Desarrollo de guías de laboratorio aplicando radio definido por software para la implementación de un Handover con estaciones base de segunda generación y la primera fase de una estación base de cuarta generación

(1)

DESARROLLO DE GU´IAS DE LABORATORIO APLICANDO RADIO DEFINIDO POR SOFTWARE PARA LA IMPLEMENTACI ´ON DE UN

HANDOVER CON ESTACIONES BASE DE SEGUNDA GENERACI ´ON Y

LA PRIMERA FASE DE UNA ESTACI ´ON BASE DE CUARTA GENERACI ´ON

Tesis presentada por: Julian E. Morales Ortega

Angie C. Trivi˜no Moreno

Universidad Santo Tom´as

Facultad de Ingenier´ıa de Telecomunicaciones Bogot´a D.C.

(2)

DESARROLLO DE GU´IAS DE LABORATORIO APLICANDO RADIO DEFINIDO POR SOFTWARE PARA LA IMPLEMENTACI ´ON DE UN

HANDOVER CON ESTACIONES BASE DE SEGUNDA GENERACI ´ON Y

LA PRIMERA FASE DE UNA ESTACI ´ON BASE DE CUARTA GENERACI ´ON

Tesis presentada por: Julian E. Morales Ortega

Angie C. Trivi˜no Moreno

Director:

Ingeniera M´onica Espinosa Buitrago

Asesor:

Ingeniero Angel Felipe Diaz Sanchez

Universidad Santo Tom´as

Facultad de Ingenier´ıa de Telecomunicaciones Bogot´a D.C.

(3)

´

_{Indice general}

1. INTRODUCCI ´ON 10

2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 12

3. JUSTIFICACI ´ON 14

4. OBJETIVOS 15

4.1. Objetivo General . . . 15

4.2. Objetivos Espec´ıficos . . . 15

5. GSM(Global System for Mobile) 17 5.1. Definici´on de GSM . . . 17

5.2. Caracter´ısticas . . . 17

5.3. Arquitectura GSM . . . 18

5.4. Handover . . . 20

5.5. Software . . . 21

5.5.1. OpenBTS . . . 21

5.5.2. OsmocomBB . . . 22

6. LTE (Long Term Evolution) 23 6.1. Definici´on de LTE. . . 23

6.3. Arquitectura . . . 24

6.4. Software . . . 25

6.4.1. OpenLTE . . . 25

6.4.2. gr-LTE . . . 26

6.4.3. OpenAirInterface . . . 26

(4)

´

Indice general 4

7. Radio Definido por Software 28

7.1. Definici´on . . . 28

8. Implementación de un Handover con Estaciones Base de Segunda Ge-neración con OpenBTS 32 8.1. Componentes para la Implementación del Handover . . . 32

8.1.1. Componentes de Hardware . . . 32

8.1.2. Componentes de Software . . . 33

8.2. Instalaci´on de OpenBTS . . . 33

8.2.1. Requisitos previos para la instalaci´on de OpenBTS . . . 33

8.2.2. Instalaci´on de los drivers de la USRP . . . 35

8.2.3. Descarga de GIT . . . 36

8.2.4. Descarga de OpenBTS . . . 38

8.2.5. Instalaci´on de OpenBTS y sus dependencias . . . 40

8.2.6. Comprobaci´on Funcionamiento USRP. . . 42

8.2.7. Comprobaci´on del funcionamiento de OpenBTS . . . 43

8.3. Configuraci´on de OpenBTS . . . 44

8.3.1. Configuraci´on de la Banda y Canal . . . 44

8.3.2. Configuraci´on de Ganancia, Potencia y Ruido . . . 45

8.3.3. Configuraci´on de los Usuarios . . . 47

8.4. Handover OpenBTS . . . 52

8.4.1. Configuraci´on de la USRP . . . 52

8.4.2. Configuraci´on de las Estaciones Base . . . 53

8.4.3. Resultados. . . 61

9. Instalación y Configuración OpenLTE 64 9.1. Instalación de OpenLTE . . . 64

9.1.1. Instalaci´on de GNURadio . . . 64

9.1.2. Comprobaci´on del funcionamiento de la USRP . . . 66

9.1.3. Instalaci´on de la Librer´ıa Libpolarssl . . . 68

9.1.4. Instalaci´on de la Librer´ıa OpenLTE . . . 68

9.2. Configuraci´on OpenLTE . . . 70

(5)

´

Indice general 5

11.CONCLUSIONES 85

(6)

´

_{Indice de figuras}

5.1. Arquitectura GSM [26] . . . 18

5.2. Arquitectura de Handover en GSM . . . 20

5.3. Logo OpenBTS [3] . . . 21

5.4. Logo Osmocom [5] . . . 22

6.1. Arquitectura LTE [27] . . . 25

6.2. Logo OpenLTE [4] . . . 25

6.3. Logo OpenAirInterface [2] . . . 26

7.1. Ettus USRP N210 [1] . . . 30

8.1. Actualizaci´on de Repositorios . . . 33

8.2. Instalaci´on de los repositorios actualizados . . . 34

8.3. Instalaci´on de paquetes requeridos para OpenBTS . . . 34

8.4. Instalaci´on del driver USRP N210 . . . 35

8.5. Instalaci´on de soporte para PPA . . . 36

8.6. Adiciona actualizaci´on del repositorio git . . . 37

8.7. Actualizaci´on de Repositorios . . . 37

8.8. Instalaci´on del paquete git . . . 37

8.9. Ubicaci´on de los scripts para la descarga y compilaci´on de OpenBTS . 38 8.10. Descarga de los repositorios de OpenBTS . . . 38

8.11. Se compila los repositorios a la versi´on 5.0 . . . 39

8.12. Compilaci´on de paquetes OpenBTS e instalaci´on del controlador del ra-dio N210 . . . 39

8.13. Verificaci´on de las USRP conectadas al ordenador . . . 42

8.14. Configuración e Información técnica del dispositivo . . . 42

8.15. Inicio de servicios . . . 43

(7)

´

Indice de figuras 7

8.16. Ingreso a la consola de OpenBTS . . . 43

8.17. Configuraci´on de la banda y el canal . . . 44

8.18. Calculadora con ARFCN 52 . . . 44

8.19. Ganancia . . . 45

8.20. M´axima Potencia . . . 45

8.21. Potencia -40 dB . . . 46

8.22. Potencia . . . 46

8.23. Verificaci´on del Ruido . . . 46

8.24. Acceso a la red desde el terminal . . . 47

8.25. Identificaci´on de la red desde el terminal . . . 48

8.26. Usuarios no autenticados en la red . . . 49

8.27. IMEI del terminal m´ovil . . . 49

8.28. Registro de usuario . . . 50

8.29. Lista de los Usuarios Registrados en la red . . . 50

8.30. Eliminar Usuarios . . . 51

8.31. Direccionamiento Red Handover . . . 52

8.32. Configuraci´on de la Identidad de la BTS1. . . 54

8.33. Configuraci´on del canal de la BTS1 . . . 54

8.34. Configuraci´on del SIP BTS1 . . . 55

8.35. Vecinos conectados a BTS1 . . . 56

8.37. Configuraci´on de la Identidad de la BTS2. . . 57

8.38. Configuraci´on del canal de la BTS2 . . . 57

8.39. Configuraci´on del SIP BTS2 . . . 58

8.41. Informaci´on de cellid BTS1 . . . 59

8.42. Informaci´on de cellid BTS2 . . . 60

8.43. Configuraci´on del fichero sip-custom-context.conf . . . 60

8.44. Canales de la BTS1 con Handover . . . 61

8.45. Terminal conectado a las BTS.. . . 61

9.1. Creaci´on e ingreso al directorio GNURadio . . . 65

(8)

