Estudio para implementación de WiMax en Choachí (Cundinamarca)

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(1)Estudio para implementación de WiMax en Choachí (Cundinamarca). Darío Guillermo Bas/das Rosas Daniel Felipe Cuervo Albornoz Silvia Flórez Pérez. Trabajo de Grado para obtener el Atulo de Ingeniero Electrónico. Asesor: Roberto Bustamante Miller. Universidad de los Andes Facultad de Ingeniería Departamento de Ingenería Eléctrica y Electrónica Bogotá, Junio de 2010.

(2) Taller de Comunicaciones-Entrega Final Junio de 2010 Tabla de Contenidos Introducción ........................................................................................................................................................................................3 Marco Teórico......................................................................................................................................................................................3 Multiplexación OFDM ................................................................................................................................................................4 Sub-canalización........................................................................................................................................................................4 Modulación Adaptativa..............................................................................................................................................................4 Técnicas de Corrección de Errores .........................................................................................................................................5 Control de Potencia ...................................................................................................................................................................5 Triple-Play...................................................................................................................................................................................5 Planteamiento del Problema..............................................................................................................................................................5 Contexto......................................................................................................................................................................................5 Diseño y Resultados ..........................................................................................................................................................................9 Análisis Mercado: Objetivo Choachí .......................................................................................................................................9 Servicios ...................................................................................................................................................................................13 Documento Simulaciones Matlab...........................................................................................................................................15 Análisis de Radio de Cobertura .............................................................................................................................................18 Arquitectura de la Solución ....................................................................................................................................................24 Proyección de Ventas ..............................................................................................................................................................26 Modelo de Simulación NS2 .....................................................................................................................................................30 Resultados Simulación Estadísticas de Tráfico Wimax .......................................................................................................32 Conclusiones y recomendaciones. ................................................................................................................................................36 Bibliografía ........................................................................................................................................................................................37 Anexos ...............................................................................................................................................................................................39.

(3) Índice de Figuras Figura 1: Productividad por sectores; comparación entre Colombia y EEUU. .....................................................................................6 Figura 2: Indicadores SIGOB................................................................................................................................................................7 Figura 3: Indicadores SIGOB................................................................................................................................................................7 Figura 4: Estudio Earth Trends- Colombia ...........................................................................................................................................8 Figura 5: Mapa Geográfico de Choachí. ..............................................................................................................................................9 Figura 6: Caracterización Usos de Choachí. ......................................................................................................................................10 Figura 7: Resultados de las encuestas. .............................................................................................................................................12 Figura 8: Ancho de banda para servicios residenciales. ....................................................................................................................15 Figura 9: Análisis K Factor. .................................................................................................................................................................16 Figura 10: Simulación en Matlab con K factor de 5. ...........................................................................................................................17 Figura 11: Sistema Rician K factor=3.3dB ..........................................................................................................................................17 Figura 12: Valores Numéricos para terreno tipo A. .............................................................................................................................18 Figura 13: Vista panorámica de Choachí. ..........................................................................................................................................20 Figura 14: Caracterización Choachí. ..................................................................................................................................................20 Figura15: Caracterización Choachí. ...................................................................................................................................................21 Figura 16: Línea de vista (LOS)..........................................................................................................................................................21 Figura 17: Línea de vista (LOS)..........................................................................................................................................................22 Figura 18: Línea de vista (LOS)..........................................................................................................................................................22 Figura 19: Línea de vista (LOS)..........................................................................................................................................................22 Figura 20: Análisis Cobertura 16 QAM ½ ...........................................................................................................................................23 Figura 21: Análisis Cobertura 16 QAM ¾ ...........................................................................................................................................23 Figura 22: Análisis Cobertura 64 QAM 2/3. ........................................................................................................................................23 Figura 23: Análisis Cobertura 64 QAM ¾ ...........................................................................................................................................24 Figura 24: Esquema del diseño. .........................................................................................................................................................24 Figura 25: Arquitectura de la solución. ...............................................................................................................................................26.

(4) Taller de Comunicaciones-Entrega Final Junio de 2010 Figura 26: Crecimiento sector comunicaciones en Colombia. ...........................................................................................................27 Figura 27: Estadísticas Tráfico Wimax. ..............................................................................................................................................32 Figura 28: Cantidad de Información Perdida. .....................................................................................................................................33 Figura 29: Retrasos de los Escenarios. ..............................................................................................................................................33 Figura 30: Throughput Promedio de los Escenarios. .........................................................................................................................34 Figura 31: Resultados de Jitter diferentes escenarios. ......................................................................................................................35 Figura 32: Gráficas, promedio de delay, throughput...........................................................................................................................35.

