Prácticas de laboratorio con redes de acceso LTE

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(1)Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. Título del trabajo: “Prácticas de laboratorio con redes de acceso LTE”. Autor del trabajo: Juan Carlos Ayo Fernández Tutores del trabajo: MSc. Rubersy Ramos García. , Junio 2018.

(2) Este documento es Propiedad Patrimonial de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, y se encuentra depositado en los fondos de la Biblioteca Universitaria “Chiqui Gómez Lubian” subordinada a la Dirección de Información Científico Técnica de la mencionada casa de altos estudios. Se autoriza su utilización bajo la licencia siguiente: Atribución- No Comercial- Compartir Igual. Para cualquier información contacte con: Dirección de Información Científico Técnica. Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas. Carretera a Camajuaní. Km 5½. Santa Clara. Villa Clara. Cuba. CP. 54 830 Teléfonos.: +53 01 42281503-1419.

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Automática, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Tutor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) i. PENSAMIENTO. “El futuro tiene muchos nombres. Para los débiles es lo inalcanzable. Para los temerosos, lo desconocido. Para los valientes es la oportunidad”.. Víctor Hugo.

(5) ii. DEDICATORIA. Dedico este proyecto a mi familia por todo su apoyo incondicional.. A mis hermanas Dulce María Ayo Fernández y Saritma Rosa.. A mis padres Juana María Fernández Alfonso, Juan Carlos Ayos Pérez y Maritza.. A todos mis tíos y en especial a Bárbaro Fernández Alfonso y Osmary Pérez.. A todos mis primos y en especial a Alián y Adalberto Fernández Pérez.. A Lizet Rodríguez y Eddy Machín. A la memoria de mis abuelos por su amor y cariño infinito, que los llevaré por siempre en mi corazón..

(6) iii. AGRADECIMIENTOS Gracias a todas aquellas personas que de una forma u otra pusieron su granito de arena durante mi formación y por hacer que este sueño se cumpliera.. A mi familia y en especial a madre Juana María y mi hermana Dulce María que fueron mis pilares fundamentales por todo su inmenso amor y apoyo en todo momento, por todo su esmero en ayudarme a crecer, por sus consejos y regaños, por creer en mí, por ser incondicional, por impulsarme a lograr mis metas, por darme los valores para ser una persona de bien, por protegerme, por cuidarme cuando estuve enfermo. Sabiendo que estas palabras no son suficientes para expresar mi gratitud, que jamás existirá una forma de agradecerte una vida de lucha, sacrificio y empeños constantes, mama solo deseo que comprendas que este logro obtenido es tuyo, que mi trabajo está inspirado en ti que eres mi espíritu guía.. A Lizet Rodríguez y Eddy Machín por su ayuda incondicional en todo momento y apoyo en los momentos más difíciles.. A todos mis compañeros de estudio que han compartido conmigo todos estos años de sacrificio, tristezas y alegrías por hacer esta etapa de mi vida inolvidable.. A mi profesor y tutor de tesis Rubersy Ramos García, por brindarme su apoyo incondicional en la elaboración de este documento y guiarme durante esta etapa, demostrando que más allá de ser un tutor es un excelente amigo.. A mis profesores de la facultad, por brindarme sus conocimientos y valores.. A mis amigos y vecinos que supieron tenderme su mano y ser pacientes conmigo, sacrificarse y brindarme su ayuda. A todos:. Muchas Gracias.

(7) iv. TAREA TÉCNICA. . Realización de una revisión bibliográfica actualizada para identificar la importancia y las características que poseen las prácticas de laboratorio de las redes de acceso celulares LTE.. . Descripción de los casos de estudio más adecuados para el aprendizaje y comprensión de los estándares y protocolos empleados en las redes de acceso celulares LTE.. . Descripción de las herramientas más propicias para el aprendizaje y comprensión de las redes de acceso celulares LTE.. . Elaboración de prácticas de laboratorio para las redes de acceso celulares LTE.. . Elaboración del informe final de Trabajo de Diploma.. Firma del Autor. Firma del Tutor.

(8) v. RESUMEN. Los laboratorios de redes son parte fundamental en el proceso enseñanza-aprendizaje de la telemática, al facilitar a los estudiantes la adquisición de habilidades prácticas acerca de los diferentes contenidos de la materia en cuestión, específicamente en la enseñanza de las tecnologías de las comunicaciones móviles. La presente investigación se dedica a elaborar prácticas de laboratorios de redes de acceso LTE y emplea el estudio de casos como técnica docente en el área de las telecomunicaciones. También se exponen detalles técnicos del simulador LTEStar, un software de la compañía HUAWEI, así como de algunas herramientas necesarias para el estudio de los protocolos de comunicaciones implicados. Como resultado de esta investigación se elaboraron prácticas de laboratorio de redes de acceso LTE para su uso en la capacitación de los especialistas de ETECSA..

(9) vi. TABLA DE CONTENIDOS. PENSAMIENTO .....................................................................................................................i DEDICATORIA .................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................ iii TAREA TÉCNICA ................................................................................................................iv RESUMEN ............................................................................................................................. v INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 1 CAPÍTULO 1. 1.1. REDES DE ACCESO ............................................................................... 5. Estructura de un sistema de comunicaciones móviles celulares ............................... 5. 1.1.1 Redes de acceso ........................................................................................................ 5 1.2. Evolución de las tecnologías de acceso hacia la 4G ................................................. 6. 1.2.1 Acceso múltiple por división de frecuencia .............................................................. 7 1.2.2 Acceso múltiple por división de tiempo y acceso múltiple por división de código .. 7 1.2.3 Servicio general de paquetes vía radio y tasas de datos mejoradas para la evolución del GSM ............................................................................................................................. 7 1.2.4. Sistema universal de telecomunicaciones móviles .................................................. 8 1.2.5 Acceso de paquetes a alta velocidad ......................................................................... 8 1.2.6 Acceso de paquetes a alta velocidad evolucionado .................................................. 9 1.2.7 Evolución a largo plazo............................................................................................. 9 1.2.8 LTE-avanzado ......................................................................................................... 11.

(10) vii 1.3. Soluciones de hardware para las redes de acceso móviles celulares LTE .............. 12. 1.4. Tipos de acceso a la red 4G LTE ............................................................................ 15. 1.5. Generalidades del estudio de casos como técnica docente ..................................... 16. 1.6. Herramientas para la confección de una práctica de laboratorio ............................ 17. 1.7. Simulador LTEStar de HUAWEI ........................................................................... 17. 1.8. Conclusiones parciales ........................................................................................... 19. CAPÍTULO 2. 2.1. DISEÑO DE LAS PRACTICAS DE LABORATORIO......................... 20. Casos de estudio utilizando las soluciones de HUAWEI para redes de acceso LTE 20. 2.1.1. Caso de estudio No.1: “Configuración de un eNodeB del tipo BTS mediante el. mecanismo de acceso radio FDD” ................................................................................... 23 2.1.2. Caso de estudio No.2: “Configuración de un eNodeB del tipo DBS mediante el. mecanismo de acceso radio TDD” ................................................................................... 24 2.1.3. Caso de estudio No.3: “Monitoreo de los servicios y administración de la red de. acceso móvil LTE”........................................................................................................... 25 2.2. Procedimiento para el diseño de las prácticas ........................................................ 26. 2.3. Prácticas de laboratorios utilizando el simulador LTEStar de HUAWEI .............. 27. 2.3.1. Práctica de laboratorio No.1: “Configuración de un eNodeB del tipo BTS. mediante el acceso FDD” ................................................................................................ 27 2.3.2. Práctica de laboratorio No.2: “Configuración de un eNodeB del tipo DBS. mediante el mecanismo de acceso radio TDD” ............................................................... 29 2.3.3 2.4. Práctica de laboratorio No.3: “Monitoreo de la red de acceso móvil LTE”....... 31 Conclusiones parciales ........................................................................................... 34. CAPÍTULO 3. 3.1. Evaluación del desempeño de la red de acceso LTE ............................... 35. Herramientas para la medición del desempeño del sistema ................................... 35. 3.2 Verificación del correcto funcionamiento del sistema de comunicación ................... 36.