´

Indice de figuras 8

9.3. Permisos para la posterior compilaci´on de GNURadio . . . 65

9.4. Instalaci´on de GNURadio . . . 66

9.5. Configuración e Información técnica del dispositivo . . . 67

9.6. Instalaci´on de libpolarssl . . . 68

9.7. Descarga de OpenLTE . . . 68

9.8. Comprobaci´on de librer´ıas correspondientes . . . 69

9.9. Compilaci´on del paquete OpenLTE . . . 69

9.10. Instalaci´on de OpenLTE . . . 69

9.11. Ingresar a la configuraci´on del enodeb . . . 70

9.12. Consola del enodeb conectada por medio de telnet. . . 70

9.13. Lista de Comandos de la consola del enodeb. . . 70

9.14. Consola de debug del enodeb. . . 71

9.15. Calculo de la banda con EARFCN de 1575. . . 71

9.16. Resultados del c´alculo del EARFCN. . . 72

9.17. Banda de enodeb. . . 72

9.18. EARFCN. . . 72

9.19. Ancho de banda. . . 72

9.20. Ganancia de recepci´on. . . 73

9.21. Ganancia de transmisi´on. . . 73

9.22. Configuraci´on MNC. . . 73

9.23. Configuraci´on MCC. . . 73

9.24. Lectura de los par´ametros configurados.. . . 74

9.25. Comando help y las respectivas configuraciones. . . 75

9.26. Adicionar un usuario al enodeb. . . 75

9.27. Ver los usuarios registrados en el enodeb. . . 76

9.28. Eliminar usuarios del enodeb. . . 76

9.29. Imagen de error en start. . . 76

9.30. Error de reloj en el terminal LTE FDD ENB. . . 77

10.1. Programador - ACS ACR38 . . . 78

10.2. Imagen ISO del CD del programador. . . 78

10.3. Montar Imagen ISO. . . 79

10.4. Se ejecuta el Autorun del CD . . . 79

10.5. Selecci´on de la opci´on Install Smart Card Driver . . . 80

(9)

´

Indice de figuras 9

10.7. Asistente de instalaci´on del driver . . . 81

10.8. Ruta de la instalaci´on del driver. . . 81

10.9. Progreso de instalaci´on del driver. . . 82

10.10.Finalizaci´on de la instalaci´on. . . 82

10.11.Se descomprime el archivo .rar . . . 83

10.12.Montaje de la imagen ISO. . . 83

10.13.Incio del software para programar SimCards. . . 84

(10)

Cap´ıtulo 1

INTRODUCCI ´

ON

En la Universidad Santo Tom´as, la Facultad de Ingenier´ıa de Telecomunicaciones

dentro de su asignatura de sistemas de telecomunicaciones m´oviles, se encuentra la

necesidad de realizar pr´acticas de laboratorio para fortalecer las competencias de los

estudiantes. Puesto que la UIT (Uni´on Internacional de Telecomunicaciones), informa

que el mundo hay alrededor 7.377 millones de suscriptores de telefon´ıa m´ovil celular y

asimismo se evidencia su importancia en el informe del segundo trimestre de 2016 del

Ministerio de Tecnolog´ıas de la Informaci´on y las Comunicaciones (MINTIC); en donde

la telefon´ıa m´ovil en Colombia cuenta con 57.927.412 abonados y un ´ındice de

penetra-ción del 118,8 %, presentando un aumento de 2,7 puntos porcentuales con relación al ´ındice de penetración del mismo trimestre del año 2015, el cual se ubicó en el 116,1 %,

donde también el número total de abonados de internet móvil es de 12.679.530 y esta

cantidad se compone de 11.122.392 de abonados de tercera generaci´on (3G), 1.067.155

de cuarta generaci´on (4G) y 489.983 de segunda generaci´on (2G).

Al evidenciar la importancia tecnol´ogica de la telefon´ıa m´ovil en Colombia, es

fun-damental que un ingeniero de telecomunicaciones desarrolle competencias de dise˜no y

gestión de la red de un operador de telefon´ıa móvil. Dado que se prevé que en próximos

años los abonados migrarán a las nuevas generaciones de telefon´ıa e internet móvil,

como se evidencia en el referente Nacional donde la mayor cantidad de abonados estan en tercera generaci´on y se muestra un decrecimiento en la segunda generaci´on y de la

misma forma un aumento paulatino de los abonados de cuarta generaci´on.

Por lo tanto, se busca fortalecer las competencias de los estudiantes en el manejo de

(11)

Cap´ıtulo 1. INTRODUCCI ´ON 11

estas tecnolog´ıas, lo cual se logra mediante el uso de Radio definido por Software (SDR),

puesto que es una alternativa que permite realizar este tipo de desarrollos tecnol´ogicos

a un bajo costo y un despliegue de infraestructura m´as sencillo, por esta raz´on se planea

realizar el handover para una red de segunda generaci´on (2G) y una estaci´on base para

una red de cuarta generaci´on (4G) en un equipo SDR Ettus N210, el cual es un

dis-positivo que dispone la facultad de Ingenier´ıa de Telecomunicaciones de la Universidad Santo Tom´as.

Todo lo anterior, se describir´a en el presente documento de la siguiente manera: en los

Cap´ıtulos 5 y 6 se estudian las definiciones de GSM y LTE junto con sus caracter´ısticas,

arquitectura y las opciones de software para la implementaci´on de estas arquitecturas,

en el Cap´ıtulo 7 se observa la definici´on de radio definido por software, descripci´on del

equipo Ettus N210 con el cual se realizar´an las pr´acticas y sus caracter´ısticas

princi-pales, en el Cap´ıtulo 8 se muestra el funcionamiento del handover con estaciones base

realizadas por medio de OpenBTS y los componentes necesarios para la instalaci´on de OpenBTS, adem´as de las configuraciones y pruebas realizadas, en el Cap´ıtulo 9 se

observa la instalación de una estación base de cuarta generación con OpenLTE y las

respectivas configuraciones realizadas y en el Cap´ıtulo 10 se evidencia el proceso a seguir

para la programaci´on de las SIMCARD, que se requieren para el software OpenLTE.

Todo esto, ser´a de gran utilidad para la realizaci´on de las gu´ıas de laboratorio con lo

cual, los estudiantes de la facultad de Ingenier´ıa Telecomunicaciones de la Universidad

(12)

Cap´ıtulo 2

PLANTEAMIENTO DEL

PROBLEMA

En la facultad de ingenier´ıa de Telecomunicaciones de la Universidad Santo Tom´as,

en la asignatura de sistemas de telecomunicaciones m´oviles, se hace necesario

desarro-llar pr´acticas de laboratorio en las cuales los estudiantes puedan interactuar y conocer

m´as de las redes m´oviles, puesto que actualmente en esta asignatura no se realizan

pr´acticas que refuercen los conocimientos te´oricos aprendidos por los estudiantes y

da-do que las redes m´oviles son de vital importancia en la actualidad y son necesarias para

el desarrollo de las competencias de los estudiantes.

En el campo de las comunicaciones m´oviles ya se han realizado algunos estudios

den-tro de la facultad de ingenier´ıa de Telecomunicaciones de la Universidad Santo Tom´as,

orientados a la realizaci´on de gu´ıas de laboratorio de una estaci´on en base de segunda

generaci´on y en el dise˜no y desarrollo de un radio definido por software descrito dentro

del proyecto FODEIN de la convocatoria del a˜no 2014.

Por lo cual, se propone como soluci´on el uso del Radio Definido por Software (SDR),

porque cuenta con una gran variedad de funciones y su uso es cada vez m´as frecuente,

por lo tanto, ayudar´ıa a los estudiantes a conocer e interactuar una nueva tecnolog´ıa y adem´as se realizaran las pr´acticas de laboratorio requeridas para la asignatura con las

cuales el estudiante podr´a afianzar los conocimientos te´oricos adquiridos y desarrollar

mejores capacidades que le permitir´ıan ser m´as competitivos laboralmente.

(13)

Cap´ıtulo 2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 13

De acuerdo a la problem´atica mencionada anteriormente, se plantea la siguiente

pre-gunta problema:

¿C´omo emplear los equipos de radio definido por software para el

desarro-llo de pr´acticas de laboratorio con el fin de establecer el funcionamiento

(14)

Cap´ıtulo 3

JUSTIFICACI ´

ON

Es de suma importancia que los estudiantes de la facultad de Ingenier´ıa de

Teleco-municaciones est´en relacionados con el sector de las TIC (Tecnolog´ıas de la Informaci´on y las comunicaciones) y que desarrollen diferentes competencias sobre las redes m´

ovi-les, donde se hace necesario que el estudiante cuente con herramientas que permitan

comprender mejor las nuevas tecnolog´ıas de las redes m´oviles.

Puesto que la importancia que las comunicaciones m´oviles tienen frente desarrollo

econ´omico y social del pa´ıs y la activa participaci´on dentro de la vida de los

ciuda-danos, hace que la garant´ıa de acceso a las redes m´oviles se constituya en un tema de

vital importancia, al momento de definir la calidad de vida de las personas. [30]

Por esta raz´on, el presente estudio tiene como objeto mejorar las competencias de

los estudiantes en el área de la comunicaciones móviles, por medio de la elaboración de

gu´ıas de laboratorio, donde se llevará a cabo la implementación de una estación base

para cuarta generación y el handover para redes móviles de segunda generación,

apli-cando radio definido por software, de este modo los estudiantes tengan las capacidades

y habilidades necesarias para un ´optimo desempe˜no profesional.