(5) Índice de Tablas Tabla 1: Indicadores Internacionales. ...................................................................................................................................................6 Tabla 2: Indicadores Ministerio de Comunicaciones.............................................................................................................................6 Tabla 3: Distribución población Choachí. .............................................................................................................................................9 Tabla 4: División caso rural de Choachí. ............................................................................................................................................10 Tabla 5: Parámetros para iniciar encuesta. ........................................................................................................................................12 Tabla 6: Distribución porcentual tipo de uso del suelo en Choachí. ...................................................................................................13 Tabla 7: Forma de penetrar segmento residencial. ............................................................................................................................13 Tabla 8: Relación codecs y ancho de banda. .....................................................................................................................................14 Tabla 9: Distancias Calculadas para Transmisión por Modulación.....................................................................................................19 Tabla 10: Precio equipo unidad de radio. ...........................................................................................................................................25 Tabla 11: Tabla comparativa de precios. ............................................................................................................................................25 Tabla 12: Accesorios necesarios para implementación. .....................................................................................................................26 Tabla 13: Proyección de ventas trimestrales. .....................................................................................................................................27 Tabla 14: Costos Iniciales del proyecto. .............................................................................................................................................29 Tabla 15: Flujo sobre estado de la empresa. .....................................................................................................................................30 Tabla 16: Variables para simulación en NS2. .....................................................................................................................................31 Tabla 17: Variables para simulación en NS2. .....................................................................................................................................31 Tabla 18: Distancia de ubicación de antenas suscriptoras. ................................................................................................................32.

(6) Taller de Comunicaciones-Entrega Final Junio de 2010. Introducción El constante avance de la tecnología digital ha llevado a la reducción notable de costos por parte de las empresas creadoras de nuevas tecnologías y esto a su vez ha llevado a aumentar la inversión de los operadores de internet. Los ingenieros actuales deben esforzarse más por hacer que las nuevas tecnologías se conviertan en herramientas de fácil acceso y operación, además de lograr acercarse al máximo a la realidad. Para lograr esto, cada vez más se u/lizan los simuladores que realizan cálculos con la mayor inclusión de variables y que a su vez puedan ser validados mediante fuentes confiables o mediante procesos, cálculos e intuiciones que puedan ser obje/vamente soportadas. Más allá de definir en este proyecto un problema acerca de la inclusión de WiMax rural, se pretende mostrar una técnica confiable para realizar el montaje de una red de comunicaciones u/lizando la tecnología de WiMax en un municipio rural en Colombia que carezca de servicios de banda ancha. El uso de una técnica confiable permite asegurar a futuros ingenieros, la aproximación que pueden llegar a tener con este modelo respecto a la realidad, lo que puede servir de base para futuros estudios acerca de este /po de diseños. La evolución del estudio se llevará a cabo en tres fases principales, con el paso del /empo estas fases se relacionarán para crear conclusiones. Los primeros pasos se darán con la búsqueda de un municipio que necesite el servicio de WiMax, teniendo en cuenta este municipio se dará lugar a la decisión de los parámetros en simulación además de un avance paralelo acerca del estudio económico, finalmente se accederá a la decisión acerca de los posibles elementos que se pueden sugerir para comprar y una alterna/va de diseño que sea consistente con el municipio en estudio. Es de gran importancia tener en cuenta que la zona escogida cuente con mapas que caractericen el /po de población, los estratos y además el conocimiento de la geograZa del terreno que se estudiará. Es por esto que durante las decisiones para poder avanzar en el diseño de la red, se viajará al municipio escogido y luego hacer el diseño, con el aval de los asesores de la universidad. Marco Teórico WiMax es un sistema de comunicación digital inalámbrico también conocido como IEEE 802.16. Su nombre se debe a las siglas en Inglés Worldwide Interoperability for Microwave Access‐ interoperabilidad mundial para acceso por microondas‐. Esto significa que la recepción de datos se hace mediante microondas, llegado a la estación base y la transmisión por ondas de radio a la estación subscriptora. Esto es una gran ventaja por ejemplo, para zonas rurales en donde la baja densidad de población hace que la transmisión por cable o fibra tenga unos costos muy grandes. La organización encargada de los estándares de transmisión de WiMax es WiMax Forum la cual ha definido principalmente dos /pos de acceso: • Móvil: Provee banda ancha de 5 a 15 km. Compite con el estándar WiFi IEEE 802.11 implementado en la mayoría de computadores portá/les a nivel mundial. • Fijo: Provee servicio hasta a 50 km con velocidades máximas de 70 Mbps y ancho de banda de 20 MHz. Las frecuencias con licencia aprobadas por el WiMax Forum son de 2.5 y 3.5 GHz con transmisión y recepción /po TDD (Time Division Duplex). Este /po de comunicación consiste en que las señales de envío y recepción aparentemente se transmiten al /empo, pero en realidad toman turnos dentro de una misma frecuencia o canal, el /empo es dividido en intervalos fijos cada uno para una dirección de transmisión. Para lograr una transmisión adecuada en una longitud tan grande como 50 km, además de proveer la tecnología adecuada WiMax u/liza:. 3.

