones de una red fija
en una red fijo-móvil unificada. El elemento GGSN realiza
también funciones de control y de tarificación. Todos los datos
necesarios para la facturación son enviados desde este
elemento.
RED LTE
la figura 9 se desprenden los elementos para LTE:
Figura 9. Arquitectura de red LTE
RED DE ACCESO (AN) PARA LTE:
eNode B (Enhanced Node B):se encuentra en las casetas al pie
de la torre de un emplazamiento de cuarta generación o LTE
conectados a las antenas situadas en lo alto de la torre y así
como las BTS reciben las señales de los dispositivos móviles,
este elemento incorpora la funcionalidad del elemento RNC
(Radio Network Controlle), el cual se encarga de discriminar
entre conexiones de voz y de datos que, a partir de ella, siguen
caminos separados. El eNode B se conecta directamente a una
red TCP/IP (similar a Internet) pero particular del operador.
Toda la comunicación es TCP/IP por lo que no hay llamadas de
voz y el teléfono tiene que pasar a 2G o 3G para realizar una
llamada de voz. En el futuro se implantará las llamadas en
VoLTE o VoIP (voice over IP) para permitir conexiones de voz
y datos en 4G.
RED TRONCAL (CN) PARA LTE:
tienen separados los HLR y los HSS por lo que es necesario dar
de alta a un usuario en los dos sitios.
MME (Mobility Management Entity): Es el elemento que
gestiona una red de cuarta generación. Aunque los eNodes B no
necesitan de un controlador es necesario un elemento común
que gestione la red y que se encargue de las funciones que son
comunes. Las labores de este elemento van desde el control del
dispositivo móvil realizando la identificación del usuario en
combinación con el HSS hasta la elección del elemento SGW
que va a gestionar la comunicación.
SGW (Serving Gateway): Es el elemento que recibe las
comunicaciones de datos de los eNodes B. Aís la al elemento
PGW de la movilidad de la red. Cuando un dispositivo móvil se
mueve a lo largo de la red cada cambio de un eNode B a otro
implica un gran número de comunicaciones solamente en la
gestión del cambio para que se produzca de una manera fluida.
El elemento SGW aísla toda esta gestión para que no llegue al
elemento PGW ya que una red móvil tiene unos pocos PGWs
que no soportarían todo el tráfico de gestión que implica los
movimientos de los dispositivos en la red.
PGW (Packet Data Network Gateway): Sustituye al GGSN
y, al igual que este, es la frontera entre la red móvil y la red
TCP/IP del operador. Es el elemento que asigna las direcciones
IP que utiliza cada usuario por lo que, cara a la red, es como si
los datos partieran de él. Además, realiza tareas de control de
los datos y de tarificación. Toda la información necesaria para
la facturación parte de este elemento.
G.
TÉCNICAS DE ACCESOS MULTIPLE
FDMA (Frequency-Division Multiple Access): Esta
es la técnica más tradicional en las comunicaciones de
radio, consiste en la separación de frecuencias entre las
portadoras, se requiere que el transmisor transmita a
diferentes frecuencias y su modulación no debe hacer
que los anchos de banda de la portadora se
superpongan. Muchos usuarios como sea posible
utilicen las frecuencias. Está técnica fue utilizada en la
primera generación análoga de redes celulares. La
ventada de esta técnica es que la transmisión no
necesita coordinación o sincronización, pero el
contraste es la limitada disponibilidad de frecuencias.
TDMA (Time-Division Multiple Access): En la
segunda generación FDMA dejo de ser efectivo por el
uso de frecuencias, por lo que, TDMA fue introducido.
Muchos usuarios pueden utilizar la misma frecuencia,
asi como la frecuencia puede ser dividida dentro de
pequeños slots llamados time slots, lo cuales son
generados continuamente.
CDMA (Code-Division Multiple Access): Utilizando
la técnica de espectro ensanchado, CMDA combina
modulación y acceso múltiple para alcanzar un cierto
grado de eficiencia y protección de la información.
Inicialmente desarrollado para aplicaciones militares,
CDMA gradualmente fue desarrollado dentro de un
sistema con el compromiso de mejorar el ancho de
banda y la calidad del servicio en un amiente de
congestión espectral e interferencia. En esta tecnología
a cada usuario se le asigna un código dependiendo de
la transacción. Un usuario puede tener múltiples
código en ciertas condiciones. Así la separación no se
basa en la frecuencia o tiempo, se basa en códigos.
Estos códigos son largas secuencias de bits teniendo
una taza de bit más alta que la información original.
La mayor ventaja de utilizar CDMA no hay necesidad
de un plan de reúso de frecuencias, el número de
canales es más grande, se optimiza la utilización del
ancho de banda y la confidencialidad de la
información está bien protegida.
VIII.
SELECCIÓN
DE
LA
ZONA
DE
ESTUDIO
Como criterio para la selección de la zona de estudio en la
ciudad de Armenia se consideró un lugar residencial con una
alta densidad de población, por lo que se consideró la comuna
2 de Armenia.