Dentro del proceso acad´emico los estudiantes desarrollar´an las gu´ıas de laboratorio para

la asignatura de sistemas de comunicaciones móviles, permitiendo que estas prácticas fortalezcan los conocimientos teóricos aprendidos en la asignatura.

(15)

Cap´ıtulo 4

OBJETIVOS

4.1. Objetivo General

.

Desarrollar gu´ıas de laboratorio para los estudiantes de la Facultad de Ingenier´ıa de

Telecomunicaciones de la Universidad Santo Tom´as, con el fin de implementar un

han-dover con estaciones base de segunda generaci´on y la primera fase de una estaci´on base

de cuarta generaci´on

4.2. Objetivos Espec´ıficos

.

Conocer las principales caracter´ısticas, arquitectura y protocolos de las redes

m´oviles de segunda y cuarta generaci´on.

Determinar el funcionamiento del equipo de radio definido por software USRP

N210.

Implementar por medio de radio definido por software una estaci´on base de

se-gunda generaci´on.

Duplicar la estación base de segunda generación a otros equipos según el diseño

de red requerido para la implementaci´on del handover.

Realizar la configuraci´on del handover conforme al dise˜no de red implementado.

(16)

Cap´ıtulo 4. OBJETIVOS 16

Efectuar las pruebas pertinentes del funcionamiento del handover en las estaciones

base de segunda generaci´on.

Realizar las gu´ıas de laboratorio en donde se muestre paso a paso la instalaci´on

y configuraci´on de las estaciones base de segunda generaci´on, como de la

configu-raci´on del handover.

Implementar una estaci´on base de cuarta generaci´on por medio de radio definido

por software.

Realizar la programaci´on de las Sim Card para la estaci´on base de cuarta

gene-raci´on.

Realizar las gu´ıas de laboratorio en las cuales se muestre paso a paso la instalaci´on

(17)

Cap´ıtulo 5

GSM(Global System for Mobile)

5.1. Definici´

on de GSM

En Europa en el a˜no 1982 la CEPT (Conference of European Post and

Telecommu-nications) crea un el grupo GSM (Groupe Speciale Mobile) para desarrollar un sistema

de comunicaci´on m´ovil que permitiera: solucionar problemas de compatibilidad, realizar

el soporte para la introducci´on nuevos servicios y obtener una mejor eficiencia espectral.

[25]

En 1989 la responsabilidad de grupo GSM fue transferido a la ETSI (European

Tele-communications Standards Institute), donde all´ı se cambi´o el nombre de la sigla por “Global System for Mobile Communications” el cual es un sistema de conmutaci´on de

circuitos que se cre´o principalmente para el servicio de voz, pero al que se le adicion´o

el servicio de mensajer´ıa. [25]

5.2. Caracter´ısticas

Las caracter´ısticas m´as importantes para las redes GSM son [29]:

La principal caracter´ıstica es que todos los tel´efonos m´oviles son creados bajo el

mismo estándar y además de que tienen compatibilidad SIM (Módulo de Identidad

del Suscriptor).

La comunicaci´on se puede realizar desde cualquier pa´ıs ya que tiene roaming.

GSM fue una tecnolog´ıa mucho m´as competente y con un menor costo de

ope-raci´on. Puesto que, el costo de la infraestructura era menor y su instalaci´on era

(18)

Cap´ıtulo 5. GSM(Global System for Mobile) 18

m´as f´acil.

Es una tecnolog´ıa con un alto grado de eficiencia espectral.

Se puede integrar f´acilmente a las dem´as redes.

5.3. Arquitectura GSM

Figura 5.1: Arquitectura GSM [26]

De acuerdo a la figura 5.1, la arquitectura de una red GSM esta dividida en:

Estaci´on Movil (MS): Es el equipo utilizado por un usuario para acceder a los

servicios de la red [25], cada terminal m´ovil contiene una tarjeta SIM (Subscriber Identity Module) que es una tarjeta que contiene la informaci´on del abonado y

permite la autenticaci´on de este a la red [10].

El Subsistema de la Estaci´on Base (BSS): Es el que permite la conexi´on entre el

MS y NSS [10]. Dentro de este se encuentra dos clases de equipos que son:

• Transceptor de la estación base (BTS): Contiene todos los dispositivos de transmisión y recepción de señales de radio y su principal función es la

(19)

• Controlador de la estación base (BSC): Es el encargado de la gestión de comandos de la BTS y MS, también de la localización de los canales de

tr´afico y el handover [10].

El subsistema de red (NSS): Es el que gestiona la intercomunicaci´on entre los

usuarios de la red GSM con las diferentes redes, adem´as en este se encuentra

todas las bases de datos de los abonados para la gesti´on de movilidad [10]. En este subsistema se encuentra:

• Centro de conmutación de servicios móviles (MSC): Realiza las funciones de conmutación básica y se encarga de coordinar el establecimiento de las

lla-madas entrantes y salientes, asimismo el enrutamiento, control y terminaci´on

de estas[10].

• Registro de posiciones de base (HLR): Es una base de datos que contiene y administra la informaci´on de los abonados, independientemente de donde se encuentre el usuario. [12]

• Registro de posiciones de visitante (VLR): Es el que almacena temporal-mente la informaci´on del abonado mientras este se encuentre en un ´area

especifico a un MSC. [12]

• Centro de autentificaci´on (AUC): Se encarga de almacenar una copia de la clave de la tarjeta SIM de cada abonado. [12]

• Registro de identidad de equipo (EIR): Es el que contiene una lista de todos los terminales m´oviles validos por la red, donde cada equipo es identificado

mediante el IMEI (Identificaci´on Internacional de Equipo M´ovil). [12]

El centro de operaciones y mantenimiento (OSS): Es el encargado de realizar las

funciones de control, supervisi´on y mantenimiento de los equipos por parte del operador [21]. En donde se encuentra:

• Centro de operaci´on y mantenimiento (OMC): Se encarga de un subsistema, controla el estado de la red, gestiona las alarmas, rendimiento y configuraci´on de la red. [14]

• Centro de administraci´on de la red (NMC): Gestiona toda la red, por lo que entre sus funciones se encuentra: revisi´on de la alarmar de alto nivel, control

(20)

• Centro de administración (ADC): Se encarga de las funciones administrativas de la red como la facturación y suscripción de usuarios. [14]

GMSC (Gateway Mobile Switching Center): Es el responsable de buscar la

in-formaci´on del posicionamiento del terminal para encaminar las llamadas al MSC

indicado y as´ı brindar el servicio al usuario. [25]

5.4. Handover

El handover o el handoff es proceso mediante el que un usuario m´ovil con una

lla-mada previamente establecida cambia de una estaci´on base a otra. [9] [21].

Este proceso se da cuando el terminal se mueve fuera del ´area de cobertura por lo

tanto la señal de recepción se hace débil, por lo cual pide el handover que lo que hace

es establecer un nuevo canal en una nueva celda sin interrumpir el servicio del usuario

[10]. En la figura5.2 se puede observar la arquitectura del handover.

Este servicio debe ser transparente para el usuario, es decir, que este no se entere

del cambio de celda que se hizo mientras el servicio estaba activo. [9]

(21)

Existen dos clases de handover que son:

Hard Handover: Es cuando la conexi´on del m´ovil y la celda a la que esta conectada

se interrumpe moment´aneamente antes de realizar el cambio a la nueva celda. Este

es el sistema utilizado tradicionalmente ya que no requiere de tanto procesamiento

por parte de la red, pero es m´as notable para el usuario ya que a veces causa una interrupci´on en el servicio. [9]

Soft Handover: En este las dos estaciones base de cada celda est´an conectadas al

mismo tiempo durante un periodo corto de tiempo durante el handoff. Cuando la

primera estaci´on base a la que se conect´o el terminal encuentre el enlace con la

segunda estación base estable, la primera desprende la conexión con el móvil. [9]

5.5. Software

5.5.1. OpenBTS

Es una aplicaci´on basada en Linux que utiliza una radio definida por software para

presentar una interfaz de aire con est´andar 3GPP a los dispositivos de usuario, al tiempo

que presenta simult´aneamente esos dispositivos como terminales SIP a Internet. Esto

forma la base de un nuevo tipo de red inal´ambrica que promete ampliar la cobertura a

los mercados no atendidos y desatendidos mientras desencadena una plataforma para la innovaci´on, incluyendo el ofrecimiento de apoyo a las tecnolog´ıas de red emergentes,

tales como los destinados al Internet de las cosas. [20]

(22)

5.5.2. OsmocomBB

Es una implementaci´on de Software de Banda Base GSM de Software Libre / Open Source. Este pretende reemplazar completamente la necesidad de un software de banda

base GSM propietario, como:

Controladores para los perif´ericos GSM anal´ogicos y digitales de banda base

(in-tegrados y externos).