(11) viii 3.3 Monitoreo de la infraestructura del eNodeB............................................................... 37 3.4. Monitoreo de mensajes de señalización ................................................................. 38. 3.5. Chequeo de la infraestructura de los eNodeB ........................................................ 40. 3.6. Chequeo de la infraestructura de radiofrecuencia de los eNodeB .......................... 41. 3.7. Monitoreo del tráfico de paquetes del eNodeB ...................................................... 42. 3.8 Conclusiones parciales ................................................................................................ 43 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................... 44 Conclusiones ..................................................................................................................... 44 Recomendaciones ............................................................................................................. 45 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 46 Anexo I. Vista del interior de un gabinete BTS3900 ........................................................ 50 Anexo II. Vista frontal del gabinete DBS 3900 para exteriores ....................................... 52 Anexo III. Vista de los escenarios típicos de instalación de las RRU .............................. 53 Anexo IV. Vista frontal de una unidad de banda base BBU 3900 con módulos para procesamiento y trasmisión de señal LTE ........................................................................ 54 Anexo V. Vista frontal de la unidad principal de procesamiento y transmisión de la señal LTE (LMTP) ..................................................................................................................... 56 Anexo VI. Vista frontal de la unidad de procesamiento de la señal LTE en banda base (LBBP) de tipo c ............................................................................................................... 57 Anexo VII. Vista frontal de la unidad universal de potencia............................................ 58 Anexo VIII. Vista frontal de la UEIU.............................................................................. 59 Anexo IX. Módulo de monitoreo M2000 ......................................................................... 60 Anexo X. Ejecución de la Práctica No.1: “Configuración de un eNodeB empleando una BTS mediante el acceso de FDD” .................................................................................... 62.

(12) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. El vertiginoso crecimiento de la tecnología, especialmente el de la red celular, puede hacernos olvidar que 30 años atrás las comunicaciones cotidianas eran muy distintas a las de la actualidad. Desde la primera comunicación celular hasta la veloz red de la cuarta generación (4G) las tecnologías de conexión móvil transitaron un largo camino [1]. La primera generación de telefonía móvil estaba basada en un conjunto de celdas o células interconectadas. Estas celdas daban servicio a los dispositivos que se encontraban dentro de su amplia zona de cobertura, de ahí el nombre con el que se conoció inicialmente “celulares” [2]. La calidad de la voz era relativamente aceptable, la capacidad para transmitir datos era baja (del orden de los kilo bits por segundo), las baterías eran de escasos mA por lo que había que recargarla frecuentemente, no obstante, el servicio de telefonía móvil despegó y alcanzó cerca de 20 millones de usuarios en 1990 [3]. A principios de los ’90 se introducen las primeras redes basadas en un protocolo estándar que tenía como principales objetivos la interconexión de las redes y la posibilidad de conectarse a ellas con un mismo terminal, apareciendo el primer concepto de roaming[4]. En estos años surge la segunda generación (2G) con la red GSM (Global System for Mobile Communications, por sus siglas en inglés), trayendo consigo otras ventajas como una mejor calidad de voz, mayor velocidad para transmitir datos, fax y los SMS (Short Message Service, por sus siglas en inglés) [1]. Con ello, los servicios de telefonía móvil se popularizan aún más. La tercera generación (3G) es una clara evolución de la anterior. La 3G ha permitido aumentar la velocidad de transferencia de datos y ha logrado solventar las deficiencias de la 2G. Estas diferencias entre generaciones han conllevado a cambios de diseño de los equipos y las arquitecturas de red para que sean compatibles a estas capacidades. No obstante el.

(13) INTRODUCCIÓN. 2. considerable avance alcanzado sigue habiendo limitantes: la capacidad de la radio y las bandas de frecuencias para que tanto tráfico pueda ser abastecido a la población, lo cual requiere de la evolución de la 3G a cuarta generación (4G) [5]. La 4G enfoca nuevos métodos de modulación y codificación para la transmisión de la señal, con ella se mejora la potencia de las antenas permitiendo más conexiones, mayor calidad de voz y mayor velocidad para transferir datos, alcanzándose hasta 100 Mega bits por segundo bajo condiciones de alta movilidad y 1 Giga bits por segundo en condiciones de baja movilidad. Además, facilita la movilidad dentro de la zona de cobertura de un operador, pero también entre distintos operadores y países, ampliándose el roaming de voz y mensajes para incluir la transferencia de datos. Su integración con Internet, mediante el uso de protocolos comunes IP / TCP-IP (Internet Protocol /Time Real Protocol) [6]. La evolución continúa y se introducen mejoras en las antenas, en su capacidad, cobertura y calidad de señal apareciendo la quinta generación (5G). Esta tecnología se puede considerar como una mejora en la velocidad debido al notable incremento de la demanda de datos por los usuarios a nivel mundial [7]. La velocidad de conexión a Internet empieza a ser comparable con la de la fibra óptica. La navegación se puede realizar utilizando dispositivos móviles a velocidades de hasta 20 Mega bits por segundo. La evolución de estas redes complejas y de alto costo obligó a las compañías líderes a desarrollar simuladores en los que estas redes de acceso se implementan virtualmente y se ensayaran antes de su montaje en condiciones reales, lo cual les permite medir distintos parámetros de desempeño de las diferentes aplicaciones montadas en las mismas, tales como la latencia, la tasa de transferencia efectiva (en inglés throughput). Ejemplo de esto lo constituye los centros de desarrollo e investigación de la compañía HUAWEI en su sede universitaria y sus vínculos de esta con otras universidades a nivel mundial [8]. La empresa de Telecomunicaciones de Cuba S.A., conocida por su acrónimo ETECSA, es la empresa estatal cubana que provee servicios de telecomunicaciones para el país. La telefonía en Cuba no se encuentra ajena a la situación relacionada anteriormente. En el país existe un creciente requerimiento de servicios de banda ancha móvil originados por la alta penetración de redes celulares y la creciente demanda de acceso a datos, contenido multimedia y servicios. La capacidad de las redes tradicionales 2G y 3G con equipamiento de las compañías Alcatel-Lucent y Sony Ericsson se ha visto disminuida sin poder atender.

(14) INTRODUCCIÓN. 3. toda la demanda, llegando a tener en determinados momentos congestión, impactando negativamente en la calidad de servicio al usuario. La tecnología LTE (Long Term Evolution, por sus siglas en inglés), ofertada por el fabricante HUAWEI, surge como respuesta a estas necesidades, debido a que la misma puede operar con grandes velocidades. Esta tecnología presenta una arquitectura de comunicación diseñada para brindar un acceso de banda ancha a través de una red móvil. Es de esperarse que con ella se rompan definitivamente las barreras que aun impiden la plena movilidad con capacidad multimedia [9]. El acceso a la tecnología 4G es uno de los servicios más esperados por los usuarios de la telefonía móvil en Cuba. Estos cambios, empleando una red móvil LTE con equipamiento de la compañía HUAWEI [10], tienen como fin el mejoramiento de la capacidad y la calidad de las telecomunicaciones en Cuba. Esta tecnología debe estar operante en nuestro país para el año 2020. Por tal motivo, es necesario capacitar previamente al personal técnico de la empresa para el proyectado montaje y operación de esta tecnología. El Centro de Formación Regional de ETECSA en Villa Clara es una de las dependencias de la empresa encargada de la instrucción del personal en nuevas tecnologías y métodos de trabajo. Desde la creación de este centro la Facultad de Ingeniería Eléctrica ha colaborado con la impartición de conferencias y cursos de postgrado. Teniendo en cuenta las razones expuestas anteriormente, se plantea el siguiente problema de investigación: ¿Cómo desarrollar prácticas de laboratorio sobre redes de acceso LTE? Para dar cumplimiento al problema de investigación, se propone como objetivo general confeccionar prácticas de laboratorio que permitan monitorear, configurar y gestionar la red de acceso móvil LTE. Para dar cumplimiento al objetivo general se proponen los siguientes objetivos específicos: • Establecer los referentes teóricos sobre redes de acceso LTE. • Describir los casos de estudio más propicios para el aprendizaje y comprensión de las redes de acceso LTE. • Seleccionar las herramientas más propicias para el aprendizaje y comprensión de las redes de acceso LTE. • Diseñar prácticas de laboratorio que permitan configurar y gestionar el equipamiento necesario de las redes de acceso LTE..