IX.
INVESTIGACIÓN
DE
HERRAMIENTAS
DE
SOFTWARE
PARA
LA
SIMULACIÓN
DE
REDES
DE
TELEFONÍA
MÓVIL
A continuación, se describen algunas herramientas de
simulación para redes celulares y la selección de una de ellas
para nuestro caso de estudio:
A.
XIRIO:
XIRIO Online, desarrollado por la empresa APTICA, presenta
dos módulos de trabajo independientes: PLANNINGTOOL,
como herramienta de planificación radioeléctrica genérica y
SHAREPLACE como aplicación de consulta e intercambio de
resultados.
PLANNINGTOOL es una herramienta de planificación
radioeléctrica genérica, que puede aplicarse al diseño de la
práctica totalidad de tecnologías inalámbricas: comunicaciones
móviles públicas (GSM, DCS, UMTS, LTE, …), radiodifusión
(TV, DVB-T, FM, DAB, DVB-H, …), sistemas de
comunicaciones móviles profesionales (PMR, TETRA, …),
radioenlaces (PDH, SDH, …), acceso a banda ancha (LMDS,
WIMAX, WiFi, …). Las posibles aplicaciones son ilimitadas
siempre y cuando se disponga de los parámetros específicos de
cada tecnología y los algoritmos y métodos de cálculo
apropiados de aplicación en cada una de ellas.
ajustados a medidas, etc.), además de proponer al usuario los
parámetros por defecto más adecuados en cada caso, para que
la simulación de redes de cualquier tecnología resulte
extremadamente sencilla, incluso para usuarios no expertos en
radiofrecuencia.
B.
RADIOGIS
RADIOGIS es una herramienta diseñada por el Grupo de
Investigación SiCoMo, de la Universidad Politécnica de
Cartagena, para la gestión y el cálculo de coberturas
radioeléctricas de sistemas de radiocomunicaciones como
GSM, UMTS, TETRA, LMDS, MMDS, FM, Radio digital,
TDT, WiFi, etc. Se basa en un Sistema de información
Geográfica
(SIG);
la
información
se
encuentra
georreferenciada. De este modo, es posible realizar análisis de
sus características espaciales y temáticas. Los Sistemas de
información Geográfica se han utilizado en la resolución de
problemas territoriales como: - Inventario de los recursos
naturales y humanos - Control y gestión de los datos catastrales
y de propiedad urbana y rústica - Planificación urbana -
Cartografía - Control de grandes instalaciones: redes de
distribución y transporte - Medio ambiente En este caso,
encuentra aplicación en la planificación de sistemas de
radiocomunicación.
C.
OPNET
OPNET Modeler es un software comercial que proporciona un
entorno de desarrollo para el modelado y la simulación de redes,
componentes, protocolos y aplicaciones de forma flexible y
escalable. Utiliza un modelado orientado a objetos y un entorno
gráfico para componer intuitivamente las redes haciendo uso de
módulos que representan componentes actuales de las redes de
telecomunicaciones.
Figura 10.
Existen gran variedad de módulos que podemos añadir al
programa, para construir el entorno que se quiera someter a
estudio.
D.
QUALNET
QualNet ofrece una gama de herramientas que interactúan entre
sí, de forma que consiguen dar solución a redes complejas,
mediante una interfaz de alto nivel.
Los elementos que forman parte de esta familia de aplicaciones
son:
- QualNet Library: Es una colección de modelos de red en
fuente para facilitar el desarrollo del sistema modelo y del
código del sistema completo.
- QualNet Simulation Engine El motor de simulación es
escalable, adaptado a modelos de alta exactitud para redes con
alto número de nodos. El buen empleo de los recursos de
cálculo consigue que el modelado de redes de gran escala con
tráfico pesado y teniendo en cuenta factores de movilidad,
consigue resultados en tiempos razonablemente cortos.
- QualNet Graphical User Interface
- Scenario Designer Es una herramienta para la configuración
del experimento de manera gráfica- Define la distribución
geográfica, conexiones físicas y parámetros de funcionamiento
de los nodos de la red.
- Animator Es utilizado para visualizar la simulación mientras
se está ejecutando.
- Protocol Designer Es una máquina de estados finitos, para el
modelado de protocolos, mediante una interfaz gráfica intuitiva.
- Analyzer Es la herramienta de representación de los datos
estadísticos procedentes de las simulaciones.
- Packet Tracer Es una aplicación de nivel de paquetes para
visualizar el contenido de los paquetes mientras ascienden o
descienden de la torre de protocolos.
E.
ATOLL
Es una aplicación con un entorno gráfico para la planificación
de entornos de radiotelecomunicaciones. Es especialmente útil
para compañías de telecomunicaciones que deben diseñar
entornos wireless incluyendo su ciclo de vida completo, esto es,
partiendo de un diseño inicial, ampliándolo y optimizando el
mismo.