La pila de protocolos de los tel´efonos GSM, desde la capa 1 hasta la capa 3.

Resumiendo, al usar OsmocomBB en un tel´efono compatible, se pueden, hacer y

re-cibir llamadas telef´onicas, enviar y recibir SMS, etc. Todo basado en Software Libre.[22]

(23)

Cap´ıtulo 6

LTE (Long Term Evolution)

6.1. Definici´

on de LTE

La estandarizaci´on de LTE (Long Term Evolution) es el 3GPP (3rd Generation

Partnership Project), donde cualquier cambio de esta especificaci´on se ve limitado a

correcciones y soluci´on de fallos.

Los sistemas de comunicaciones m´oviles LTE se ven desplegados en las principales

ciu-dades del mundo, mostr´andose como la evoluci´on de GSM (Global System for Mobile communications) y UMTS (Universal Mobile Telecomunicationes System). [28]

6.2. Caracter´ısticas

Dentro de las caracter´ısticas de LTE se destaca su interfaz radioel´ectrica basada

en la Multiplicaci´on por Divisi´on de Frecuencias Ortogonales OFDMA (Orthogonal

Frequency-Division Multiple Access), para el enlace descendente (DownLink) y

SC-FAMA (Single Carriel Frecuencia División Múltiple Access) para el enlace ascendente (UpLink). La modulación dada por el estándar 3GPP hace que las antenas de tipo

MIMO (Múltiple Input; Múltiple Output) sean fáciles de implementar, lo cual favorece

el uso del espectro radioel´ectrico, y as´ı lograr multiplicar exponencialmente la eficacia

de transmisi´on de datos. [24]

(24)

Cap´ıtulo 6. LTE (Long Term Evolution) 24

6.3. Arquitectura

Se observa la red dividida en dos subsistemas de trabajo E-UTRAN Y EPC y estos

son:

E-UTRAN (Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network), es el

subsiste-ma encargado del acceso a la red. [32] Y se compone de:

• User Equipment (UE): La denominaci´on dada al dispositivo m´ovil de una red LTE. [13]

• EvolutionNode B (eNB): estacion base encargan del manejo de los protocolos para la interfaz de aire (Uu), unifica las estaciones base y controladoras

dise˜nadas en la tercera generaci´on (3G), Node B y RNC (Radio Network

Controller) respectivamente. Las funciones principales son la asignaci´on de

recursos, control de potencia, handover, se˜nalizaci´on, entre otras.[? ]

EPC (Evolved Packet Core), es el n´ucleo de la red y se encarga de controlar los

equipos de los usuarios para el servicio de conectividad IP y el establecimiento de

portadoras en la red. [32] Y est´a conformada por:

• Mobility Management Entity (MME): es el nodo evolucionado para un SGSN de segunda generaci´on, aunque se agregaron funciones de listado para el

seguimiento de la gesti´on en los abonados y la selecci´on de la puerta de

enlace en la conexi´on con otras redes. [13]

• Serving Gateway (Serving GW): Encargado del enrutamiento de los paquetes entre el Eutran y el EPC. Adem´as, al poseer conectividad directa por medio

de la interfaz S1-U con los nodos de ENodeB. Los nodos anteriores tienen la

capacidad de instalarse de manera conjunta o por separado como lo desee el

operador. [13]

• Packet Data Network Gateway (PDN GW): encargado de la protección de información interna de la red del operador, su función principal es la

inter-conexi´on con redes externas PDN (Packet Data Network) y est´a compuesto

por sistemas como firewall de alta seguridad para la protecci´on de la red.

[13]

• Home Subscriber Server (HSS): Es la base de datos en la nueva arquitectura de red, all´ı se realizan funciones tales como identificaci´on del usuario, estado

(25)

Figura 6.1: Arquitectura LTE [27]

6.4. Software

6.4.1. OpenLTE

Es una implementaci´on de c´odigo abierto desarrollado por Ben Wojtowicz de las

especificaciones 3GPP LTE. Su primera versi´on fue publicada a finales del 2011. La

atención se centra en la transmisión y recepción del enlace descendente.[8]

Figura 6.2: Logo OpenLTE [4]

Actualmente, el código de octava está disponible para la prueba y simulación de

trans-misi´on de enlace descendente y recibir funcionalidad. Adem´as, las aplicaciones de radio

(26)

un archivo. El enfoque actual est´a en la ampliaci´on de las capacidades de las

aplicacio-nes de radio de GNU.

Lo más reciente de esta implementación de código abierto es la integración de una

aplicaci´on muy sencilla y practica que act´ua como eNodoB[7]

6.4.2. gr-LTE

Es un proyecto que tiene como objetivo proporcionar un entorno modular para un receptor de enlace descendente LTE, en cual se encuentran bloques de procesamiento

de se˜nales en el marco GNU Radio. Aunque gr-LTE se publica bajo una licencia de

c´odigo abierto, aparece como una dependencia para el software MATLAB. Sin embargo,

tambi´en hay una nota sobre el c´odigo Python - en concreto, Numpy / Scipy - como un

reemplazo potencial para el c´odigo de MATLAB.[7]

6.4.3. OpenAirInterface

Es una plataforma de c´odigo abierto y foro abierto que se refiere a las normas

de interfaz de aire, como lo es LTE. Aqu´ı el foco est´a en la investigaci´on espectral,

algor´ıtmica y la eficiencia del protocolo, permitiendo a los usuarios que se basan en

ar-quitecturas integradas de alto rendimiento, la prueba, validación y análisis de sistemas inalámbricos.[23]

Figura 6.3: Logo OpenAirInterface [2]

El proyecto de OpenAirInterface est´a dirigido por la escuela de posgrado y de

investi-gación, EURECOM, que también opera una instalación de laboratorio con un sitio de

celda multi-antena que se utiliza en proyectos de investigaci´on del de un grupo interno

(27)

Adem´as del software de OpenAirInterface, EURECOM a desarrollado una tarjeta de

PCIexpress que integra transceptores 4x LMS6002D, junto con una FPGA que se

uti-liza para albergar un sistema embebido que se basa en el microprocesador LEON3 (de

c´odigo abierto, de 32 bits y la arquitectura SPARC v8) . En la actualidad el dise˜no de

(28)

Cap´ıtulo 7

Radio Definido por Software

7.1. Definici´

on

Radio definido por software o por sus siglas en ingl´es “SDR”,(Software

DefinedRa-dio) termino que fue acu˜nado a principios de los a˜nos 1990, es una alternativa para

los sistemas de radiocomunicaciones, puesto que son elementos de una red inal´ambrica,

donde sus modos de operaci´on y par´ametros pueden ser modificados por medio

soft-ware y tambi´en es conocido como “software radio” (SR), estos son radios multibanda

que cuentan con la capacidad de manejar diferentes protocolos y m´ultiples interfaces

de aire por medio del uso de antenas de banda ancha, conversiones de radiofrecuencia (RF), convertidores Anal´ogico/Digital (ADCs, del ingl´es Analog/Digital Converters) y

Digital/Anal´ogico (DACs). [18][11]

En los “software radios” ideales, todos los aspectos del radio, se definen por

softwa-re, esta capacidad de reconfiguraci´on permite cambiar la funcionalidad del equipo sin

la necesidad de reemplazar el hardware, lo que se evidencia como una mejora respecto a

costos de equipos. De igual forma, permite operar de forma multimodo y soporta varios

est´andares de comunicaciones. [16][11]

Dentro de las primeras apariciones de los dispositivos de radio definidos por softwa-re fue el sistema Integrated Communications Navigation and Identification Avionics

(ICNIA) de la fuerza a´erea de los Estados Unidos, el cual se desarroll´o finalizando la

d´ecada de 1970. El dispositivo inicialmente utilizaba un procesador digital de se˜nales el

cual era reprogramable y un modem basado en un DSP (por sus siglas en ingl´es Digital

(29)

Cap´ıtulo 7. Radio Definido por Software 29

SignalProcessor), gracias al desarrollo de este se elaboraron otros radios para uso de

tipo militar.[16]

El desarrollo de SDR ha generado un fuerte desarrollo en las telecomunicaciones a

nivel mundial y el aprovechamiento de esta tecnolog´ıa se ha convertido en un desaf´ıo

en las diferentes ramas de la ingenier´ıa impl´ıcitas en la implementaci´on y generaci´on de sistemas de este tipo. [16]