(15) INTRODUCCIÓN. 4. • Evaluar y el desempeño de la red de acceso LTE. Para dar cumplimiento a estos objetivos específicos se dará respuesta a las siguientes interrogantes: • ¿Cuáles son los referentes teóricos sobre redes de acceso LTE? • ¿Qué características poseen los casos de estudio más propicios para el aprendizaje y comprensión de las redes de acceso LTE? • ¿Cuáles son las herramientas más propicias para el aprendizaje y comprensión de los estándares y protocolos presente en las redes de acceso LTE? • ¿Cuáles son las prácticas de laboratorio que permitan monitorear, configurar y evaluar los parámetros de las redes de acceso LTE? El trabajo se estructuró en: introducción, tres capítulos, conclusiones, recomendaciones, referencias bibliográficas y anexos. En el primer capítulo se realiza un análisis de la evolución de las redes de acceso móvil, así como una revisión sobre los aspectos principales que el personal especializado debe aprender durante el entrenamiento en las redes de acceso móvil LTE empleando equipamiento de la firma HUAWEI. En el segundo capítulo se describen los casos de estudio más propicios para el aprendizaje y comprensión de los estándares y protocolos empleados por las redes de acceso móvil LTE. También se seleccionan y se describen las herramientas más apropiadas que permitan monitorear, gestionar y configurar la red acceso desde el simulador LTEStar de HUAWEI. Se presenta el procedimiento utilizado para el diseño de las prácticas de laboratorio. En el tercer capítulo se muestran los resultados del monitoreo de los parámetros que contribuyen a evaluar el desempeño de una estación base transceptora y una estación base distribuida. Estas prácticas se han elaborado en un ambiente controlado, sólo con fines instructivos para los cursos de capacitación de ETECSA..

(16) CAPÍTULO 1. REDES DE ACCESO. 5. CAPÍTULO 1. REDES DE ACCESO. La creciente demanda de los servicios de telefonía móvil ha provocado la necesidad actual de mejoras en las redes de acceso de radio con el fin de garantizar enlaces más fiables y de mayor calidad entre las estaciones base y los terminales móviles. En este capítulo se describe la evolución de las redes de acceso móviles, se caracterizan las soluciones de hardware, así como se hace una introducción al simulador LTEStar de HUAWEI.. 1.1 Estructura de un sistema de comunicaciones móviles celulares Una red de telefonía móvil terrestre pública (en inglés: Public Land Mobile Network (PLMN)) incluye tres partes fundamentales [11]: la primera es el equipamiento de usuario que es un dispositivo que permite al usuario acceder a los servicios que ofrece la red, el cual posee una tarjeta inteligente denominada tarjeta SIM (en inglés: Subscribe Identity Module) que contiene la información necesaria para poder conectarse a la red, la segunda parte es la red de núcleo (en inglés: Core Network (CN)) y la tercera es una red de acceso por radio (en inglés: Radio Access Network (RAN)) en la que podemos encontrar la estación base, (en inglés: Base Station, (BS)).. 1.1.1 Redes de acceso Las redes de acceso son un segmento de la red de telecomunicaciones que conecta a los usuarios finales con la red del proveedor. Ejemplos de estas redes son: la telefonía fija tradicional a través de los pares de cobre de abonado; los servicios de datos mediante tecnologías xDSL o metro Ethernet y las redes móviles celulares mediante radio bases [12]..

(17) CAPÍTULO 1. REDES DE ACCESO. 6. En la última década ha habido un notable incremento de servicios requeridos por los usuarios de la comunicación móvil a nivel global según se muestra en la figura1.1. Esto ha exigido a los proveedores mejoras en los servicios de las tecnologías de acceso móvil. Lo anterior trae como resultado una constante evolución para satisfacer las crecientes necesidades.. Figura 1.1: Servicios a los usuarios de la comunicación móvil a nivel global en el período 2010-2017. Fuente: [7]. 1.2. Evolución de las tecnologías de acceso hacia la 4G. La evolución de las redes de acceso móvil se describe como una secuencia de generaciones marcadas por grandes cambios en el modo de comunicación, surgiendo así algoritmos enfocados a la optimización de los recursos, la creación de nuevas formas de codificación, transmisión y multiplexación para otorgar diversos servicios como el envío de imágenes y video de tamaño pequeño, todo esto mediante el uso del medio inalámbrico. Esta evolución parte desde la primera red de acceso (totalmente analógica), pasando después a la segunda generación caracterizada por la digitalización de los sistemas, la conmutación de circuitos y la conmutación de paquetes. En la tercera generación igualmente se conmutan paquetes para poder ofrecer servicios relacionados con internet. Más tarde con la aparición de la.

(18) CAPÍTULO 1. REDES DE ACCESO. 7. cuarta generación las redes no solo conmutan paquetes para los datos sino también para la voz [1]. 1.2.1 Acceso múltiple por división de frecuencia La primera red de comunicaciones de telefonía móvil automatizada analógica comercial utilizó la multiplexación de señales y la cual recibió el nombre de Sistema telefónico móvil avanzado (en inglés: Advanced Mobile Phone System (AMPS)) conocido como 1G [13]. En el AMPS el método utilizado para asignar canales a los usuarios (a través del medio de comunicación inalámbrico compartido) fue el acceso múltiple por división de frecuencia (en inglés: Frequency Division Multiple Access (FDMA)). El FDMA está basado en la técnica de multiplexación por división de frecuencia (en inglés: Frequency Division Multiplexing (FDM)) utilizada en redes inalámbricas. En este tipo de acceso a cada usuario se le asigna una banda de frecuencia específica en el espectro electromagnético [14]. 1.2.2 Acceso múltiple por división de tiempo y acceso múltiple por división de código En la segunda generación (2G) aparece la telefonía digital móvil, la cual trajo consigo voz y datos digitales, así como roaming internacional. En esta surge el estándar europeo Sistema Global de Comunicaciones Móviles Digitales (en inglés: Global System for Mobile Communication (GSM)) y el estándar americano Digital AMPS (D-AMPS). Estos estándares emplearon el acceso múltiple por división de tiempo (en inglés: Time Division Multiple Access (TDMA)) y el acceso múltiple por división de código (en inglés: Code Division Multiple Access (CDMA)) para permitir que hasta ocho usuarios utilizaran los canales separados por 200 MHz [2]. La tecnología TDMA divide un único canal de frecuencias de radio en varias ranuras de tiempo, de manera que cada persona que hace una llamada se le asigna una ranura de tiempo específica. Por otro lado la tecnología CDMA está basada en la multiplicación de la secuencia de datos del usuario por una secuencia (código) específica asignada al usuario [15]. 1.2.3 Servicio general de paquetes vía radio y tasas de datos mejoradas para la evolución del GSM La introducción de la red de paquetes trae consigo el surgimiento del servicio general de paquetes vía radio (en inglés: General Packet Radio Service (GPRS)) y de tasas de datos.