Son soportadas, para el estudio, las siguientes tecnologías:
Partiendo de las capacidades en ingeniería que este software
ofrece, Atoll es un sistema abierto, escalable y con un sistema
de información técnica para poder ser utilizado con otros
sistemas de análisis.
F.
Omnet++
OMNeT++ es un simulador de eventos discretos, modular y
orientado a objetos. Un modelo en OMNeT++ consiste en
módulos clasificados jerárquicamente, que se comunican
mediante el paso de mensajes. Normalmente se utiliza para:
• Modelar tráfico en redes de telecomunicaciones, protocolos,
multiprocesadores y otros sistemas hardware distribuidos.
• Evaluar aspectos de rendimiento de sistemas software
complejos.
• Modelar cualquier sistema donde el enfoque de eventos
discretos sea adecuado.
Debido a que su código es de libre acceso, existe un gran
esfuerzo desarrollador, tanto del entorno de simulación como
de las librerías y módulos disponibles (Ipv6, TCP, Mobility).
G.
LabVIEW
AUSTIN, Texas – 19 de octubre del 2016 – NI (Nasdaq: NATI),
el proveedor de sistemas basados en plataforma que permiten a
los investigadores y científicos resolver los retos de ingeniería
más grandes del mundo, anunció el lanzamiento de LabVIEW
Communications System Design Suite 2.0, un entorno de
diseño específicamente creado para diseñar prototipos de
sistemas de comunicaciones inalámbricas. Esta nueva versión
añade las capacidades en tiempo real de NI Linux para todos los
productos de radio definido por software (SDR) como NI USRP
RIO y FlexRIO. La capacidad agregada les facilita a los
ingenieros desarrollar algoritmos en tiempo real para ejecutar
en NI Linux, trabajar con MAC y capas de red, y acceder a la
gran cantidad de repositorios de herramientas de código abierto
y tecnologías necesarios para crear prototipos de sistemas
completos; conceptos cruciales para avanzar en la investigación
5G.
Esta nueva versión también presenta tres nuevas arquitecturas
base; la de múltiple entrada, múltiple salida (MIMO) que se
enfoca en la investigación de MIMO masivo, la de LTE y por
último la 802.11 con compatibilidad mejorada multicelda y
multiusuario. La arquitectura de MIMO es una capa física
completamente configurable, escrita en LabVIEW y con código
fuente que ayuda a los investigadores a crear prototipos de
MIMO masivo.
Los investigadores pueden usar la capa física de la arquitectura
de LabVIEW Communications LTE con la capa superior
disponible en el Simulador de Red 3 (NS-3) de código abierto
para ir más allá de las simulaciones de red basadas en PC a
experimentos de red inalámbrica. La nueva capacidad NI Linux
en tiempo real con LabVIEW Communications hace que la
ejecución en tiempo real de NS-3 sea posible en un entorno
inalámbrico con hardware real para crear prototipos verdaderos
de los conceptos del sistema 5G.
H.
NS-3
NS-3 LTE es una libreria de software que permite la simulación
de redes LTE, opcionalmetne incluye Evolved Packet Core
(EPC). El proceso de realizar tales simulaciones generalmente
implica los siguientes pasos:
• Definir el escenario a ser simulado.
• Escribir un programa de simulación que recree el escenario
deseado en cuanto a topología/arquitectura.
• Especificar los parámetros de configuración de los objetos
que están siendo utilizados.
• Configurar la salida deseada a ser producida por el simulador
• Ejecutar el simulador.
Debido a su facilidad de uso y conocimiento de la herramienta
se tomó la decisión de utilizar Xirio Online en este trabajo de
grado para el desarrollo del proyecto.
X.
COBERTURA
Y
CAPACIDAD
EN
LA
COMUNA
2
DE
ARMENIA
A.
Consideraciones de Diseño
Para nuestro caso de estudio vamos a considerar los siguientes
requerimientos y consideraciones en el diseño de la red:
PARA 2G (GPRS y EDGE)
o
Simular la cobertura
o
Trabajar con los canales permitidos de
frecuencias asignadas en Colombia
o
Determinar la cantidad de TSL por BTS
requeridos en la red
o
Determinar la cantidad de TRX por BTS
requeridos en la red
o
Distribución de TRX
o
Determinar la capacidad de A bis y el
esquema de frecuencias
o
Diseño de la BSC y PCU
3G (UMTS)
o
Simular la cobertura
o
Diseño de Nodo B (Channel Elememnts,
Scheduler, etc.)
o
Cantidad de RNCs
o
Capacidad de la interfaz IuB.
o
Diseño de los RNCs
o
Diseño de la interfaz Gb
PARA 4G (LTE)
Parámetros:
Cantidad Máxima de Usuarios por sector Datos: 28
Para 2G:
o
Coding Scheme en GPRS: 1
o
Coding Scheme Edge: 5
o
Proporción Full/Half: 60/40
o
Proporción Edge / GPRS: 60/40
o
Proporción Default/Dedicados: 80/20
o
Sectores máximos por BSC: 210o
Trafico máximo por BSC: 200 Mbpso
BTS máximos por BSC: 140o
Reuso de Celda: 4
Para 3G:o
Tecnología: HSDPA+
o
Scheduler por Portadora (Sim. Users): 20
o
Nodos por RNC Max.: 115
o
Througput Max por RNC: 650 Mbps
o
Cantidad máxima de Channel Elements
por Sector: 950
Proporción Tecnología 2G/3G (en usuarios): 25/75 Escalamiento a la ciudad, de acuerdo con la réplica del
barrio en el área de la ciudad.