Dentro de la Facultad de ingenier´ıa de telecomunicaciones de la Universidad Santo

Tom´as se han desarrollado algunos proyectos investigativos relacionados con este tipo

de tecnolog´ıa como lo es el “dise˜no y desarrollo de un radio definido por software” el

cual se llevó a cabo en el año 2014. Proyecto donde se desarrolló por medio de radio

definido por software, un análisis de las señales transmisión, que se encuentran en el

es-pectro radioel´ectrico (ERE) en las bandas de 88MHz a 108MHz (Frecuencia Modulada)

y 700MHz a 798MHz (Dividendo Digital), evaluando su eficiencia espectral por medio de t´ecnicas de censado tales como densidad espectral y filtrado. Las fases realizadas en

el diseño fueron análisis, realización de pruebas, definición de modelos y análisis de las

mediciones. [19]

En este proyecto se logr´o aplicar los modelos de procesamiento para las se˜nales en

las bandas establecidas en un radio definido por software, con las se˜nales de

transmi-sión del ERE. Para este fin, se identificó el funcionamiento del Ettus N210, se elaboró

y se aplicó las técnicas de densidad espectral y filtrado, se realizaron múltiples pruebas

de mediciones y pruebas. [19]

En el año 2015 se realizó un proyecto enfocado al desarrollo de prácticas de

labora-torio aplicando radio definido por software para sistemas de telefon´ıa m´ovil celular,

para los estudiantes de la facultad de ingenier´ıa de telecomunicaciones de la

Universi-dad Santo Tom´as con el fin de implementar una estaci´on base de una red GSM (2G) y

se recibieron se˜nales de una red LTE (4G) utilizando radio definido por software. [13] [11]

En el 2016 por medio del semillero de investigaci´on TELESOF se han venido

reali-zando diferentes pruebas sobre la estaci´on base de una red GSM (2G) anteriormente

(30)

estaciones base.

En el desarrollo de estas diferentes investigaciones dentro de la facultad de ingenier´ıa de

telecomunicaciones de la Universidad Santo Tom´as, se ha utilizado el dispositivo USRP

(Universal Software Radio Peripheral) de referencia N210, el fabricante es

EttusRe-search, se diferencia por la comercializaci´on de sistemas de radio definidos por software de alta calidad y dentro de sus principales caracter´ısticas se encuentra que, permite

recibir y transmitir en diferentes tecnolog´ıas, ya que tiene la capacidad de variar la

banda de frecuencia de trabajo, gracias al cambio de la tarjeta insertada en una de sus

ranuras, es compatible con diferentes tipos de softwares de simulaci´on tanto de c´odigo

abierto como licenciado, posee una alta capacidad de procesamiento por la utilizaci´on de

una FPGA (Field ProgrammableGateArray) Xilinx Spartan 3A la cual conforma parte

de su DSP (Digital SignalProcessor), adem´as tiene la capacidad de manejar m´ultiples

entradas y m´ultiples salidas.[13] [31]

(31)

7.2. Caracter´ısticas

Las principales caracter´ısticas que tienen las SDR son [13] [17]:

Es reconfigurable, es decir, permite la existencia de diferentes m´odulos de software

de diferentes estándares, donde se obtiene una configuración dinámica a través

del m´odulo de software apropiado para su funcionamiento.

Es multifuncional, que es la capacidad que tiene un SDR para reconfigurarse y

as´ı soportar una variedad de servicios en el mismo sistema.

Eficiencia en la potencia, puesto que como el SDR se ofrece en un modelo compacto

permite un manejo eficiente de la potencia.

Gran capacidad de procesamiento gracias a las diferentes tarjetas hija que soporta

(32)

Cap´ıtulo 8

Implementaci´

on de un Handover

con Estaciones Base de Segunda

Generaci´

on con OpenBTS

8.1. Componentes para la Implementaci´

on del

Han-dover

Para la implementaci´on del handover con estaciones de segunda generaci´on con

OpenBTS se utilizaron los siguientes componentes:

8.1.1. Componentes de Hardware

Dos equipos de Radio Definido por Software Ettus Research USRP N210.

Cuatro antenas VERT900 de la empresa Ettus Research con capacidad de

detec-ci´on dualband en los rangos de 824 a 960 MHz y 1710 a 1990 MHz.

Ordenadores Asus, Acer, HP.

Terminal Huawei G play y Sendtel.

Dos Cable Gigabit Ethernet.

SIM Card Claro en terminal Huawei y SIM Card Tigo en terminal Sendtel.

Router inal´ambrico Linksys.

(33)

Cap´ıtulo 8. Implementaci´on de un Handover con Estaciones Base de Segunda

Generaci´on con OpenBTS 33

8.1.2. Componentes de Software

Sistema Operativo Ubuntu 14.04 LTS instalado en ordenadores Asus, Acer y HP.

Sistema Operativo Android 4.4.2 en terminal Huawei.

Sistema Operativo Android 4.2.2 Jelly Bean Kikat en terminal Sendtel.

8.2. Instalaci´

on de OpenBTS

Para la implementaci´on del handover se debe realizar la instalaci´on de OpenBTS en

cada uno de los ordenadores que se usar´an para la pr´actica.

8.2.1. Requisitos previos para la instalaci´

on de OpenBTS

Antes de realizar la instalaci´on de OpenBTS, es necesario hacer una actualizaci´on

de repositorios del sistema operativo, para lo cual desde la consola del sistema operativo

de Ubuntu se utilizan los siguientes comandos:

sudo apt-get update

Figura 8.1: Actualizaci´on de Repositorios

(34)

Figura 8.2: Instalaci´on de los repositorios actualizados

Luego es necesario realizar la instalaci´on paquetes prerrequisitos para el

funciona-miento del OpenBTS, mediante los siguientes comandos:

sudo apt-get install autoconf libtool libosip2-dev libortp-dev libusb-1.0-0-dev g++ sqlite3 libsqlite3-dev erlang libreadline6-dev libncurses5-dev libboost-all-dev

python-mako ntp bind9 cmake

Figura 8.3: Instalaci´on de paquetes requeridos para OpenBTS

Dependiendo las versiones de OpenBTS o de Ubuntu se hace necesarios otros

(35)

8.2.2. Instalaci´

on de los drivers de la USRP

Para el funcionamiento de OpenBTS se utiliza una USRP N210, dado que es el

equipo que se encuentra disponible en la Universidad Santo Tomas, por lo cual se hace

necesario la instalaci´on de los drivers de la USRP para la compatibilidad de dicho dis-positivo con el equipo de c´omputo.

Para la instalaci´on de los drivers hay dos formas de hacerlo, la primera es la m´as

sencilla dado que solo se requiere ingresar en la consola el siguiente comando:

sudo apt-get install libuhd-dev libuhd003 uhd-host

Figura 8.4: Instalaci´on del driver USRP N210

La segunda forma es un poco m´as larga, por lo que solo se recomienda realizarla solo

si la compilaci´on del BUILD de OpenBTS no se completa satisfactoriamente, puesto

que el anterior comando descarga una versi´on m´as reciente de drivers que puede no

ser compatible con la compilación de los paquetes de OpenBTS que también se están

actualizando constantemente.

Para esta instalaci´on se ingresa al siguiente enlace y descargar el paquete:

(36)

Luego, se ingresan los siguientes comandos:

cd uhd-master/host mkdir build

cd build sudo cmake ../

sudo make sudo make test sudo make install sudo find —grep libuhd

sudo export LD LIBRARY PATH=$LD LIBRARY PATH:/usr/local/lib

8.2.3. Descarga de GIT

Ahora se instala el paquete git, que es un sistema de control de versiones que

ges-tiona los cambios del c´odigo fuente y es utilizado para asegurarse que el cliente sea compatible o deba actualizarse. [15]

Primero se ejecuta el siguiente comando el cual da soporte al archivo de paquete

per-sonal (PPA).

sudo apt-get install software-properties-common python-software-properties

(37)

Despu´es, se agrega el repositorio para descargar las ´ultimas actualizaciones del

pa-quete git.

sudo add-apt-repository ppa:git-core/ppa

Figura 8.6: Adiciona actualizaci´on del repositorio git

Luego, se renueva la lista los paquetes disponibles y sus actualizaciones, para despu´es

realizar la instalaci´on del paquete git.

sudo apt-get update

Figura 8.7: Actualizaci´on de Repositorios

sudo apt-get install git

(38)

8.2.4. Descarga de OpenBTS

El proyecto OpenBTS tiene varios componentes de software alojados en repositorios

en GitHub, plataforma de desarrollo colaborativo que utiliza el sistema de control de versiones git; en el cual, se han escrito varios scripts para la descarga y compilaci´on del

c´odigo. Por consiguiente, para ubicar estos scripts se utiliz´o el siguiente comando:

git clone https://github.com/RangeNetworks/dev.git

Figura 8.9: Ubicaci´on de los scripts para la descarga y compilaci´on de OpenBTS

Luego, se uso el script clone.sh, el cual clona todos los repositorios de OpenBTS

desde GitHub.