(7) Taller de Comunicaciones-Entrega Final Junio de 2010. • Mul/plexación OFDM • Subcanalización • Modulación Adapta/va • Técnicas de corrección de errores • Control de Potencia • Triple‐play Mul:plexación OFDM El /po de mul/plexación en la capa Zsica u/lizado en WiMax es OFDM el cual consiste en enviar un conjunto de ondas portadoras a diferentes frecuencias cada una con información moduladas en el /po de comunicación. Muchas veces se realiza mul/plexación COFDM lo cual significa que se codifica el canal con el fin de corregir los errores de la transmisión. La capa MAC u/liza un algoritmo programado en donde la antena subscriptora solo realiza una vez la iniciación para acceder a la red. Después de esto la antena base separa un intervalo de acceso a la subscriptora, este puede agrandarse o acortarse pero permanece todo el /empo asignada a la antena subscriptora que desde un comienzo accedió a este. Además de proveer estabilidad cuando hay una sobrecarga de datos, este /po de algoritmo hace que el ancho de banda sea eficiente ya que la antena base controla el QoS‐ quality of service‐ balanceando las aplicaciones requeridas por las antenas suscriptoras. Sub‐canalización La sub‐canalización consiste en transmi/r más de una señal al mismo /empo en un mismo canal de radio frecuencia. Para lograr esto se u/lizan técnicas de compresión de datos y se mul/plexan mediante OFDM. La sub‐canalización hace que el presupuesto de los enlaces‐ de subida y bajada‐ estén balanceados, para esto concentra la potencia de transmisión en portadoras OFDM, esto incrementa la ganancia del sistema para poder después ser u/lizada en tener un mayor alcance, en sobrepasar obstáculos donde puede haber pérdidas o en reducir el consumo de potencia de la antena subscriptora. Modulación Adapta:va WiMax /ene un sistema de modulación adapta/va la cuál permite ajustar la modulación de la señal de radio de transmisión dependiendo de su SNR‐ signal to noise ra?o. Esto funciona de la siguiente manera; por ejemplo, cuando el enlace de radio /ene buena calidad, se u/liza la modulación más alta dando así al sistema una mayor capacidad. Cuando hay un decaimiento de la señal el sistema se cambia a una modulación menor manteniendo la calidad y estabilidad de la conexión. Cuando se habla de una modulación más alta se refiere a que existen más estados para la transmisión. Esto provee al sistema la capacidad de superar el desvanecimiento dado por el cambio en el /empo, mejora el throughput y aumenta la distancia de transmisión. Se explicará brevemente los /pos de modulación. La modulación BPSK‐ binary shiB keying‐ consiste en que cada símbolo puede indicar dos diferentes estados o un bit por símbolo. En la modulación QPSK‐ quadrature phase shil keying‐ dos símbolos por bit pueden ser transmi/dos y cada fase del símbolo actual se compara con el símbolo anterior, en la modulación QAM‐ quadrature amplitude modula?on‐ tanto la fase como la amplitud son moduladas, en este caso cada punto representa una única amplitud y fase de la señal.. 4.