Cálculos con la densidad demográfica estimada más 20%; para determinar usuarios máximos, cantidad de usuarios simultáneos promedio 65%.
B.
DESARROLLO
La ciudad de Armenia cuenta con 11 comunas, para nuestro
caso de estudio seleccionamos la comuna 2. La Figura 10
muestra la distribución de las comunas dentro de la ciudad de
Armenia.
Características población de Armenia
Figura 11. Arm enia por com unas. Tom ado de “Observatorio de seguridad de la ciudad de Arm enia 2015”
Las 10 comunas de Armenia se distribuyen de la siguiente
manera:
Zona Sur
1. Comuna Uno: Centenario
2. Comuna Dos: Rufino José Cuervo Sur
3. Comuna Tres: Alfonso López
Zona Centro
4. Comuna Cuatro: Francisco de Paula Santander
5. Comuna Siete: El Cafetero
Zona Occidente
6. Comuna Cinco: El Bosque
7. Comuna Seis: San José
8. Comuna Ocho: Libertadores
9. Comuna Nueve: Los Fundadores
Zona Norte
10. Comuna Diez: Quimbaya.
Para nuestro caso de estudio la comuna 2 de Armenia se llama
"RUFINO
JOSE
CUERVO
SUR”,
cuenta con
aproximadamente de 63.133 habitantes y está compuesta por
los siguientes barrios:
14 DE OCTUBRE, 19 DE ENERO, 8 DE MARZO,
ALCAZAR DEL CAFÉ, ANTONIO NARIÑO, BARRIO
CALIMA,
BARRIO
LA
MILAGROSA,
BARRIO
ZULDEMAYDA, BARRIOS SAN VICENTE DE PAUL,
BELLO
HORIZONTE,
BLOQUES
EL
PORVENIR,
BOSQUES DE GIBRALTAR, CIUDADELA PUERTO
ESPEJO, CRISTALES, EL CARMELO, EL POBLADO, EL
TESORITO, FARALLONES, GIBRALTAR, JESUS MARIA
OCAMPO, LA FACHADA, LA VIRGINIA, LAS ACACIAS,
LAS BRISAS, LAS VERANERAS, LOS NARANJOS, LOS
QUINDOS, LOS QUINDOS II ETAPA, LOS QUINDOS III
ETAPA, LUIS CARLOS GALAN, MANANTIALES,
MARCO
FIDEL
SUAREZ,
NUEVO
HORIZONTE,
PATRICIA,
SAN
FRANCISCO,
SANTA
RITA,
SERRANIAS,
URBANIZACION
GIRASOLES ,
URBANIZACION
JARDINES
DE
LA
FACHADA,
URBANIZACION
LINDARAJA,
URBANIZACION
LINDARAJA
II
ETAPA,
VERACRUZ,
VILLA
ALEJANDRA, VILLA CLAUDIA, VILLA DE LA VIDA Y
EL TRABAJO y VILLA DEL CARMEN.
La comuna 2, Rufino José Cuervo se encuentra ubicada en el
sector sur occidental de la ciudad, tiene una extensión
aproximada de 3.1 km2 y una población aproximada de 63.133
habitantes en el 2009, con un crecimiento anual previsto del 2%
durante estos 9 años; eso quiere decir 75.500 habitantes
aproximadamente, más un 20% para dimensionar por arriba,
para un total de 90.600 usuarios máximos para nuestro sistema.
Es información fue tomada del P.O.T. Armenia una ciudad para
la vida 2009-2023.
De
estos
90.600
usuarios
máximo
se
atenderán
simultáneamente el 65% lo que nos da 58.890 usuarios
concurrentes.
Figura 12. Delim itación de la Comuna 2 de Armenia con Google Earth
Google Earth también nos permite hallar el área de la zona
demarcada, lo cual nos da 3.13 Km2.
Límites de la Zona de implementación la Comuna 2: Rufino
José Cuervo Sur en la ciudad de Armenia
Norte: Principalmente con la calle 42.
Sur: Calles 66 y 67.
Oriente: Carreras 42, 56 y 49.
Occidente: Carreras 27 23.