./clone.sh

(39)

Despu´es, de la descarga de los repositorios se escoge la versi´on espec´ıfica en la que

se compilará, para lo cual se utilizó el script swithcto.sh y la versión será 5.0.

./switchto.sh 5.0

Figura 8.11: Se compila los repositorios a la versi´on 5.0

Mediante build.sh, se realiza la compilaci´on de los paquetes la autoconfiguraci´on

de las dependencias, adem´as de la instalaci´on del controlador dependiendo del tipo de

radio en este caso se uso la USRP N210.

./build.sh N210

Figura 8.12: Compilaci´on de paquetes OpenBTS e instalaci´on del controlador del radio N210

Este ´ultimo paso puede tardar bastante tiempo, adem´as se debe tener en cuenta

que puede arrojar varios errores si no hay un paquete instalado anteriormente o si los

(40)

8.2.5. Instalaci´

on de OpenBTS y sus dependencias

Para la instalaci´on de las dependencias se ingresa a la siguiente ruta:

cd dev/BUILS/20xx-xxxxxx

Para la instalaci´on de las dependencias se usaron los siguientes comandos, de

acuer-do a las versiones instaladas por lo cual es importante primero verificar en la carpeta

las versiones de las dependencias instaladas.

A continuaci´on, se ejecutan los siguientes comandos para instalar un repositorio

adicio-nal Zeromq librer´ıa de mensajer´ıa sencilla.

sudo apt-get install software-properties-common python-software-properties sudo add-apt-repository ppa:chris-lea/zeromq

sudo apt-get update

Luego, se procede a realizar la instalaci´on de las diferentes dependencias de OpenBTS.

Librer´ıa Coredumper: Es una librer´ıa utilizada para mostrar informaci´on de depuraci´on acerca de los fallos que puedan ocurrir en OpenBTS.

sudo dpkg -i libcoredumper1 1.2.1-1 i386.deb

Librer´ıa A5/3: Es usada para realizar el cifrado de las llamadas.

sudo dpkg -i range-configs 5.0 all.deb

Instalación de componentes: Al realizar la instalación de todos los componen-tes se garantiza una red funcional GSM, en donde en un solo sistema se ejecutará

voz y SMS. El siguiente paquete tiene una serie de configuraciones

predetermina-das para el sistema. Y se instala mediante el siguiente comando:

(41)

Instalaci´on de Asterisk: Es el responsable del control y establecimiento de las llamadas por medio de VOIP, por el cual se realiza el cambio del tr´afico de la red

GSM a IP. Adem´as, los paquetes a instalar contienen los m´odulos apropiados para

OpenBTS, tambi´en archivos de configuraci´on en la cual se puede conectar a la

base de datos de registro de suscriptores, en donde se almacenan los y actualizan

n´umeros de tel´efonos de los suscriptores, identidades, autenticaciones y registros

de llamadas.

sudo dpkg -i range-asterisk*.deb sudo apt-get install -f

Instalación de SipauthServe: Es la aplicación encargada de procesar las solici-tudes de registro de SIP, que se generan cuando un terminal móvil quiere acceder a la red. Además de implementar una base de datos donde se almacena y actualiza

toda la informaci´on de los suscriptores.

sudo dpkg -i sipauthserve 5.0 i386.deb sudo apt-get install -f

Instalación Smqueue:Es una aplicación que procesa las peticiones de los men-sajes SIP, que se generan cuando se env´ıa un SMS desde un teléfono y se encarga

de entregar los mensajes al otro terminal registrado en la red y tambi´en se ocupa

del almacenamiento de estos mensajes.

sudo dpkg -i smqueue 5.0 i386.deb sudo apt-get install -f

Instalación OpenBTS:Finalmente, se instala OpenBTS que es encargado de implementar la interfaz aérea GSM y la comunicación de los teléfonos sobre ella.

Adem´as, de mantener la comunicaci´on entre los protocolos SIP y RTP.

sudo dpkg -i openbts 5.0 i386.deb sudo apt-get install -f

Como adicional para el funcionamiento de la mensajer´ıa y llamadas del terminal,

se copia el siguiente archivo para el correcto funcionamiento de la base de datos de

suscriptores en Asterisk, mediante el siguiente comando:

(42)

8.2.6. Comprobaci´

on Funcionamiento USRP

Para comprobar el funcionamiento de la USRP, primero se verifica que se encuentre

conectada mediante el siguiente comando:

uhd find devices

Figura 8.13: Verificaci´on de las USRP conectadas al ordenador

Con el siguiente comando se comprueba que la información técnica y configuración

correspondientes a la USRP N210.

uhd usrp probe

(43)

8.2.7. Comprobaci´

on del funcionamiento de OpenBTS

Para poder realizar comprobaci´on de la correcta instalaci´on de OpenBTS es

nece-sario iniciar los servicios de los componentes anteriormente instalados. Mediante los

siguientes comandos:

sudo start sipauthserve sudo start smqueue

sudo start openbts sudo start asterisk

Figura 8.15: Inicio de servicios

Despu´es de haber realizado lo anterior, se puede ingresar a la consola de OpenBTS

para realizar las diferentes configuraciones, de la siguiente forma:

cd /OpenBTS/ ./OpenBTSCLI

(44)

8.3. Configuraci´

on de OpenBTS

8.3.1. Configuraci´

on de la Banda y Canal

En primer lugar, se debe comprobar la banda y el n´umero de canal configurado por

defecto en OpenBTS, lo cual se puede hacer ingresando al CLI el siguiente comando:

config GSM.Radio

Figura 8.17: Configuraci´on de la banda y el canal

Es importante tener en cuenta para la configuraci´on, que las bandas m´as usadas en

GSM son 850, 900, 1800 y 1900 MHz y para cada banda est´an dispuestos un rango de

canales, los cuales est´an definidos como ARFCN (Numero de canal de Radiofrecuencia

Absoluto) en el cual se especifica las portadoras f´ısicas utilizadas para la transmisi´on y recepci´on para una red GSM. Por ejemplo, para el canal 52 como se puede apreciar en la

configuraci´on seg´un la figura8.17, podemos verificar las portadoras con una calculadora de ARFCN como se puede ver en la figura 8.18.

(45)

Para cambiar la configuraci´on de la banda y el canal (ARFCN) utilizamos los

si-guientes comandos respectivamente.

config GSM.Radio.Band 900 config GSM.Radio.C0 52

Nota: Para hacer valida la configuraci´on es necesario reiniciar todos los servicios.

8.3.2. Configuraci´

on de Ganancia, Potencia y Ruido

Ganancia

Ahora, se procede a configurar la ganancia de la USRP para su correcto funciona-miento, para lo cual se utiliza el siguiente comando:

devconfig GSM.Radio.RxGain 5

Despu´es de realizar la configuraci´on anterior es necesario reiniciar los servicios. Para

poder ver la ganancia en la consola de OpenBTS se ingresa lo siguiente:

rxgain

Figura 8.19: Ganancia

Potencia

Ahora, se configura la potencia que va tener la red, para usar la m´axima potencia

se ingresa el siguiente comando:

power 0

(46)

Tambi´en, se puede configurar la potencia con un valor especifico de la siguiente

manera:

power 40

Figura 8.21: Potencia -40 dB

Para poder ver la potencia configurada se ingresa lo siguiente:

power

Figura 8.22: Potencia

Ruido

Para el correcto funcionamiento de la red GSM, se verifican que los niveles de ruido

sean aceptables, lo cual se hace mediante el siguiente comando:

noise

(47)

8.3.3. Configuraci´

on de los Usuarios

Para agregar usuarios a la base de datos de la red, lo primero es ingresar al terminal

m´ovil a:

Configuraci´on → Redes M´oviles → Operadores de Red

Cuando se seleccione Operadores de Red all´ı se desactiva la opci´on de seleccionar autom´aticamente la red y se espera un tiempo mientras carga todas las posibles redes

disponibles para nuestro dispositivo.