(8) Taller de Comunicaciones-Entrega Final Junio de 2010. Técnicas de Corrección de Errores Para mejorar el throughput se u/liza Strong Reed Solomon FEC el cual funciona como una codificación cíclica no binaria. Se llama FEC ya que corrige los datos en el receptor, para esto añade unos bits adicionales. Posteriormente, u/liza ARQ‐automa?c repeat request‐ lo cual consiste en el reenvío de la información que se detectó inicialmente como errónea. Control de Potencia La estación base envía control de la potencia a cada una de las suscriptoras para regular el nivel de transmisión de potencia. Triple‐Play La tecnología de WiMax provee servicios triple‐play‐ voz, banda ancha, televisión‐. Este /po de tecnología implementaría en un solo servicio VoIP, IPTV y acceso a internet de alta velocidad banda ancha. Planteamiento del Problema Contexto Ha sido de gran interés para el gobierno nacional mejorar la compe//vidad de las regiones y de los sectores de la economía Colombiana con miras a ubicar el sector produc/vo del país en estándares mundiales que permitan un mejor grado de preparación en un mercado global. La Agenda Interna de Compe//vidad Colombiana, ha sido enfá/ca en realizar comparaciones a través de estándares internacionales en cuanto al desempeño de cada uno de los sectores; para el caso de las telecomunicaciones se presentan a con/nuación:. 1. Índice de Oportunidad Digital‐ Es un indicador diseñado para hacer seguimiento al progreso de un país en el cierre de la brecha digital, tanto interna como compara/vamente con otros países y la implementación de de los compromisos para tales efectos se basa en la infraestructura, la oportunidad y la u/lización.. 2. Índice de Preparación para la Interconexión ‐ Es un indicador preparado por el Foro Económico Mundial junto con el Banco Mundial y el INSEA que mide el grado de una nación para par/cipar y beneficiarse de las tecnologías de información y comunicaciones a través de tres componentes: a) Marco Norma/vo y Entorno Macroeconómico b) Disposición de Individuos, empresas y gobierno para hacer uso de las TIC, c) grado de U/lización.. 3. Subíndice de TIC ‐ Es un indicador presentado por el Foro Económico Mundial que mide la capacidad existente en los países en infraestructura, el grado de éxito de los gobiernos en al promoción de TIC, la capacidad del sector produc/vo para absorber tecnologías y la competencia en el mercado de provisión de servicio de internet.. 4. Reporte Mundial de Gobierno Electrónico ‐ Es un indicador a través del cual se relacionan las TIC con los temas de produc/vidad y compe//vidad de los países como preparación para el gobierno electrónico y la par/cipación electrónica.. 5.

(9) Taller de Comunicaciones-Entrega Final Junio de 2010. Como bien se puede observar a través de la tabla 1 que se presenta a con/nuación, la preparación de Colombia para afrontar la brecha digital es inmensa en comparación con otros países.. Fuente: Cálculos McKinsey‐DNP. Tabla 1: Indicadores Internacionales. Puesto en un contexto de los diferentes sectores que conforman la economía Nacional, y basados en un índice calculado entre la consultora mundial McKinsey en conjunto con el Departamento Nacional de Planeación, el sector de telecomunicaciones es produc/vamente menos eficiente que la economía nacional y mucho menos eficiente que el mismo sector en la economía de Estados Unidos, como se muestra en la figura 1.. Figura 1: Produc/vidad por sectores; comparación entre Colombia y EEUU. Estos índices e informes fueron la causa de que el Gobierno Nacional, a través del Conpes 3527 aprobado a mediados de Junio del 2008, fuera enfá/co en promulgar como uno de los obje/vos centrales de la rama de tecnologías de información y comunicaciones el Lograr el Acceso Universal a las TIC y promover una cultura de aprovechamiento de estas tecnologías por parte de la sociedad. En este contexto, el Ministerio de Comunicaciones ha fijado ciertos indicadores que permitan realizar un seguimiento efec/vo en cuanto al cumplimiento del obje/vo central. Dichos indicadores se resumen en la tabla 2:. 1. Tabla 2: Indicadores Ministerio de Comunicaciones 1. Online. Indicadores Ministerio de Comunicaciones. Mayo 11 de 2010. www.sigob.gov.co/pnd/inst.aspx. 6.

(10) Taller de Comunicaciones-Entrega Final Junio de 2010. Para hacer un correcto seguimiento a cada uno de estos indicadores, el gobierno ha puesto a disposición de la población un Sistema de Ges:ón y Seguimiento a las Metas del Gobierno (SIGOB). En dicha plataforma de ges/ón web, que se muestra en la figura 2 y 3, se puede revisar la preocupación que ha tenido el gobierno ha permi/da una correcta ges/ón de dichos indicadores.. 2. Figura 2: Indicadores SIGOB. 3. Figura 3: Indicadores SIGOB Este índice muestra realmente el atraso que /ene Colombia frente a la explotación de los servicios de telecomunicaciones a través del territorio nacional; sin embargo es de vital importancia caracterizar el territorio colombiano para poder predecir las necesidades básicas que enfrenta la población. Según un estudio de la mul/nacional Earth Trends, la población colombiana se encuentra altamente concentrada en un rango de edad entre los 15 y 65 años; actualmente dicho porcentaje de la población corresponde al 63% y según las proyecciones, tenderá incluso a crecer un poco más. Igualmente, Colombia es un país que aún cuenta con un porcentaje no despreciable de población ubicada en centros rurales (alrededor del 26%).. 2. Online. Sistema de Gestión y Seguimiento a las Metas del Gobierno. Mayo 11 de 2010. www.sigob.gov.co/ pnd/inst.aspx 3. Ibid.. 7.