(19) CAPÍTULO 1. REDES DE ACCESO. 8. mejoradas para la evolución del GSM (en inglés: Enhanced Data rates for GSM of Evolution (EDGE)). El sistema GPRS es una extensión mejorada del GSM que emplea tecnología GMSK (en inglés: Gaussian Minimum Shift Keying (GMSK)) y proporciona una cobertura inalámbrica completa y velocidades de transferencia de entre 56 a 114 Kbps [16]. Por otra parte, el sistema EDGE es básicamente el sistema GPRS pero con mejoras en el esquema de modulación de frecuencia. Estos sistemas pueden alcanzar una velocidad de transmisión de 384 Kbps en modo de paquetes. Las limitantes tanto de GPRS como de EDGE se hicieron evidentes en lo referente a la velocidad de envío de información. 1.2.4. Sistema universal de telecomunicaciones móviles El sistema universal de telecomunicaciones móviles (en inglés: Universal Mobile Telecommunications System (UMTS)) fue desarrollado por el Proyecto Asociación de Tercera Generación (en inglés: 3rd Generation Partnership Project (3GPP)). Este sistema forma parte de la tercera generación (3G). El sistema UMTS le da soporte a diversas aplicaciones y permite una alta transmisión de datos a bajo coste mediante el uso eficiente de los recursos de radio. Las redes UMTS introdujeron una elevada tasa de transmisión de bits, teóricamente hasta 2 Mbps y utilizan acceso múltiple por división de código de banda ancha (en inglés: Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA)) [17]. La principal ventaja de la WCDMA es que la señal se expande en frecuencia gracias a un código ensanchado que únicamente es conocido por el emisor y el receptor [18]. 1.2.5 Acceso de paquetes a alta velocidad El acceso de paquetes a alta velocidad (en inglés: High Speed Packet Access (HSPA)) surge como parte de una evolución tecnológica del sistema UMTS. Es también conocido como 3,5G dando solución en aquella etapa a la creciente demanda de datos móviles. En esta tecnología se engloban una serie de mejoras orientadas al enlace descendente (en inglés: High Speed Downlink Packet Access (HSDPA)) y otras al enlace ascendente (en inglés: High Speed Uplink Packet Access (HSUPA)). El acceso HSDPA se basa en la conmutación de paquetes sobre un canal compartido, lo que significa que algunos códigos de canal y la potencia de transmisión en una celda se consideran como recursos comunes para ser compartidos dinámicamente entre los usuarios en tiempo y en los dominios del código. Los canales de datos de alta velocidad llamados.

(20) CAPÍTULO 1. REDES DE ACCESO. 9. (en inglés: High Speed Physical Downlink Shared Channels (HS-PDSCH)) son empleados por el acceso HSDPA. En tanto, el acceso HSUPA optimiza en gran medida el funcionamiento del enlace de subida dando la posibilidad de incrementar en un 85% el rendimiento total de la celda y más de un 50% de ganancia en el procesamiento de los usuarios mediante la utilización del canal dedicado mejorado (en inglés: Enhanced Dedicated Channel (E-DCH)). El nuevo canal que introduce el acceso HSUPA no se comparte entre los usuarios [19]. 1.2.6 Acceso de paquetes a alta velocidad evolucionado Como una actualización del acceso HSPA surge el HSPA+ (en inglés: Evolved High-Speed Packet Access). Este es el estándar de banda ancha en el cual se consigue un incremento significativo en la velocidad tanto en el enlace de subida como en el enlace de bajada con respecto a los conseguidos por los accesos HSUPA y HSDPA respectivamente. La mejora en la velocidad trae consigo mejoras en el desempeño de la interfaz de radio para crear una versión altamente optimizada, además de permitir la coexistencia y una migración sin dificultades hacia LTE. El acceso HSPA+ introduce la posibilidad de utilizar una arquitectura totalmente IP (en inglés: All-IP). Las estaciones base están directamente conectadas a nodos IP y luego los routers de frontera que tienen conexión con los Proveedores de Servicios de Internet (en inglés: Internet Service Provider (ISP) [20]. 1.2.7 Evolución a largo plazo La tecnología evolución a largo plazo (en inglés: Long Term Evolution (LTE)) es una Tecnología de Acceso Radio (RAT) basada en la comunicación de paquetes, enfocada en proveer una mejor calidad de los servicios móviles. Esta tecnología proporciona baja latencia y optimización de paquetes, también soporta ancho de banda flexible y una alta velocidad de datos, debido a que la misma emplea OFDMA en el enlace descendente y SCFDMA (en inglés: Single-Carrier OFDMA) en el enlace ascendente [21, 22]. La tecnología LTE es capaz de operar con diferentes esquemas de duplexación, tanto en dúplex FDD (en inglés: Frequency Division Duplex (FDD)) como en dúplex TDD (en inglés: Time Division Duplex (TDD)), lo cual permite la flexibilidad del espectro radioeléctrico, un uso óptimo del mismo por medio de técnicas de asignación dinámica del espectro (en inglés: Dynamic Spectrum Assignment (DSA)) y la utilización de múltiples canales en paralelo.

(21) CAPÍTULO 1. REDES DE ACCESO. 10. (multiplexación espacial) denominadas técnicas MIMO [23]. En una red de LTE el eNodeB se encarga de la gestión de recursos de radio como conexión, control de admisión de radio, control de movilidad en el plano de usuario. La Figura 1.1 ilustra el núcleo de la red troncal de paquetes evolucionado (en inglés: Evolved Packet Core (EPC)), el cual está formado por tres entidades de red: la entidad de gestión de la movilidad (en inglés: Mobility Management Entity (MME)), la pasarela de servicio (en inglés: Serving Gateway (S-GW)) y la pasarela de paquetes de red (en inglés: Packet Network Gateway (P-GW)), en los párrafos siguientes se hace una breve descripción de la misma.. Figura 1.2. Elementos básicos que componen una red de comunicación móvil LTE[24].. Las tres entidades de red junto con la base de datos principal, denominada subscriptor de servidor de inicio (en inglés: Home Subscriber Server (HSS)), constituyen los elementos básicos para la provisión del servicio de conectividad IP entre los celulares y la red troncal EPC. Estos se conectan entre sí y con las redes externas, en este caso a través de una red terrestre de acceso radio UMTS evolucionada (en inglés: Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN)). Las funciones de la red asociadas con el plano de usuario se concentran en las dos pasarelas (S-GW) y (P-GW)..

(22) CAPÍTULO 1. REDES DE ACCESO. 11. La entidad MME se encarga de las funciones asociadas a la señalización en el plano de control [25]. Además, el MME es el encargado de obtener datos del suscriptor a través de la información almacenada en el HSS. Por otro lado, también provee señalización, seguridad, control de la seguridad y señalización entre los nodos para gestionar la movilidad entre ellos y entre otras redes como 2G y 3G. Es el encargado de administrar tarifas para cobros [26]. En cambio, la S-GW proporciona un punto de anclaje en la red troncal EPC con respecto a la movilidad del terminal entre eNodeBs, además almacena temporalmente los paquetes IP de los usuarios y se encarga del encaminamiento del tráfico de usuario. En el P-GW se aplican reglas de uso de la red y control de tarificación a los servicios portadores que tenga establecidos el terminal. La asignación de la dirección IP de un terminal utilizado en una determinada red externa. Esta entidad actúa de punto de anclaje para la gestión de movilidad entre las redes LTE y las no 3GPP, también procesa el tráfico IP que transcurre por el P-GW a través de un conjunto de filtros que asocian cada paquete IP con el usuario y el servicio portador EPS correspondiente. El PCRF (en inglés: Policy and Charging Rules Function) es el elemento de la red responsable de la política y control de carga, gestiona y proporciona los servicios en términos de QoS y tarifas aplicadas al tráfico de usuario. Una red terrestre de acceso radio UMTS evolucionada E-UTRAN (Evolved UTRAN) está formada por eNodeBs (Evolved B Node) que proporcionan la conectividad entre los equipos de usuario (en inglés: User Equipment (UE)) y la EPC [27]. A través de la E-UTRAN Uu o interfaz radio LTE se intercambia la información entre los eNodeBs y el UE. En tanto, S1 es la interfaz que proporciona la conectividad entre los eNodeBs y la red troncal EPC. Mientras que, X2 es la interfaz que interconecta los eNodeBs entre sí, intercambiando mensajes de señalización, lo que implica mejoras en la eficiencia de los recursos de radio. Todas las funciones y protocolos necesarios para realizar el envío de datos y controlar la operativa de la interfaz E-UTRAN Uu se implementan en el eNodeB [28]. 1.2.8 LTE-avanzado El acceso mediante la tecnología LTE-avanzado (en inglés: Long Term Evolution Advanced (LTE-A)) es el resultado de la evolución de la tecnología LTE. La tecnología LTE-A puede.