Figura 8.24: Acceso a la red desde el terminal

Y all´ı se selecciona la red generalmente el nombre de esta aparece como “Test PLMN 1-1 2G” o tambi´en puede aparecer como “00101” dependiendo del terminal y se espera a que intente registrarse en la red, como se puede observar en la imagen8.25.

Si no aparece ninguna red con las dos opciones anteriores, volver a buscar

(48)

Figura 8.25: Identificaci´on de la red desde el terminal

Una vez realizado lo anterior, se ingresa a la consola de OpenBTS y con el siguiente

comando:

tmsis

Con el cual se muestran los terminales m´oviles que est´an accediendo a la red y

algunas de sus caracter´ısticas como se muestra en la figura 8.26, a continuaci´on, se listan los par´ametros observados en la figura8.26.

IMSI (International Mobile Subscriber Identity o Identidad Interna-cional del Suscriptor Móvil): Es código de identificación el cual posee de 14 a 15 d´ıgitos y se encuentra almacenado en la tarjeta SIM Card del terminal móvil.

Este c´odigo es necesario para realizar la autenticaci´on del usuario a la red GSM.

IMEI (International Mobile Equipment Identifier o Identificador Inter-nacional de Equipo Móvil): Es un código que identificación único asignado a cada teléfono de manera exclusiva a nivel mundial, tiene un longitud de 15

d´ıgi-tos los cuales son trasmitidos a trav´es de red, donde se hace la validaci´on en la

(49)

figura 8.26el ultimo digito del IMEI es cambiado por cero en la configuraci´on de OpenBTS.

AUTH: Es número que indica si el terminal móvil se encuentra registrado en la base de datos de la red. Cuando este parámetro se encuentra en “0” es porque el usuario no se esta registrado, pero si se encuentra “1” indica que esta registrado

y conectado a la red.

Figura 8.26: Usuarios no autenticados en la red

Lo anterior, se hace con el fin de determinar el IMSI del terminal m´ovil, para lo cual

se identifica el IMEI del tel´efono celular marcando *#06# y con ello se conoce cu´al es

el IMSI del tel´efono para as´ı registrarlo en la base de datos.

Figura 8.27: IMEI del terminal m´ovil

Como se observa en la figura8.27, el IMEI del terminal m´ovil corresponde al encon-trado por OpenBTS como se muestra de la figura 8.26, por lo cual el IMSI corresponde a la SIM Card del terminal. Con esta informaci´on se procede al registro del terminal

m´ovil a la base de datos.

Para el registro de los usuarios a la base de datos, se ingresa a la siguiente ruta:

(50)

Con el siguiente comando se procede a registrar los usuarios en la base de datos para

que el sistema proceda a realizar la respectiva autenticaci´on.

./nmcli.py sipauthserve subscribers create “Nombre Usuario” IMSI

\N´umero Telef´onico

Al registrar un usuario se le asigna un nombre, el IMSI respectivo del tel´efono y el

n´umero que se utilizar´a para realizar las llamadas, como se puede ver en la figura 8.28.

Figura 8.28: Registro de usuario

Para verificar los usuarios que se encuentran registrados en la base de datos, se

utiliza el siguiente comando:

./nmcli.py sipauthserve subscribers read

Como se observa en la figura 8.29, se puede ver los diferentes usuarios creados en la base de datos y son los ´unicos admitidos para utilizar los servicios de la red.

(51)

Tambi´en, se pueden eliminar los usuarios solo se necesita el IMSI, como se puede

ver a continuaci´on:

./nmcli.py sipauthserve subscribers delete imsi IMSI214057715229963

(52)

8.4. Handover OpenBTS

Inicialmente se debe realizar el direccionamiento IP para las USRP y los servidores

donde se encuentra configuradas las estaciones base OpenBTS. En la figura 8.31 se puede observar el direccionamiento y la configuraci´on de red que se utiliz´o para realizar

el Handover en una red de segunda generaci´on.

Figura 8.31: Direccionamiento Red Handover

8.4.1. Configuraci´

on de la USRP

En primer lugar, se cambia la direcci´on IP de la USRP ya que todas traen una

direcci´on IP por defecto y para este caso se necesita que tengan direcciones diferentes,

para lo cual se ingresa a la siguiente ruta:

cd usr/lib/uhd/utils

Luego, se realiza el cambio de la direcci´on IP de la USRP en este caso ser´a 192.168.10.4,

mediante el siguiente comando:

sudo ./usrp2 recovery.py −−ifc=eth0 –new-ip=192.168.10.4

Para que la configuraci´on del direccionamiento tenga efecto es necesario el reinicio

(53)

8.4.2. Configuraci´

on de las Estaciones Base

Para realizar la configuraci´on del Handover, se deben tener 3 equipos interconectados

entre s´ı como se observa en la figura 8.31, dos de los equipos van actuar como las estaciones base donde se debe tener instalado el servidor de OpenBTS, son nombrados en la figura8.31como OpenBTS1 y OpenBTS2 y el otro actuar´a como servidor central, all´ı se tendr´a instalado los servicios Asterisk, SIPAuthserve, Smqueue.

Configuraci´on Estaci´on Base OpenBTS1

Primero se ingresa al CLI de la OpenBTS y se cambian los siguientes par´ametros:

BCC (Base Station Color Code) es el código con el cual se cambia el color de la estación base, puesto que este debe ser único para las torres f´ısicamente

adyacentes, el cual solo se permite 7 valores ´unicos y puede cambiarse con el

siguiente comando:

config GSM.Identity.BSIC.BCC 5

LAC (Local Area Code)este código debe ser único en todas las torres de la red de esa área. Y cuando el terminal se mueve a otra área el móvil vuelve a realizar

el registro y actualiza la direcci´on IP de la torre a la que puede acceder ahora el

tel´efono.

config GSM.Identity.LAC 1001

CI (Cell ID)este número debe ser único en cada estación base o torre de la red. Y se puede modificar mediante el siguiente comando:

config GSM.Identity.CI 11

El nombre de la red en este caso ser´a BTS1 y se puede cambiar utilizando el

siguiente comando:

(54)

En la figura 8.32 se puede observar la configuraci´on de los par´ametros anteriormente configurados y para lo cual se utiliza el comando:

config Identity

Figura 8.32: Configuraci´on de la Identidad de la BTS1

Adem´as, se cambia el ARFCN seg´un la banda que corresponda de acuerdo a la

figura 8.18, por medio del siguiente comando:

config GSM.Radio.C0 52

Y el cambio se puede observar en la siguiente figura 8.33, a trav´es del comando:

config GSM.Radio

(55)

Luego, de acuerdo al direccionamiento IP establecido en la figura 8.31, se configura SIP.Local.IP lo que permite establecer la direcci´on IP de la BTS, a trav´es de la cual los

servicios deben comunicarse para atender sus peticiones. En este caso se configura de

la siguiente forma:

config SIP.Local.IP 192.168.0.103

Tambi´en, se cambia la direcci´on IP del SIP.Proxy la cual se actualiza de acuerdo

a donde se encuentren los servicios centrales como lo es el registro, el tr´afico de voz y

SMS, en este caso ser´ıa la configuraci´on se hace como se muestra a continuaci´on:

config SIP.Proxy.Registration 192.168.0.101:5064 (Subscriber Registry) config SIP.Proxy.Speech 192.168.0.101:5060 (Asterisk)

config SIP.Proxy.SMS 192.168.0.101:5063 (SMQueue)

Si se desear conocer la configuraci´on del SIP de la Estaci´on Base como se muestra

en la figura 8.34, puede ingresar lo siguiente:

config SIP

Figura 8.34: Configuraci´on del SIP BTS1

Despu´es, se procede a realizar la configuraci´on de los vecinos, en la cual las estaciones

se informan entre si las configuraciones establecidas en ellas, para este caso se coloca la

dirección IP de la Estación Base OpenBTS2, como se observa a continuación:

(56)

Para saber cu´ales son vecinos que se encuentran conectados como se muestra en la

figura 8.35, se utiliza el siguiente comando:

neighbors

Figura 8.35: Vecinos conectados a BTS1

Por ´ultimo, se puede realizar la configuraci´on del Handover, en la cual se configura

el margen de potencia que se va tener de una celda a otra, pero para este caso tanto como para la BTS1 y BTS2, se van dejar los valores por defecto como se muestra en la

figura 8.36.

Figura 8.36: Vecinos conectados a BTS1

Configuraci´on Estaci´on Base OpenBTS2

Para la configuraci´on de la Estaci´on Base OpenBTS2, se realiza el mismo

procedi-miento de la OpenBTS1, pero cambiando los parámetros, por lo cual a continuación se indicarán de forma breve los cambios realizados.