(11) Taller de Comunicaciones-Entrega Final Junio de 2010. 4. Figura 4: Estudio Earth Trends‐ Colombia Estas condiciones, combinadas con el obje/vo expuesto a través del Sistema Nacional de Compe//vidad en cuanto a la penetración de acceso a banda ancha en todo el territorio nacional, llevan a inferir en la necesidad de encontrar una solución para proveer servicios de conec/vidad a internet a través de una solución que cumpla con las especificaciones técnicas requeridas en el servicio y precios de implementación y operación que generen rentabilidad para el operador. La tecnología WiMax fija, como se ha comprobado en otros países con condiciones geográficas y demográficas similares a las de Colombia, se consolida como una opción muy interesante en una relación balanceada costo/beneficio para la implementación en zonas rurales de baja densidad demográfica. En el paper Study on WiMax Implementa:on at Dwesa‐Cwebe Rural Areas of Eastern Cape of South Africa5 , la solución de WiMax fue implementada debido a las condiciones insuficientes de infraestructura de transporte y conec/vidad eléctrica en los municipios rurales de la región sur del país. Este modelo de implementación generó impactos posi/vos en el desarrollo de las regiones rurales. Otro ejemplo de un claro éxito en la implementación de WiMax como tecnología de cubrimiento de zonas rurales y suburbanas es el de la empresa Iberbanda en España. Con más de 900 estaciones bases distribuidas a través de las regiones de España, Iberbanda ha logrado consolidar un cubrimiento en servicios de banda ancha, voz sobre IP, y una combinación de las dos y lograr 33.000 suscriptores para finales del 2007. 6 El mercado obje/vo de Iberbanda ha sido clientes urbanos y suburbanos, sin embargo, el despliegue de la red actual ha permi/do generar costos diferenciales frente a otros operadores que ofrecen servicios sobre cable ADSL y fibra, con lo cual las proyecciones de la empresa son igualmente de ingresar al mercado urbano.. 4. Online. Mayo 11 de 2010. Population, Health, and Human Well-Being. earthtrends.wri.org. 5 Mandioma, M.T. ; Krishna Rao, G.S.V.R. ; Terzoli, A. ; Muyingi, H. 2006. Study on WiMax Implementation at Dwesa-Cwebe Rural Areas of Eastern Cape of South Africa. IEEE. Mayo de 2010. ieeexplore.ieee.org 6. Online. Mayo de 2010. Indicadores Iberbanda. www.iberbanda.es. 8.

(12) Taller de Comunicaciones-Entrega Final Junio de 2010. Diseño y Resultados Después de analizar los indicadores mostrados anteriormente, viendo como en Colombia existe un mercado que /ene constantes cambios y en donde varias empresas están interesadas en inver/r para ofrecer mejores oportunidades, se estudiaron varios municipios en donde una inclusión de nuevas tecnologías fuera apetecida. Se escogió el municipio de Choachí en Cundinamarca a una hora de Bogotá. Se realizaron varias visitas al municipio con el fin de obtener información detallada acerca de mapas, tener una mejor noción del estado general del municipio y posteriormente se realizaron encuestas para el estudio de mercado. Análisis Mercado: Obje:vo Choachí Al iniciar analizando la caracterización demográfica de la población y luego de recorrer la Secretaría de Planeación del pueblo en busca de información, se logró obtener un cuadro del Sisbén que se u/liza al interior del municipio como censo con el fin de llevar las estadís/cas de la can/dad de individuos presentes en el pueblo. Dicha información se actualiza diariamente, así que se cree es un reflejo claro de la situación del municipio. En primer lugar es importante aclarar que, según el censo, el municipio de Choachí cuenta con 11.864 personas distribuidas como se muestra en la tabla 3.. 7. Tabla 3: Distribución población Choachí.. 8. Figura 5: Mapa Geográfico de Choachí. Al analizar dicha distribución y el análisis espacial del municipio, existen dos razones para tomar la decisión de realizar la inclusión exclusivamente en el perímetro urbano del municipio:. 1. Existe una escasa probabilidad de que las personas ubicadas en el perímetro rural del municipio cuenten con un computador para realizar la conexión a internet.. 7. Sisben Colombia. Estadisticas por Tramos. 25 Cundinamarca-181 Choachí. 2010-05-26. 9:37AM.. 8. Online. Mayo 26 de 2010. Mapa Geográfico Choachí. choachi-cundinamarca.gov.co. 9.