(23) CAPÍTULO 1. REDES DE ACCESO. 12. operar en las mismas bandas de frecuencias que LTE y alcanzar altas velocidades en el enlace descendente y en el enlace ascendente, por lo que se considera una tecnología de cuarta generación (4G). La tecnología LTE-A provee soporte para red heterogénea (en inglés: Heterogeneous Networks (Het-net)) incluso con coordinación optimizada de interferencia Inter-celda (en inglés: envolved Inter-Cell Interference Coordination (eICIC)). Para mejorar las prestaciones en el extremo de la celda a través de la transmisión/recepción desde distintas celdas posee la transmisión y recepción multipunto coordinada (en inglés: Coordinated Multipoint Transmission and Reception (CoMP)) [29]. 1.3 Soluciones de hardware para las redes de acceso móviles celulares LTE El estudio del equipamiento es fundamental para la correcta implementación de los servicios de telefonía móvil. Por lo tanto, se debe conocer las características técnicas de cada elemento que compone la red de acceso para poder operar la misma de manera adecuada. El montaje de la red de acceso LTE consta del hardware que a continuación se describe. Para la evolución tecnológica de la red de acceso de radio es necesario cambiar las estaciones base transceptora (en inglés: Base Transceiver Station (BTS)) por unas desde las que se puede controlar todas las tecnologías que queramos implementar en la estación. Se recomienda la solución Single RAN de HUAWEI para llevar a cabo la renovación de la red telefónica. Esta solución permite desplegar nuevas tecnologías de radio como UMTS, HSPA y LTE manteniendo las existentes (GSM, DCS o EDGE), facilitando así la convergencia en las redes de telecomunicaciones. La solución Single RAN permite que la misma estación base opere en distintas modalidades y simplifica la elección de tecnologías y la evolución de las redes móviles. Para ello, se utiliza un diseño modular [30], basado en tarjetas dedicadas, que permite añadir soporte para una tecnología concreta mediante la instalación de una de esas tarjetas. Con ello se consiguen las características esenciales que buscaba el operador: bajos costes de mantenimiento y operación, facilidad de gestión eficiencia energética y ahorro de espacio [31]. En el anexo I se puede apreciar una estación BTS3900 la cual es una macro cabina HUAWEI que en su parte superior tiene varias unidades de radiofrecuencia (en inglés: Radio Frequency Units (RFUs)) y en la parte inferior tiene la unidad de banda base 3900 (en inglés: Base Band Unit (BBU)..

(24) CAPÍTULO 1. REDES DE ACCESO. 13. La estación base distribuida (en inglés: Distributed Base Station (DBS)) de HUAWEI (ver anexo II) permite el acceso de radio para redes eLTE además de ofrecer las mayores velocidades de transmisión de datos a los usuarios [32]. Su instalación flexible le permite poder ser ubicado en espacios reducidos además de lograr un rápido despliegue de red. En la tabla 1.1 se muestran los diferentes tipos de estaciones bases distribuidas que el fabricante HUAWEI ofrece según la tecnología de la red que se vaya a emplear.. Tabla 1.1. Modelos de DBS según la tecnología de la red [33]. Nombre del producto. Versión del producto. DBS 3900. V100R008C00. DBS 3900 GSM. V100R015C00. DBS 3900 WCDMA. V200R015C00. DBS 3900 LTE. V100R006C00. Por otra parte, las unidades de radio remotas (en inglés: Radio Remote Unit (RRU)) se pueden instalar en posiciones altas, por ejemplo, en un poste, torre o muro de hormigón (anexo III). También se pueden instalar cerca del sistema de antena, reduciendo el costo de los alimentadores y el consumo de energía [34, 35]. Las unidades remotas de radio outdoor RRU (anexo IV) y RFU (anexo I) son módulos de radiofrecuencia (RF). Los módulos de RF pueden funcionar como una unidad de modo único y proporcionar tecnología de acceso de radio (RAT) solo para un sistema (GSM, UMTS o LTE) u operar en modo dual, proporcionando así una RAT para dos sistemas que utilicen la técnica de radio definida por software (SDR) [36]. Ambas unidades (RFU/RRU) presentan varias funciones entre las que se encuentran:  El procesamiento de datos, modulación, combinación y división de señales de RF enviadas a la antena  Recepción de señales de RF de la antena y demodulación, amplificación, conversión análoga/digital (A/D), conversión de datos digitales, filtrado de la señal y envío de señales a la unidad BBU para su posterior procesamiento  Procesan la señal de banda base para GSM  Controlan la potencia.

(25) CAPÍTULO 1. REDES DE ACCESO. 14.  Proporcionan la relación de detección de tensión de onda  Proporcionan alimentación para el amplificador montado en la torre y señales de control para la inclinación eléctrica remota de la antena  Genera la señal de reloj CPRI, regenera la señal de reloj CPRI en caso de pérdida de sincronización y realiza alarma de detección En el anexo IV se muestran los módulos necesarios para el montaje de una red de acceso LTE en una BBU 3900. La BBU 3900 puede ser instalada en una pared interior o en un gabinete estándar, reduciendo el costo de instalación. La unidad de banda base (BBU 3900) de HUAWEI tiene un diseño modular mediante el cual los operadores pueden configurar una estación base según las necesidades de manera fácil [37], añadiendo simplemente nuevas tarjetas ya sea para implementar una nueva tecnología en un nodo ya existente, o para ampliar la capacidad de transmisión o de procesamiento [29] [38]. Las funciones de administración de la red y de las fuentes de radio, así como el monitoreo, procesamiento de señales, el control y la gestión de todas las pizarras del sistema y proveer al sistema de un reloj y puertos de transmisión son realizadas por la unidad principal de procesamiento y trasmisión de la señal LTE (LMPT) [39], la cual se puede apreciar en el anexo V. Desde esta unidad se proveen las tareas de operaciones y mantenimiento (O&M) a los operadores. Además, esta unidad proporciona la señal del reloj de referencia y cuatro puertos E1s que soportan protocolo ATM e IP. La unidad de procesamiento de la señal LTE en banda base (LBBP, anexo VI), su función principal es procesar señales de subida y bajada en banda base, proporcionando además la interfaz CPRI para comunicar la BBU con la RRU. En el anexo VII se puede apreciar la unidad de interfaz de potencia y entorno universal (en inglés: Universal Power and Environment Interface Unit (UPEU)) que es obligatoria en la BBU 3900 ya que este es un módulo de potencia que se encarga de convertir la entrada de 48 V a +12 V y luego distribuir la potencia a otras placas en la BBU. La UPEU proporciona dos puertos de entrada MON y dos puertos EXT-ALM que pueden transmitir cuatro señales booleanas cada uno, la unidad UEIU junto con la unidad UPEU ofrecen la posibilidad de transmitir 16 alarmas externas en total (ocho cada tarjeta) [40]..

(26) CAPÍTULO 1. REDES DE ACCESO. 15. La transmisión de las señales de alarma y monitorización de los dispositivos externos a la tarjeta de control principal (en nuestro caso la GTMU) se realiza a través de la tarjeta (en inglés: Universal Environment Interface Unit (UEIU)), ver Anexo VIII [41]. 1.4 Tipos de acceso a la red LTE Existen dos modos para acceder a las redes LTE, mediante LTE-TDD o a través de LTEFDD. En el caso del acceso mediante LTE-TDD el enlace ascendente y descendente son separados en el tiempo de tal modo que la operación de uplink/downlink simultánea no es posible ya que comparten la misma banda de frecuencia alternando los datos de la carga y descarga en el tiempo. Este método emula la comunicación dúplex completa utilizando un enlace semidúplex. El espectro de LTE-TDD es generalmente más barato para el acceso y tiene menos tráfico. Además, las bandas para este modo de acceso se superponen con las utilizadas para WiMAX que pueden ser fácilmente actualizadas para soportar LTE-TDD [42]. La figura 1.3 describe el escenario LTE-TDD donde tanto el enlace ascendente como el descendente han sido asignados con la misma frecuencia f1, y ambos emplean diferentes intervalos de tiempo para mapear sus datos de información [43, 44].. Figura 1.3. Escenario LTE –TDD [44]. Sin embargo, el segundo modo de acceso a la rede LTE se realiza mediante LTE-FDD, en este caso el enlace ascendente y el descendente usan frecuencias diferentes y ambos pueden estar activos al mismo tiempo. La figura 1.4 describe el escenario LTE-FDD. Como se puede apreciar en esta figura, f1 y f2 son un par de frecuencias asignadas (por separado) tanto para la dirección del enlace ascendente como para el descendente..