1)
PLANEACIÓN PARA 2G
a) CÁLCULO DE TSL POR SECTOR PARA TRAFICO DE VOZ
De las consideraciones de diseño tenemos que se debe atender
31 usuarios de voz por sector en una distribución de 60% para
Full Rate y 40% en Half Rate, por lo tanto, atenderemos 19
usuarios en Full Rate y 12 en Half Rate. Para los usuarios HR,
necesitaremos 1 TSL para atender 2 usuarios. La tabla 2
muestre la distribución de TSL requeridos para el tráfico de voz
en un sector.
Tabla 2. Distribución de TSL para usuarios de voz
Usuarios
de voz por
sector
Usuario
Full Rate
(60%)
Usuario
Half Rate
(40%)
TSL
Full
Rate
TSL
Half
Rate
31
19
12
19
6
b) CÁLCULO DE TSL POR SECTOR PARA TRAFICO DE DATOS
(1) CÁLCULO DE T SL POR SECT OR PARA GRPS
De las consideraciones de diseño tenemos que se debe atender
28 usuarios para datos por sector, de los cuales el 40% de los
usuarios se atenderán con la tecnología GPRS para tráfico de
datos, por lo que se espera tener 11 usuario en GPRS por sector.
Asumimos que vamos a requerir un TSL por TBF, por lo tanto,
vamos a requerir 11 TSL para datos GPRS por sector. De estos
TSL utilizaremos 80% como default y 20% como dedicados,
por lo tanto, utilizaremos 9 como TSL default y 2 TSL como
dedicados en GPRS por sector.
Tabla 3. Distribución de TSL para usuarios de datos GPRS
Usuarios
de datos
por sector
Usuarios
GPRS
(40%)
TSL GPRS
DEFAULT
(80%)
TSL GPRS
DEDICADOS
(20%)
28
11
9
2
(2) CALCULO DE T SL POR SECT OR PARA EDGE
De las consideraciones de diseño tenemos que se debe atender
28 usuarios para datos por sector, de los cuales el 60% de los
usuarios se atenderán con tecnología EDGE para tráfico de
datos, por lo que se espera tener 17 usuario en EDGE por sector.
Para EDGE utilizaremos el MCS 5, por lo tanto, cada usuario
va a requerir 1 TSL y en vista que se transmite grupos de 4 TSL,
aproximando los 17 usuarios a múltiplos de 4 vamos a requerir
20 TSL.
Calculo de TSL de Control:
#𝑇𝑆𝐿
𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑜𝑙=
20
4
= 5 𝑇𝑆𝐿 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑜𝑙
Por lo tanto, con MCS 5 se requiere 20 TSL + 5 TSL de control
para un total de 25 TSL para EDGE por sector.
DISTRIBUCIÓN DE TRX POR SECTOR
La tabla 4 muestra el resumen de TLS requeridos por sector:
Tabla 4. TSL requeridos por sector
TLS para señalización y control 2 (BCCH y SDCH)
TLS para voz 19 TSL FR y 6 TSL HR
TSL para GPRS 9 TSL default y 2 TSL dedicados
TSL para EDGE 25
TOTAL TSL POR SECTOR 63
TOTAL TRX POR SECTOR 8
Figura 13. Distribución de TSL en un Sector
OPTIMIZACIÓN: Debido a que la hora pico de tráfico de voz
es diferente a la hora pico de tráfico de datos GPRS se podrá
utilizar los mismo TSL default GPRS para tráfico de voz, por
lo tanto, los 9 TSL default de GPRS se pueden compartir con
TSL de voz. Por consiguiente, con esta optimización se requiere
54 TSL y 7 TRX por sector, pero debido a que cada TRX
transmite 8 TSL, en realidad vamos a requerir de 56 TSL por
sector. De tal forma que la nueva distribución de TSL por sector
queda representado como la figura 14, los dos últimos TSL en
blanco los podemos asignar a cualquier tipo de tráfico, para
nuestro caso los asignaremos a tráfico de voz en HR:
Figura 14. Optim ización de Distribución de TSL en un Sector
De las consideraciones de diseño se requiere atender 58.890
usuarios concurrentes, de los cuales el 25% serán atendidos con
tecnología
2G,
por
lo
que
14.723
usuarios
(58.890
∗
0.25
≅
14.723) serán atendidos con 2G, cada sector
soporta 31 usuarios para voz y 28 usuario para datos, por lo
tanto, se toma el número menor entre estos dos últimos para
obtener el número total de sectores requeridos en nuestra red
para el peor caso:
14.723
28
= 525,8 ≅ 526 𝑠𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠
c) CALCULO DE E1’S NECESARIOS PARA INTERFAZ ABIS
Después de la optimización obtuvimos que p or sector se
requiere 56 TSL, por BTS vamos a configurar 9 sectores, por lo
tanto, en una BTS tendremos 504 TSL (56TSL x 9 Sectores).
