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Cobertura y capacidad en redes 2G, 3G y 4G

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Academic year: 2020

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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

NTRODUCTION

Con 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.

RESPUESTA

Use 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

(2)

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 PROPUESTA

La 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)

(3)

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.

(4)

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)

(5)

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.

(6)

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:

(7)

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.

(8)

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:

(9)

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

(10)

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: 210

o

Trafico máximo por BSC: 200 Mbps

o

BTS máximos por BSC: 140

o

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.

(11)

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

(12)

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

(13)

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

(14)

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

(15)

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.

Canalización Banda 1900 MHz

La banda de 1900 MHz tiene un ancho de banda útil de 120

MHz y una banda central de 20 MHz en el segmento 1910 –

1930 MHz. Según la distribución americana de la banda, esta

se subdivide en 6 bandas dobles para su uso con tecnologías de

duplexación de frecuencia (FDD).

DETALLE

CANTIDAD

HABITANTES COMUNA 2 DE ARMENIA

90600

USUARIOS CONCURRENTES EN LA RED

58890

USUARIOS 3G

44167

USUARIOS SIMULTANEOS POR SECTOR

31

CE X SECTOR

950

SECTORES X NODOB

3

PORTADORAS POR NODO

5

SCHEDULER POR NODO

5

THROUGHPUT POR NODO (Iub)

64,5

NodoB por RNC (aprox.)

10

TOTAL NODOS EN LA RED

475

Figure

Figura  5.  Arquitectura  de  alto  nivel  de  los  sistem as  3GPP  (GSM,  UMTS y LTE)
Figura 6. Tecnologías en redes m óviles.
Figura 8. Arquitectura de red UMTS
Figura  11.  Arm enia  por  com unas.  Tom ado  de  “Observatorio  de  seguridad de la ciudad de Arm enia 2015”
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Referencias

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