(27) CAPÍTULO 1. REDES DE ACCESO. 16. Figura 1.4. Escenario LTE-FDD [44].. 1.5 Generalidades del estudio de casos como técnica docente El método de estudio de casos es una estrategia metodológica de investigación científica, útil en la generación de resultados que posibilitan el fortalecimiento, crecimiento y desarrollo de las teorías existentes o el surgimiento de nuevos paradigmas científicos; por lo tanto, contribuye al desarrollo de un campo científico determinado. Razón por la cual el método de estudio de caso se torna apto para el desarrollo de investigaciones a cualquier nivel y en cualquier campo de la ciencia, incluso apropiado para la elaboración de tesis doctorales [45]. Esta es una técnica docente aplicable en cualquier entorno de aprendizaje, enfrentando al estudiante con un problema real que debe comprender para proponer y discutir una solución. Esta técnica promueve las capacidades de análisis, aplicación de conocimientos y la toma de decisiones, incrementando así la motivación del estudiante; siendo fundamental para su desarrollo el trabajo en grupo. Para solucionar un caso de estudio, el estudiante debe ser capaz de analizar los conocimientos referentes a las disciplinas relacionadas, y tomar decisiones adecuadas en conjunto, a través de un proceso de discusión [46]..

(28) CAPÍTULO 1. REDES DE ACCESO. 17. 1.6 Herramientas para la confección de una práctica de laboratorio En la confección de las prácticas de laboratorio se emplearon diferentes herramientas como: un ordenador de escritorio con 4 GB de memoria RAM con sistema operativo anfitrión Windows y 40 GB libres en el disco duro. También un hipervisor tipo 2 (VMWare Workstation 12.0) sobre el cual correrá una máquina virtual con sistema operativo huésped Windows 7 sobre el que vendrá instalado el simulador LTEStar de HUAWEI. Para la gestión y configuración de las estaciones base durante la confección de las prácticas se utilizó el navegador web Internet Explorer para acceder al sistema de gestión web LMT (en inglés: Local Maintenance Terminal), la cual posee un conjunto de herramientas y aplicaciones propias para la gestión del hardware de las estaciones base (figura 1.4). Además es necesario el paquete de ofimática Microsoft Office para la visualización de las guías de las prácticas.. Figura 1.5 Herramientas para la confección de las prácticas. 1.7 Simulador LTEStar de HUAWEI La simulación de redes telemáticas es la metodología que implementa una red en una computadora para su posterior evaluación. Esta permite probar escenarios semejantes a los entornos reales, también medir distintos parámetros de desempeño de los diferentes.

(29) CAPÍTULO 1. REDES DE ACCESO. 18. servicios implementados, tales como la tasa de transferencia efectiva y la latencia de la red [47]. Esta es sin duda la metodología de evaluación más predominante en el área de las redes telemáticas. El estudio del desempeño de las redes de comunicaciones a través de la simulación es una forma de abordar estas redes de comunicaciones. Debido a que en la actualidad las redes de comunicaciones móviles tienen alta complejidad y son altamente costosas, las compañías líderes desarrollan simuladores de redes, en los cuales implementan virtualmente y se ensayan estas redes antes de su montaje en condiciones reales. Muestra de esto lo constituye los centros de desarrollo e investigación de la compañía HUAWEI [8] y los vínculos de esta con la Universidad Politécnica de Madrid, donde se ensayan simulaciones para diversos escenarios de pruebas para distintas redes de acceso de esta compañía [48-50]. En el año 2013 HUAWEI presentó el simulador LTEStar V100R006C00SPC300 con el objetivo de crear un laboratorio de entrenamiento virtual en el que se simulara una red de acceso LTE. Este simulador cuenta con dos modos de trabajo: uno es modo local en el cual las funciones propias del software se encuentran dentro de la carpeta del mismo una vez que se instala, y el otro modo trabajo es el modo de red el cual permite conectarse desde un servidor que tiene implementado la herramienta de administración de red M2000 (anexo IX) de manera virtual [51]. El acceso a la web LMT es a través de una interfaz de salida ubicada en el módulo LMTP. Esta herramienta web se emplea para configurar la red de acceso mediante comandos MML (en inglés: Man-Machine Language), monitoreo y administración de las unidades de la estación base (ver figura 1.6) [52]..

(30) CAPÍTULO 1. REDES DE ACCESO. 19. Figura 1.6 Interfaz de la Web LMT.. 1.8 Conclusiones parciales La tecnología LTE mejora la calidad de las comunicaciones y sobre todo de los servicios de datos al ser una tecnología diseñada para soportar servicios de gran consumo de ancho de banda para satisfacer todas las necesidades de los usuarios, permitiendo la convergencia de diferentes redes de acceso móvil ya existentes. El simulador LTEStar de HUAWEI permite evaluar el desempeño de una red de acceso LTE, pero el mismo tiene como limitante que solo se pueden probar dos celulares en el sistema..

(31) CAPÍTULO 2. DISEÑO DE LAS PRACTICAS DE LABORATORIO. 20. CAPÍTULO 2. DISEÑO DE LAS PRACTICAS DE LABORATORIO. En este capítulo se determinan los casos de estudio más adecuados para el estudio de los estándares y protocolos de las redes de acceso LTE. Además, se desarrollan las prácticas de laboratorio correspondientes a dichos casos de estudio para configurar y administrar una red de acceso LTE utilizando el simulador LTEStar de HUAWEI.. 2.1 Casos de estudio utilizando las soluciones de HUAWEI para redes de acceso LTE La compañía HUAWEI propone la arquitectura mostrada en la figura 2.1 para integrar la red LTE a las redes de generaciones anteriores ya existentes. Para la puesta en marcha de una estación base después de su montaje en el lugar seleccionado con los requerimientos del fabricante para los equipos en cuestión, es necesario una correcta configuración del nodo, de lo contrario se vería afectado el acceso de los usuarios a la red, el funcionamiento de las celdas, la gestión del mismo, el monitoreo de la red, la calidad del servicio y la seguridad..

(32) CAPÍTULO 2. DISEÑO DE LAS PRACTICAS DE LABORATORIO. 21. Figura 2.1 Vista de la integración de la red LTE a la red ya existente [11]. Las combinaciones flexibles de los componentes básicos y dispositivos auxiliares pueden proporcionar soluciones integrales que son aplicables a escenarios específicos de operadores, como instalación centralizada en el interior, instalación y distribución centralizada al aire libre, también la ubicación de estaciones base en diferentes modos para exteriores e interiores. Para la confección de las prácticas se emplea una BTS3900L y una DBS3900 porque ofrecen gran capacidad de expansión. Además, estas estaciones base admiten módulos de RF de diferentes modos (GSM, UMTS o LTE, etc.). El armario BTS3900L alberga los módulos BBU3900 y RF. Además, el gabinete BTS3900L proporciona funciones tales como distribución de energía y protección contra sobretensiones. En un armario BTS3900L puede ser instalado un máximo de 12 módulos de RF y dos BBU3900. Esto mejora la integración de soluciones de sitio de interior, ahorra espacio de instalación y facilita la instalación evolución [34]. Estos armarios están diseñados para ser instalados en interiores de edificios. A continuación, en la figura 2.2 se muestra el escenario típico de la instalación de este armario..

(33) CAPÍTULO 2. DISEÑO DE LAS PRACTICAS DE LABORATORIO. 22. Figura 2.2. Escenario típico para la instalación de un armario BTS3900L [53].. La estación DBS3900 con una alta integración a la red fue diseñada con el objetivo de no ocupar mucho espacio por lo que reduce tiempo de construcción de la red por su instalación fácil y además facilita la planificación y optimización de la red. A continuación, en la figura 2.3, se muestran los cuatro escenarios típicos de instalación, los cuales son: A. En una zona rural B. En una torre en la parte superior de un edificio C. En una pared al exterior o en interior D. En postes cercanos a la vía de transporte público.