(13) Taller de Comunicaciones-Entrega Final Junio de 2010. 2. La distribución espacial de la población rural es inmensa, lo cual lleva a intuir la posible necesidad de incluir un gran número de estaciones base para cubrir la necesidad en cuanto a conexión. Habiendo tomado esta decisión es de vital importancia lograr conocer la distribución tanto del municipio en cuanto a uso de suelo así como de las personas que habitan el municipio. A través de Global Mapper9 y los mapas Zsicos entregados por la Secretaría de Planeación del municipio el día 26 de Mayo de 2010, se realizó la caracterización de usos del municipio, la cual se muestra en la figura 6:. Figura 6: Caracterización Usos de Choachí. La población del caso rural está dividida de la siguiente forma:. 10. Tabla 4: División caso rural de Choachí. El mercado obje/vo con base en esta información se reduce a 3142 personas. Según un estudio de la presidencia de la república de Colombia realizado en el 22 de Mayo de 200611, el promedio del hogar colombiano es de cuatro personas. Si estas personas son clasificadas en hogares, el promedio de hogares sería de 786 hogares.. 9. Online. Mayo 27 de 2010. Global Mapper. www.globalmapper.com. 10. Sisben Colombia. Estadisticas por Tramos. 25 Cundinamarca-181 Choachí. 2010-05-26. 9:37AM.. 11 Online. Resultados del Censo son de Total Confiabilidad: DANE.Mayo 30 de 2010. www.presidencia.gov.co/ sne/2006/mayo/22/09222006.htm. 10.

(14) Taller de Comunicaciones-Entrega Final Junio de 2010. A través de encuestas determinar el market share de la población. Para esto, se diseñó una encuesta que incluimos en el Anexo 1 – Encuesta realizada en Choachi Cundinamarca. Esta encuesta se diseñó para poder conocer el Market Share de la población. En el momento de realizar las encuestas se tuvo una noción más específica del estado de la conexión de internet del municipio de Choachí. En general se vio cómo la gente que /ene internet está interesada en que este sea más estable y con una mayor velocidad, no jus/fican el precio por lo que reciben pero lo adquieren porque lo consideran algo necesario y por esta razón aceptan el deficiente servicio que reciben. Por otro lado, la gente que no /ene internet está interesada en adquirirlo a un bajo costo y con facilidades de adquisición de equipos, como por ejemplo computadores. Actualmente hay tres proveedores del servicio, Comcel12 que hace poco lanzó una promoción de $40.000 pesos mensuales con modem /po USB incluido, internet Satelital de una empresa privada e internet vía microondas por parte de Alcanet13 , el cual /ene su distribuidor en el pueblo y cobra $60.000 pesos mensuales por internet incluyendo el arriendo de antena y modem. Los tres servicios son bastante inestables y con una velocidad muy deficiente. Hay problemas en la conexión con los cambios climá/cos. En las varias visitas que se hicieron al municipio se vio como el pueblo está en un constante desarrollo. Después de vivir una situación diZcil por la inclusión de la guerrilla en la zona, la gente está interesada en tener mejores oportunidades y el gobierno se ha interesado en apoyar a la gente. Esto se puede ver por la constante protección del ejército, por la sede del Sisbén ubicada en la plaza central, como así mismo una sede de Planeación Nacional en donde se mostraron muy interesados en ayudar a la realización de este proyecto. Hay también una sede del SENA la cual provee internet Wi‐Fi en la plaza central del pueblo únicamente a los estudiantes. Este internet es proveído satelitalmente por un convenio con Telefónica Telecom. Se pudo hablar con dos estudiantes que se encontraban realizando un trabajo en la plaza y expresaron su deseo de tener una mejor conexión, ya que aunque el servicio es de gran ayuda para ellos, muchas veces este se cae y es necesario restablecer la conexión repe/das veces. Así mismo, el municipio cuenta con dos cafés internet que permanentemente /enen usuarios interesados. Las tarifas son de $1500 pesos por hora. La mayoría de la gente del municipio se dedica a la ganadería, turismo y al cul/vo de frutales, cebolla cabezona y tomates. Se interesan por tener un mejor futuro y esto se puede ver a través de las diversas ac/vidades y atracciones que la gente ha proveído al turista. Hay un parque ecológico a la salida del municipio llamado Matarredonda, así mismo hay baños termales muy apetecidos por los turistas de Bogotá. Es un municipio con varias atracciones a solo una hora de Bogotá y cuenta con un clima templado, agradable a muchos turistas que buscan diver/rse en un fin de semana y no tener que viajar mucho para conseguirlo. Debido al alto índice turís/co que /ene el pueblo, existe una demanda creciente por internet, además las fincas turís/cas y de negocios agrícolas y de ganadería han aumentado y esto ha hecho a su vez que la necesidad de usar cámaras /po IP para monitorear las fincas por seguridad sean necesarias. Por esta razón, cada vez es más necesario un mayor ancho de banda. Realizando una visita al municipio y en el momento de. 12. ENTREVISTA en Comunicaciones Dayana, operaria Café Internet, Choachí, 26 de Mayo de 2010.. 13. ENTREVISTA con Luis Manuel Vanegas, proveedor servicio Internet Microondas, Choachí, 26 de Mayo de 2010.. 11.