Un canal de E1 ocupa 4 TSL, por lo tanto, con la siguiente
ecuación obtenemos el número de canales de E1 requeridos por
BTS:
504 𝑇𝑆𝐿𝑥𝐵𝑇𝑆
4𝑇𝑆𝐿𝑥𝐸1
= 126 𝑐ℎ𝑠 𝑑𝑒 𝐸1𝑠
Un E1 contiene 30 circuitos, por lo tanto, mediante la siguiente
ecuación obtenemos el número de E1s requeridos en una BTS:
126 chs de E1s
30 ctos de E1s
= 4.2 ≅ 5 E1s
d) CALCULO DE E1’S NECESARIOS PARA INTERFAZ Gb
Para GPRS:
Para GPRS utilizaremos un CS 1 que utiliza una tasa de bits de
9.05 Kbps y de las consideraciones de diseño tenemos que una
BSC soporta máximo 140 BTS, por lo tanto:
Tráfico de datos GPRS = (11 ch de datos GPRS) x (9 sectores)
x (140 BTS) x (9.05 kbit/s) = 125,433 Mbps
Cada E1 tiene una capacidad de 2Mbps, con la siguiente
ecuación obtenemos el número de E1s requeridos en la interfaz
Gb por BSC:
𝐺𝑏
𝐺𝑃𝑅𝑆=
125,433 𝑀𝑏𝑝𝑠
2 𝑀𝑏𝑝𝑠
= 62,7 ≅ 63 𝐸1𝑠
Para EDGE:
Para EDGE utilizaremos un MCS 5 que utiliza una tasa de bits
de 22,4 Kbps y de las consideraciones de diseño tenemos que
una BSC soporta máximo 140 BTS, por lo tanto:
𝑇𝑟𝑎𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒 𝑑𝑎𝑡𝑜𝑠 𝐸𝐷𝐺𝐸
= ((9 𝑆𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠) ∗ (140 𝑁𝑜𝑑𝑜𝑠)
∗ (20 𝑇𝑆𝐿 𝑑𝑎𝑡𝑜𝑠 𝐸𝐷𝐺𝐸)
∗ (22,4 𝐾𝑏𝑝𝑠))/(1 𝑇𝑆𝐿 𝑀𝐶)
= 564,48 𝑀𝑏𝑝𝑠
Cada E1 tiene una capacidad de 2Mbps, con la siguiente
ecuación obtenemos el número de E1s requeridos en la interfaz
Gb por BSC:
𝐺𝑏
𝐸𝐷𝐺𝐸=
564,48 𝑀𝑏𝑝𝑠
2 𝑀𝑏𝑝𝑠
= 282,24 ≅ 283 𝐸1𝑠
Vamos a requerir 346 E1s en total (63 E1s de GPRS + 283 E1s
de EDGE) para la interfaz Gb.
e) Calculo de BTS
BCCH SDCH
TSL VOZ FR TSL VOZ HR TSL GPRS DEFAULT TSL GPRS DEDICADO
TSL EDGE TSL EDGE CONTROL
BCCH SDCH
TSL VOZ FR TSL VOZ HR TSL VOZ FR/GPRS DEFAULT
El número total de sectores es 526 sectores y como definimos
que utilizaremos 9 sectores por BTS, entonces vamos a requerir
59 BTS:
𝐵𝑇𝑆 =
526 𝑆𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠
9 𝑆𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠𝑋𝐵𝑇𝑆
= 58.44 ≅ 59 𝐵𝑇𝑆
f) Calculo de BSCs y PCUs:
La BSC soporta máximo:
• 200 Mbps
• 210 sectores
• 140 nodos máximo
Calculo de BSC por capacidad
: para GPRS y EDGE vamos a
requerir un total de 689,91 Mbps (125,43 Mbps GRSP + 564,48
Mbps EDGE), por lo tanto, con 4 BSC soportamos este tráfico,
ya que la BSC soporta máximo 200 Mbps.
Calculo de BSC por sectores: de los cálculos de total de
sectores en la red vamos a requerir 526 y una BSC soporta
máximo 210 sectores, por lo tanto, vamos a necesitar 3 BSC.
Calculo de BSC por BTS: de los cálculos de total de BTS en
la red vamos a requerir 59 y una BSC soporta máximo 140 BTS,
por lo tanto, vamos a necesitar 1 BSC.
Se toma el peor caso, que es el cálculo de BSC por capacidad
requerida, por lo tanto, necesitaremos instalar 4 BSC en la red.
El número de PCUs es igual al número de BSCs en la red, por
lo tanto, vamos a requerir 4 PCUs en la red.
A continuación, se muestra la tabla resumen para 2G:
Tabla 5.