(34) CAPÍTULO 2. DISEÑO DE LAS PRACTICAS DE LABORATORIO. 23. Figura 2.3 Vista de los escenarios típicos de instalación de una estación DBS3900 [34].. 2.1.1. Caso de estudio No.1: “Configuración de un eNodeB del tipo BTS mediante el mecanismo de acceso radio FDD”. En una empresa de servicios de telecomunicaciones se desea implementar una red de acceso LTE en una zona rural. El departamento de investigación y desarrollo recomienda emplear la tecnología de acceso FDD debido a que no hay estaciones bases cercanas. En esta zona el número de llamadas que se gestionan es bajo y las celdas en las zonas rurales son mayores porque la señal no se ve interrumpida por los efectos de reflexión y difracción producidos por los edificios y demás obstáculos. Se decide emplear la tecnología de acceso LTE-FDD una vez realizada la inspección del sitio elegido, conocer la magnitud de la obra civil necesaria, espacio para ubicación de equipos en estructura, parámetros de RF en la zona y la solución de transmisión para garantizar la cobertura requerida. Para ello los trabajadores necesitan conocer la configuración de la estación empleando la tecnología de acceso LTE-FDD para poder conectarla a través de la interfaz S1 a la red troncal EPC y.

(35) CAPÍTULO 2. DISEÑO DE LAS PRACTICAS DE LABORATORIO. 24. poder brindar servicio. Después de haber consultado los manuales de administración de las BBU logran conocer la configuración más adecuada mediante la introducción de comandos MML en la Web LMT. Para la elección de la estación base para la red de acceso, se realizará la inspección, diseño e implementación de los eNodeB, las cuales ampliarán la cobertura de dicha zona. La solución debe ser completamente compatible con la red actual, teniendo en cuenta la escalabilidad de los proyectos LTE que ofrece HUAWEI dentro de sus políticas hacia dicha empresa. Una variable que se debe considerar es la necesidad de que el enlace entre los eNodeB y los UE sea Full Duplex, también que las velocidades del enlace ascendente y descendente sean simétricas. Por lo expuesto anteriormente se decide llevar a cabo el montaje de una BTS3900L con tecnología LTE-FDD, para ello cuentan con dos unidades RFU (ver anexo I).. 2.1.2. Caso de estudio No.2: “Configuración de un eNodeB del tipo DBS mediante el mecanismo de acceso radio TDD”. Una empresa de servicios de telecomunicaciones desea instalar una red de acceso LTE en una ciudad grande. Esta tecnología permite un incremento de ancho de banda para sus usuarios y también permite aprovechar de forma más eficiente el espectro radioeléctrico de dicha ciudad. Para dicho emplazamiento debe tenerse en cuenta que existen miles de teléfonos móviles, los cuales pueden estar estableciendo una comunicación en cualquier instante. Para poder dar servicio a todos, serían necesarios miles de canales de voz de manera simultánea, lo cual es imposible con el nuevo equipamiento, por tanto, para darle solución a esta problemática los ingenieros decidieron que es necesario dividir en pequeñas celdas hexagonales toda la superficie donde se quiera dar cobertura y en cada una de ellas se colocaría un repetidor de señal de menor potencia. Estos repetidores utilizarán una parte del conjunto de canales disponibles con los que se les dará servicio a los usuarios de telefonía móvil que se encontrasen en la zona de cobertura. De manera que la celda vecina utilizaría otro repetidor con un subconjunto de canales de voz diferente al primero para evitar interferencias. Dicha empresa desea que coexistan las tecnologías de acceso 2G, 3G y 4G y también la integración de las mismas con el sistema de monitoreo y gestión de la red actual bajo la misma tecnología, para ello cuentan con una DBS3900 de la compañía.

(36) CAPÍTULO 2. DISEÑO DE LAS PRACTICAS DE LABORATORIO. 25. HUAWEI. La modernización, expansión de los equipos de la red núcleo y la red de control actual deben ser incluidas en el alcance del proyecto. Se plantea como reto inicial el diseño e implementación de una solución para integrar las nuevas radio bases (eNodeB) bajo la directriz y supervisión de la compañía. La empresa al contar con un espacio radioeléctrico bastante obstaculizado por la presencia de estaciones vecinas, debe tener en cuenta las características de una DBS. Por lo mencionado anteriormente dicha empresa de telecomunicaciones decide emplear la tecnología de acceso LTE-TDD, además esta tecnología usa una sola banda de frecuencia para trasmitir y recibir, lo que hace a esta tecnología acceso ser generalmente más barata porque en la misma no es necesario que el duplexador aísle los canales de transmisión y los de recepción. 2.1.3 Caso de estudio No.3: “Monitoreo de los servicios y administración de la red de acceso móvil LTE” Un especialista de telecomunicaciones necesita monitorear y administrar una red de acceso LTE, debido a que la empresa de telecomunicaciones para la que trabaja debe conocer en tiempo real el estado de dicha red para ofrecer a los clientes un servicio de calidad y empleo eficiente de los recursos. Para realizar el monitoreo de dicha red el operador debe conocer cuáles son los niveles de potencia y la calidad recibida según la distancia entre el eNodeB y el UE en una celda, debido a que se desea minimizar la potencia de emisión para reducir las interferencias con otras estaciones. También se necesita medir la cantidad de paquetes por segundo que están circulando por los puertos de red [54, 55]. Además necesita conocer cuáles son las unidades que están en funcionamiento y el estado en tiempo real de las mismas, lo cual se puede hacer mediante comandos o utilizando la herramienta Self Test en la web LMT. La tabla 2.1 debe ser utilizada para evaluar los resultados obtenidos durante el monitoreo y poder definir la calidad de la señal inalámbrica. Tabla 2.1 Evaluación de la calidad de la señal inalámbrica Estándar red. de Parámetro. de. evaluación. de. señal LTE. SINR(dB). Evaluación de la calidad de la señal Débiles. Menor. Adecuada. < 10. 10-15. > 15.

(37) CAPÍTULO 2. DISEÑO DE LAS PRACTICAS DE LABORATORIO RSRP(dBm). 2.2. -140 a -110. -110 a -85. 26 -85 a -60. Procedimiento para el diseño de las prácticas. El procedimiento que se utiliza para elaborar las prácticas de laboratorio sobre redes de acceso LTE es el propuesto en [56] [57] [58] [59]. El propósito va más allá de elaborar un manual de usuarios. A través de cada práctica se propone acercar a los estudiantes a los problemas que enfrentarán durante una experiencia real. La propuesta incluye espacios que el profesor podrá utilizar para evaluar las habilidades y conocimientos adquiridos por los estudiantes. Para el diseño de las prácticas de laboratorio sobre redes de acceso LTE se tienen en cuenta los siguientes pasos:  Tema: Es una frase relativamente pequeña que da a conocer el tema a tratar, este se puede desarrollar en diferentes actividades.  Título: En este apartado deberá expresarse el nombre de la práctica. El título deberá ser sugerente atractivo y relacionado con el tema o problema en estudio.  Objetivo: Se plantean los objetivos a alcanzar con la realización de la práctica. Identifican la finalidad a la cual deben dirigirse los recursos y esfuerzos en aras de dar cumplimiento a los propósitos.  Materiales y equipos: Se listan y describen los materiales y equipos necesarios para el desarrollo de la práctica de laboratorio. Especifica todo lo requerido en cuanto al tipo de equipos, materiales, tecnologías, herramientas y software, tanto para la etapa de experimentación como para la reproducción futura del problema en estudio.  Conocimientos previos: Se refiere a los conocimientos teóricos adquiridos previamente con la práctica a desarrollar, así como trabajos orientados con anterioridad que el estudiante debe poseer, en aras de contribuir al cumplimiento de los objetivos trazados en la práctica.  Habilidades: Se define como la destreza para ejecutar alguna acción con el fin de alcanzar un objetivo.  Técnica operatoria: En este paso se describe de forma ordenada, los pasos a seguir durante el laboratorio. Este procedimiento debe conducir a que el estudiante.