(15) Taller de Comunicaciones-Entrega Final Junio de 2010. realizar encuestas para el estudio de mercado, el señor Carlos Rincón14 expresó su necesidad de tener una conexión de internet de banda ancha ya que su negocio es el de instalar cámaras de seguridad. El total de encuestados fue de 35 personas. Esta can/dad es estadís/camente suficiente según lo expresa Moráguez en su estudio “Cómo determinar el tamaño de una muestra para una inves?gación educacional?”. 15 Los parámetros que deben conocerse antes de iniciar la encuesta se muestran en la tabla 5.. Tabla 5: Parámetros para iniciar encuesta. Esta información sirve como base para encontrar el tamaño de la muestra sin Universo, lo cual se hace a través de la siguiente fórmula:. Para este caso par/cular, el valor de es de 16.0645. Si se ajusta este valor para una población (N) de 786 obtenida anteriormente a través de la fórmula se ob/ene que el tamaño de la muestra debería ser de 15.7427. Los resultados que arrojaron las encuestas se muestran en la figura 7.. Figura 7: Resultados de las encuestas.. 14. ENTREVISTA con Carlos Rincón, dueño empresa de seguridad, Choachí, 26 de Mayo de 2010.. 15 M. Sc. Prof. Aux. Ing. Arabel Moráguez Iglesias. Cómo determinar el tamaño de una muestra para una investigación educacional? Monografías 2006.. 12.

(16) Taller de Comunicaciones-Entrega Final Junio de 2010. Al hacer la comparación entre estas dos gráficas, se pudo determinar que el 65% de los encuestados que viven en un territorio urbano no /enen internet. Esto hace pensar que el market share para el municipio de Choachí es de 65%. Al igual que con el /po de población, se realizó una caracterización aproximada del /po de uso de suelo existente al interior de la cabecera municipal a través del programa Global Mapper. Aún cuando el área ins/tucional es elevada en comparación con el total de área del municipio, se puede observar en la tabla 6 que está tan sólo compuesta por nueve locales, mientras que las áreas residenciales son más del 50%.. 16. Tabla 6: Distribución porcentual /po de uso del suelo en Choachí. Debido a éste análisis y a la sugerencia dictaminada en el arAculo “The Business Case for Fixed Wireless Access in Emerging Markets”17 la totalidad del mercado obje/vo en el estudio estará centrada en servicios para el área residencial. Según dicho arAculo, la forma en que se debe penetrar un segmento residencial en un mercado emergente se muestra en la tabla 7:. 18. Tabla 7: Forma de penetrar segmento residencial. Según la estructura de los planes en Bogotá, y en especial para cualquier valor de internet inferior a 1 Mb, lo que se puede observar es que la tendencia de los operadores es u/lizar el canal el 66% del /empo para descarga y el 33% del /empo para carga. Esta información será usada como una base para determinar los servicios y el nivel de reuso que se llegaría a u/lizar; sin embargo, dichos valores serán adaptados para lograr el cubrimiento total de la población basados en la fac/bilidad técnica que arrojen las simulaciones que se realizaron en los programas Matlab y en especial NS2 a través del módulo de NIST. Servicios. 16. Tabla obtenida del software Global Mapper. Mayo de 2010. www.globalmapper.com. Online. Mayo de 2010. The Business Case for Fixed Wireless Access in Emerging Markets. June 2005. www.wimaxforum.org/technology/downloads/Business_Case_for_Emerging_Mkts_Rev1_2.pdf. 17. 18. Ibid. Pg 6.. 13.