DETALLE
CANTIDAD
HABITANTES COMUNA 2 DE ARMENIA
90600
USUARIOS CONCURRENTES EN LA RED (65%)
58890
USUARIOS 2G (25%)
14723
USUARIOS VOZ X SECTOR
31
USUARIOS DATOS X SECTOR
28
TSL X SECTOR PARA VOZ
25
TSL X SECTOR GPRS
11
TSL X SECTOR EDGE
25
TSL SEÑALIZACIÓN Y CONTROL
2
TSL X SECTOR (OPTIMIZADO)
56
TRX X SECTOR
7
SECTORES X BTS
9
TSL X BTS
504
TRX X BTS
63
E1's X BTS INTERFAZ ABIS
5
SECTORES EN LA RED
526
TSL EN LA RED
29445
TRX EN LA RED
3681
BTS EN LA RED
59
THROUGHPUT X BSC (Mbps)
200
SECTORES X BSC
210
BTS X BSC
140
E1's X BTS INTERFAZ Gb PARA GPRS
63
E1's X BTS INTERFAZ Gb PARA EDGE
283
THROUGHPUT GPRS X BSC (Mbps)
125.43
THROUGHPUT EDGE X BSC (Mbps)
564.48
BSC EN LA RED
4
PCU EN LA RED
4
g) ESQUEMA DE FRECUENCIAS
Figura 15. Distribución de celdas sobre la Com una 2 de Arm enia con reúso de 4 (Google Earth)
La asignación de frecuencias, por sectores se realizó de acuerdo
al diseño geométrico de la figura 15, con reúso de 4. Teniendo
en cuenta que por cada BTS existen 63 TRX, vamos entonces a
requerir 63 frecuencias por BTS. Para la asignación de
frecuencias utilizaremos el espectro de 850 MHz y 1900 MHz
asignado a los operadores Celulares en Colombia. La figura 16
y 17 muestran el espectro de 850 MHz y 1900 MHz asignado
en Colombia.
Figura 16. Asignación de la Banda de 850 MHz en Colom bia
Figura 17. Asignación de la Banda de 1900 MHz en Colom bia
4 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 3 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
824 835 845 846,5 849 869 880 890 891,5 894
BANDA DE 850 MHz
CLARO MOVISTAR
5MHz 5MHz 10 MHz 10 MHz 5 MHz 20 MHz 15 MHz 10 MHz 40 MHz
BANDA DE 1900 MHz
CLARO MOVISTAR
TIGO
La figura 18 muestra la distribución de los 9 sectores dentro de
la Celda:
Figura 18. Distribución de sectores por Celda
Las tablas a continuación muestran la asignación de frecuencias
para los 4 tipos de radio bases dentro del esquema de
frecuencias en MHz:
RADIOBASE 1
SECTOR
TRX 1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 869.2 880.2 1947.6 869.4 880.4 1947.8 869.6 880.6 1948.0
2 871.6 882.6 1950.0 871.8 882.8 1950.2 872.0 883.0 1950.4
3 874.0 885.0 1952.4 874.2 885.2 1952.6 874.4 885.4 1952.8
4 876.4 887.4 1954.8 876.6 887.6 1955.0 876.8 887.8 1955.2
5 878.8 889.8 1957.2 879.0 891.6 1957.4 879.2 891.8 1957.6
6 891.0 893.8 1959.6 891.2 1965.0 1959.8 891.4 1965.2 1960.0
7 1971.8 1967.2 1962.0 1972.0 1967.4 1962.2 1972.2 1967.6 1962.4
RADIOBASE 2
SECTOR
TRX 1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 869.8 880.8 1948.2 870.0 881.0 1948.4 870.2 881.2 1948.6
2 872.2 883.2 1950.6 872.4 883.4 1950.8 872.6 883.6 1951.0
3 874.6 885.6 1953.0 874.8 885.8 1953.2 875.0 886.0 1953.4
4 877.0 888.0 1955.4 877.2 888.2 1955.6 877.4 888.4 1955.8
5 879.4 892.0 1957.8 879.6 892.2 1958.0 879.8 892.4 1958.2
6 1970.0 1965.4 1960.2 1970.2 1965.6 1960.4 1970.4 1965.8 1960.6
7 1972.4 1967.8 1962.6 1972.6 1968.0 1962.8 1972.8 1968.2 1963.0
RADIOBASE 3
SECTOR
TRX 1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 870.4 881.4 1948.8 870.6 881.6 1949.0 870.8 881.8 1949.2
2 872.8 883.8 1951.2 873.0 884.0 1951.4 873.2 884.2 1951.6
3 875.2 886.2 1953.6 875.4 886.4 1953.8 875.6 886.6 1954.0
4 877.6 888.6 1956.0 877.8 888.8 1956.2 878.0 889.0 1956.4
5 880.0 892.6 1958.4 890.0 892.8 1958.6 890.2 893.0 1958.8
6 1970.6 1966.0 1960.8 1970.8 1966.2 1961.0 1971.0 1966.4 1961.2
7 1973.0 1968.4 1963.2 1973.2 1968.6 1963.4 1973.4 1968.8 1963.6
RADIOBASE 4
SECTOR
TRX 1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 871.0 882.0 1949.4 871.2 882.2 1949.6 871.4 882.4 1949.8
2 873.4 884.4 1951.8 873.6 884.6 1952.0 873.8 884.8 1952.2
3 875.8 886.8 1954.2 876.0 887.0 1954.4 876.2 887.2 1954.6
4 878.2 889.2 1956.6 878.4 889.4 1956.8 878.6 889.6 1957.0
5 890.4 893.2 1959.0 890.6 893.4 1959.2 890.8 893.6 1959.4
6 1971.2 1966.6 1961.4 1971.4 1966.8 1961.6 1971.6 1967.0 1961.8
7 1973.6 1969.0 1963.8 1973.8 1969.2 1964.0 1974.0 1969.4 1964.2
2)
PLANEACIÓN PARA 3G
De las consideraciones de diseño se requiere atender 58.890
usuarios concurrentes, de los cuales el 75% serán atendidos con
tecnología 3G, por lo que 44.167 usuarios serán atendidos con
3G.