(38) CAPÍTULO 2. DISEÑO DE LAS PRACTICAS DE LABORATORIO. 27. adquiera la habilidad de seguir una secuencia de pasos a la hora de realizar la práctica.  Conclusiones: Este paso se desarrollará de manera participativa donde el profesor guiará, mediante preguntas, a los estudiantes para que concluyan los principales aspectos tratados durante la práctica de laboratorio. Contiene las acciones que el estudiante debe seguir durante el desarrollo de las prácticas en aras de cumplir los objetivos propuestos.  Estudio independiente: Se debe orientar al estudiante, la realización de un ejercicio de laboratorio que permita sistematizar el conocimiento obtenido durante la práctica.  Bibliografías: En este se indica la bibliografía básica y complementaria con la que fueron elaborados los contenidos de la práctica. Se validan el desarrollo de las prácticas de laboratorio sobre redes de acceso LTE.. 2.3 Prácticas de laboratorios utilizando el simulador LTEStar de HUAWEI Para el desarrollo de toda práctica de laboratorio se requiere el correcto funcionamiento del hardware a utilizar y de las herramientas a aplicar, de ahí el éxito del mismo. Una mala configuración puede ocasionar lentitud en el proceso y resultados no deseados. 2.3.1 Práctica de laboratorio No.1: “Configuración de un eNodeB del tipo BTS mediante el acceso FDD”. Tema: Configuración del mecanismo de acceso a la red LTE. Título: “Configuración de un eNodeB del tipo BTS mediante el acceso de FDD”. Objetivo:  Familiarizar al estudiante con las técnicas de configuración de los mecanismos de redes de acceso LTE.  Ejecutar los pasos para la configuración de un eNodeB del tipo BTS empleando la tecnología de acceso de radio FDD.  Crear habilidades en los estudiantes que les permitan configurar la red de acceso a través de su interfaz web LMT..

(39) CAPÍTULO 2. DISEÑO DE LAS PRACTICAS DE LABORATORIO. 28. Materiales y equipos:  Computadora personal con Sistema Operativo Windows.  Aplicaciones de software: VMware Workstation versión 12.1.0 y Microsoft Word.  Máquina virtual de Windows 7 con el simulador LTEStar y el navegador web Internet Explorer versión 8 instalados.  Licencia de hardware (dongle) del Simulador LTEStar.. Conocimientos previos:  Conocimientos básicos acerca de los eNodeB del tipo BTS.  Conocimientos básicos del mecanismo de acceso de radio FDD. Habilidades: Crear habilidades en los estudiantes que le permitan configurar un eNodeB del tipo BTS usando el mecanismo de acceso de radio FDD.. Técnica operatoria: 1. Encender la máquina virtual 2. Insertar en la PC física la licencia USB y asociar con la máquina virtual 3. Abrir el simulador LTEStar 4. Crear un nuevo proyecto 5. Añadir un eNodeB del tipo BTS 6. Añadir la LMPT 7. Añadir la LBBP 8. Añadir la LRFU 9. Añadir las antenas 10. Añadir los jumpers 11. Añadir los feeders 12. Introducir la dirección IP para acceder a la interfaz web LMT 13. Configurar el mecanismo de operación del eNodeB mediante comandos MML 14. Comprobar la correcta conexión de los terminales a la red y realizar una llamada de voz entre ellos.

(40) CAPÍTULO 2. DISEÑO DE LAS PRACTICAS DE LABORATORIO. 29. Conclusiones de la práctica: ¿Qué se entiende por mecanismo de acceso de un sistema de comunicación móvil LTE? ¿Qué ventajas tiene configurar un eNodeB del tipo BTS con FDD como técnica de acceso de radio? Estudio independiente: Seguir familiarizándose con los principales comandos MML para la configuración de un eNodeB del tipo BTS.. Bibliografía:  HUAWEI TECHNOLOGIES CO. LTD., "3900 Series Base Station Configuration Principles," 2016.  HUAWEI TECHNOLOGIES CO. LTD., "BBU V100R011C10 Hardware Description", 2016.  HUAWEI TECHNOLOGIES CO. LTD., "SingleRAN SRAN11.1 3900 Series Base Station Configuration Principles", 2016.  HUAWEI TECHNOLOGIES CO. LTD., "LTEStar V100R006C00 Operation Guide", 2013.  HUAWEI TECHNOLOGIES CO. LTD., "eNodeB V100R004C00 LMT User Guide", 2011.. 2.3.2. Práctica de laboratorio No.2: “Configuración de un eNodeB del tipo DBS mediante el mecanismo de acceso radio TDD”. Tema: Configuración del mecanismo de acceso a la red LTE. Título: “Configuración de un eNodeB del tipo DBS mediante el mecanismo de acceso radio TDD”. Objetivo:  Familiarizar al estudiante con las técnicas de configuración de los mecanismos de redes de acceso LTE..

(41) CAPÍTULO 2. DISEÑO DE LAS PRACTICAS DE LABORATORIO. 30.  Ejecutar los pasos para la configuración de un eNodeB del tipo DBS empleando la tecnología de acceso de radio TDD.  Crear habilidades en los estudiantes que les permitan configurar la red de acceso a través de su interfaz web LMT.. Materiales y equipos:  Computadora personal con Sistema Operativo Windows.  Aplicaciones de software: VMware Workstation versión 12.1.0 y Microsoft Word.  Máquina virtual de Windows 7 con el simulador LTEStar y el navegador web Internet Explorer versión 8 instalados.  Licencia de hardware (dongle) del Simulador LTEStar.. Conocimientos previos:  Conocimientos básicos acerca de los eNodeB del tipo DBS.  Conocimientos básicos del mecanismo de acceso de radio TDD. Habilidades: Crear habilidades en los estudiantes que le permitan configurar una DBS usando TDD. Técnica operatoria: 1. Encender la máquina virtual 2. Insertar en la PC física la licencia USB y asociar con la máquina virtual 3. Abrir el simulador LTEStar 4. Crear un nuevo proyecto 5. Añadir un eNodeB del tipo DBS 6. Añadir las LMPT 7. Añadir las LBBP 8. Añadir las RRU 9. Añadir el módulo de protección GPS 10. Añadir las antenas 11. Añadir los jumpers 12. Añadir los feeders 13. Añadir la antena para el sistema GPS.

(42) CAPÍTULO 2. DISEÑO DE LAS PRACTICAS DE LABORATORIO. 31. 14. Introducir la dirección IP para acceder a la interfaz web LMT 15. Configurar el mecanismo de operación del eNodeB mediante comandos MML 16. Comprobar la correcta conexión de los terminales a la red y realizar una llamada de voz entre ellos Conclusiones de la práctica: ¿Qué ventajas tiene configurar una DBS con TDD como técnica de acceso de radio? Estudio independiente: Seguir familiarizándose con los principales comandos MML para la configuración de un eNodeB del tipo DBS.. Bibliografías:  HUAWEI TECHNOLOGIES CO. LTD., "3900 Series Base Station Configuration Principles," 2016.  HUAWEI TECHNOLOGIES CO. LTD., "BBU V100R011C10 Hardware Description", 2016.  HUAWEI TECHNOLOGIES CO. LTD., "SingleRAN SRAN11.1 3900 Series Base Station Configuration Principles", 2016.  HUAWEI TECHNOLOGIES CO. LTD., "LTEStar V100R006C00 Operation Guide", 2013.  HUAWEI TECHNOLOGIES CO. LTD., "eWBB TDD 3.0 DBS3900 Product Description", 2013. 2.3.3 Práctica de laboratorio No.3: “Monitoreo de la red de acceso móvil LTE” Tema: Monitoreo del mecanismo de acceso a la red LTE. Título: “Monitoreo de la red de acceso móvil LTE”. Objetivo:  Familiarizar al estudiante con las técnicas de monitoreo, gestión y administración de los mecanismos de redes de acceso LTE.  Crear habilidades en los estudiantes que les permitan monitorear la red de acceso a través de su interfaz web y las herramientas propias del simulador..