BCC (Base Station Color Code)

config GSM.Identity.BSIC.BCC 2

LAC (Local Area Code)

(57)

CI (Cell ID)

config GSM.Identity.CI 10

Nombre de la red

config GSM.Identity.ShortName BTS2

En la figura 8.37se puede observar la configuraci´on de los par´ametros configurados para la BTS2.

Figura 8.37: Configuraci´on de la Identidad de la BTS2

Luego, se cambia el ARFCN seg´un la banda que corresponda de acuerdo a lo

expli-cado en la subsecci´on8.3.1, para este caso se configuro de la siguiente manera:

config GSM.Radio.C0 50

Este el cambio se puede observar en la siguiente figura:

(58)

Tambi´en, para la BTS2 se configura SIP.Local.IP de acuerdo al direccionamiento IP

establecido en la figura 8.31, para lo cual se utiliza el siguiente comando:

config SIP.Local.IP 192.168.0.102

Las direcciones IP del SIP.Proxy se configuran de la misma forma que en la BTS1, como se indica en la p´agina 55.

En la figura 8.39, se muestra la configuraci´on las direcciones IP del SIP de la BTS2.

Figura 8.39: Configuraci´on del SIP BTS2

Asimismo, para la BTS2 se agrega los vecinos correspondientes, que para este caso

es la Estaci´on Base OpenBTS1, por medio el siguiente comando:

config GSM.Identity.ShortName BTS2

En la figura 8.40, se muestran los vecinos conectados a la BTS2.

(59)

Configuraci´on del servidor central (Asterisk, Sipauthserve, Smqueue)

Para la configuración del servidor central, se realizó la modificación del siguiente

fichero “sip-custom-contexts.conf”, el cual se encuentra alojado en la siguiente ruta:

sudo cd /etc/asterisk

Y se puede editar a trav´es del siguiente comando:

sudo gedit sip-custom-contexts.conf

Antes de ingresar a editar el fichero, es necesario conocer de cada BTS los siguientes

par´ametros:

MCC (Mobile Country Code) hace referencia al c´odigo del pa´ıs, compuesto de 3 d´ıgitos y para las redes de prueba se usa el c´odigo 001.

MNC (Mobile Network Code) se refiere al código de la red móvil y está compuesto por 2 d´ıgitos y en una red de prueba se usa el código 01.

LAC (Local Area Code) se refiere al c´odigo de ´area local, se compone hasta por 5 d´ıgitos y se usa para un grupo de BTS, como ya se hab´ıa mencionado en la

p´agina 53.

CI (Cell ID)es código de identificación único para cada BTS, como se menciona en la página53.

En las figuras 8.41 y 8.42 se muestran los par´ametros anteriormente explicados, para la BTS1 y BTS2 respectivamente, los cuales se encontraron ingresando el siguiente

comando:

cellid

(60)

Figura 8.42: Informaci´on de cellid BTS2

Después de saber la identificación de celda de cada BTS, el fichero “sip-custom-contexts.conf” se edita con los parámetros seguidos entre llaves [MCC-MNC-LAC-CI]

y se coloca la dirección IP correspondiente al host, como se muestra en la figura 8.43 y según lo presentado a continuación:

Para BTS1

[00101100111] (optionsBTS,CodecBTS) host=192.168.0.103

port=5062

Para BTS2

[00101100010] (optionsBTS,CodecBTS) host=192.168.0.102

port=5062

(61)

Esta configuraci´on se realiza para que las BTS puedan conectarse entre si, cuando

el terminal m´ovil se encuentra realizando un llamada o enviando SMS y se encuentre

en handover.

8.4.3. Resultados

Se pudo observar en los canales de una de las BTS, la estabilidad de la llamada cuando est´a en Handover con el comando con chans -l, como se puede apreciar en la

figura 8.44

Figura 8.44: Canales de la BTS1 con Handover

Adem´as, en cada terminal se pudo establecer la conexi´on a cada BTS por medio del

aplicativo G-Net Track Lite, en el cual se observa el nombre de la red y los par´ametros

de la identificaci´on de cada una de las BTS.

(62)

Tambi´en se pudo enviar mensajes de texto desde una BTS a la otra, como se pude

observar en la figura 8.46.

Figura 8.46: Terminal conectado a las BTS.

Asimismo, dentro de los resultados analizados que se obtiene por medio de capturas

de paquetes y se observa el momento en que se registra el usuario en la base central con

dirección 192.168.0.101 y luego se realiza la conexión de la BTS más cercana al usuario.

En la figura8.47 en el recuadro rojo se observa que el usuario luego de hacer la auten-ticaci´on en la red pasa a conectarse con la USRP configurada con la IP 192.168.0.102,

y en el recuadro azul se muestra que a partir del desplazamiento del usuario la red

realiza un cambio de estaci´on base, a la USRP que lleva la IP 192.168.0.103, por lo que

(63)

(64)

Cap´ıtulo 9

Instalaci´

on y Configuraci´

on

OpenLTE

9.1. Instalaci´

on de OpenLTE

Para la instalaci´on de OpenLTE, se recomienda disponer de un equipo o partici´on

solo para ello, puesto que hacerlo en uno con configuraciones previas puede causar

conflictos con la instalaci´on librer´ıas.

9.1.1. Instalaci´

on de GNURadio

Se instala gnuradio que es una herramienta de desarrollo libre usada para

implemen-tar sistemas de SDR (Radio definido por Software), en la cual se realiza el procesamiento

de las se˜nales de radio.

Por lo cual, primero se crea e ingresa a el directorio GNURadio, ya que all´ı se har´a

la descarga de GNURadio, lo cual se realiza mediante los siguientes comandos:

mkdir gnuradio cd gnuradio

(65)

Cap´ıtulo 9. Instalaci´on y Configuraci´on OpenLTE 65

En la siguiente figura, se muestra los descrito anteriormente.

Figura 9.1: Creaci´on e ingreso al directorio GNURadio

Luego, realizamos la descarga de GNURadio como se observa en la figura 9.2, a trav´es del siguiente comando:

wget http://www.sbrac.org/files/build-gnuradio

Figura 9.2: Descarga de GNURadio

Posteriormente, se le otorgan permisos al fichero “build-gnuradio” para la

compila-ci´on de GNURadio, como se observa en la figura 9.3.

sudo chmod a+x build-gnuradio

Figura 9.3: Permisos para la posterior compilaci´on de GNURadio

En la figura 9.4, se realiza la instalaci´on de GNURadio y los drivers de la USRP, lo cual puede tardar alrededor de 3 horas dependiendo del equipo en el cual se haga

la instalaci´on, al utilizar el siguiente comando se debe estar fuera del modo de super

Desarrollo de guías de laboratorio aplicando radio definido por software para la implementación de un Handover con estaciones base de segunda generación y la primera fase de una estación base de cuarta generación ﻿

´

Indice general

´

Indice de figuras

Cap´ıtulo 1

INTRODUCCI ´

ON

Cap´ıtulo 2

PLANTEAMIENTO DEL

PROBLEMA

Cap´ıtulo 3

JUSTIFICACI ´

ON

Cap´ıtulo 4

OBJETIVOS

4.1.

Objetivo General

4.2.

Objetivos Espec´ıficos

Cap´ıtulo 5

GSM(Global System for Mobile)

5.1.

Definici´

on de GSM

5.2.

Caracter´ısticas

5.3.

Arquitectura GSM

5.4.

Handover

5.5.

Software

5.5.1.

OpenBTS

5.5.2.

OsmocomBB

Cap´ıtulo 6

LTE (Long Term Evolution)

6.1.

Definici´

on de LTE

6.2.

Caracter´ısticas

6.3.

Arquitectura

6.4.

Software

6.4.1.

OpenLTE

6.4.2.

gr-LTE

6.4.3.

OpenAirInterface

Cap´ıtulo 7

Radio Definido por Software

7.1.

Definici´

on

7.2.

Caracter´ısticas

Cap´ıtulo 8

Implementaci´

on de un Handover

con Estaciones Base de Segunda

Generaci´

on con OpenBTS

8.1.

Componentes para la Implementaci´

on del

Han-dover

8.1.1.

Componentes de Hardware

8.1.2.

Componentes de Software

8.2.

Instalaci´

on de OpenBTS

8.2.1.

Requisitos previos para la instalaci´

Desarrollo de guías de laboratorio aplicando radio definido por software para la implementación de un Handover con estaciones base de segunda generación y la primera fase de una estación base de cuarta generación

_{Indice general}

_{Indice de figuras}