La tabla 6 muestra las consideraciones de diseño para 3G
Tabla 6. Consideraciones para 3G
Tecnología
Scheduler por Portadora
(Sim. Users)
Nodos por RNC Max.
Througput Max por
RNC
Cantidad máxima de
Channel Elements por
Sector
HSDPA+ 20 115 650 950
Cada Channel Element (CE) puede soportar una
llamada de voz o 16 Kbps para datos.
Con tecnología HSDPA+: 21 Mbps en Downlink y 14
Mbps en Uplink.
Se han de considerar 31 Erlangs (31 llamadas
simultáneas).
treinta y un (31) usuarios simultáneos por sector.
Total, sectores en la red:
𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑆𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑅𝑒𝑑
= (𝑈𝑠𝑢𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 3𝐺)
/(𝑀𝑎𝑥. 𝑈𝑠𝑢𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠 𝑥 𝑠𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟) = 44167/31
≅ 1425 𝑠𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠
Calculo de CE para HSDPA+:
𝐶𝐸𝑥𝑆𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟 = 31𝐶𝐸 + (21𝑀𝑏𝑝𝑠 + 14𝑀𝑏𝑝𝑠)/16𝐾𝑏𝑝𝑠
≅ 2219𝐶𝐸𝑥𝑆𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟
𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑆𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 =
2219𝐶𝐸
3 sectores orientados en la misma dirección para soportar
la tecnología HDSPA+ y utilizaremos 3 sectores por Nodo.
La figura 18 muestra la distribución de sectores en un Nodo
B
Figura 19. Sectores en un Nodo B
Calculo de portadoras
# 𝑃𝑜𝑟𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟𝑎𝑠 = (31 𝑢𝑠𝑢𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠 𝑥 3 𝑆𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠)
/(20 𝑢𝑠𝑢𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠 𝑥 𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟𝑎)
≅ 5 𝑃𝑜𝑟𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟𝑎𝑠
Calculo de Numero de Nodos B
𝑁𝑜𝑑𝑜𝑠𝐵 =
1425 𝑆𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠
3 𝑆𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠
≅ 475 𝑁𝑜𝑑𝑜𝑠 𝐵
Calculo de Throughput por Nodo (Capacidad de Iub):
𝑇ℎ𝑟𝑜𝑢𝑔ℎ𝑝𝑢𝑡 𝑝𝑜𝑟 𝑁𝑜𝑑𝑜𝐵
= (21𝑀𝑏𝑝𝑠 + (31 ∗ 16𝐾𝑏𝑝𝑠))
∗ 3 𝑠𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 = 64,5𝑀𝑏𝑝𝑠
Nota: Para este cálculo utilizamos la capacidad Máxima del DL
que da la tecnología HSDPA+ que es 21 Mbps, de esta forma
se estaría dimensionando por arriba de la capacidad máxima
Calculo de Numero de RNC:
o
Por Número máximo de Nodos soportados
por RNC:
#𝑅𝑁𝐶 =
475 𝑁𝑜𝑑𝑜𝑠
115 𝑁𝑜𝑑𝑜𝑠
≅ 5 𝑅𝑁𝐶
o
Por Throughput máximo soportado por RNC:
# 𝑅𝑁𝐶 =
(475) ∗ (64,5 𝑀𝑏𝑝𝑠)
650 𝑀𝑏𝑝𝑠
≅ 48 𝑅𝑁𝐶
Nota: Se selecciona el mayor número de RNC, por lo tanto,
vamos a requerir 48 RNC para soportar el Throughput de la red,
en vista de que se requiere 475 NodosB, de esta manera cada
RCN soportará aproximadamente 10 NodeB.
A continuación, se muestra la tabla resumen para 3G:
Tabla 7. Resum en de Datos para 3G
ESQUEMA DE FRECUENCIAS
De acuerdo con la planeación para 3G se usaron cinco (5)
portadoras por sector, distribuidas de la siguiente manera:
Dos portadoras de Movistar en la banda de 1900.
Dos portadoras de Claro en la banda de 1900.
Una portadora de Tigo en la banda de 1900.
Figura 20. Distribución de espectro radioeléctrico en Colombia.