(17) Taller de Comunicaciones-Entrega Final Junio de 2010. Lo primero que se hizo fue analizar en detalle el comportamiento de la telefonía IP; al analizar dicha transmisión, es muy importante considerar la forma en que dicha señal es transmi/da y el esquema de compresión que será u/lizado para dichos efectos. Según el arAculo “Inves?ga?ng the Performance of Various Vocoders for a Fair Scheduling Algorithm in WiMax (2009)”19, para transmi/r voz sobre IP a través de cualquier red, la señal de voz es codificada en el lado del transmisor y después transmi/da al receptor a través del canal de comunicación. En el lado del receptor, la señal codificada se decodifica y se reconstruye. Para transmi/r voz a través de un canal inalámbrico existen una serie de vocoders con sus caracterís/cas par/culares. El códec G.711 fue recomendado inicialmente por la ITU‐T20 como un códec de voz; soporta una tasa de transmisión de hasta 64 kbps. El códec G.728 es un estándar IT‐T códec que opera a una tasa de 16 kbps. Es usado ampliamente en aplicaciones que requieren un retraso algorítmico muy bajo. El G.723.1 es un códec de voz con tasa dual u/lizado específicamente para teléfonos con video que entregan video y voz sobre una línea regular a través de la red PSTN. Este códec opera a una tasa de 5.3/6.3 kbps. El G.729 es basado en un algoritmo llamado el Code Excited Linear Predic?on (CELP) y u/liza la tasa más baja del estándar ITU‐T con un rata de 8 kbps. El G.726 soporta varios tasas de transmisión de 16,24,32,40 kbps. El GSM‐EFR es otro esquema de compresión de audio que opera a 12.2 kbps el cual está op/mizado para manejar una calidad de voz mejorada y mejor robustez para los problemas de red. El GSM‐HR es un códec que soporta tasas de transmisión de 6.5 kbps y fue desarrollado con un propósito especial para aumentar la capacidad de la red. El ancho de banda necesario variará dependiendo de la can/dad de paquetes enviados cada segundo (denominado framing) y de la relación entre el encabezado del paquete y la can/dad de información enviada. Dicha información varía igualmente dependiendo del /po de paquete u/lizado (UDP/RTP/IP); en la tabla 8 se presenta una relación entre los codecs y el ancho de banda u/lizado mostrado por la empresa Alcatel‐Lucent en su manual Alcatel‐Lucent OmniPCX Enterprise Communica?on Server Voice Over IP21 .. Tabla 8: Relación codecs y ancho de banda. Esta información, junto con las conclusiones del estudio presentado en el paper Inves?ga?ng the Performance of Various Vocoders for a Fair Scheduling Algorithm in WiMax (2009)22 en cuanto al desempeño de cada uno de los diferentes codecs en una red de WiMax presentados en el Anexo 2 – Desempeño de cada uno de los diferentes codecs y la u/lización en los diferentes codecs en aplicaciones comerciales u/lizadas. 19. B. Kaarthick, V. J.Yeshwenth, P.M.Sudarsan, N.Nagarajan, Rajeev. Investigating the Performance of Various Vocoders for a Fair Scheduling Algorithm in WiMax. International Journal of Computer science & Information Technology (IJCSIT), Vol 1, No 2, November 2009. 20. Online. Mayo de 2010. Recomendations G Series. http://www.itu.int/rec/T-REC-G/en. 21. Online. Mayo de 2010. Product Brochures. enterprise.alcatel-lucent.com/? product=OmniPCXEnterprise&page=documents 22. B. Kaarthick, V. J.Yeshwenth, P.M.Sudarsan, N.Nagarajan, Rajeev, Op. cit., p. 52. 14.

(18) Taller de Comunicaciones-Entrega Final Junio de 2010. actualmente obtenida de Wikipedia23 a través de la tabla presentada en el Anexo 3 – Comparison of Audio Formats lleva a concluir que la mejor opción para u/lizar es el G.711. Este formato soporta únicamente transmisión de /po Constant Bit Rate y u/liza una duración del frame de mínimo 20 ms. Adicional a esta información, y según las recomendaciones realizadas en la presentación que realizó SR Telecom a TVCable en Quito24, se concluye que para servicios residenciales, el Busy Hour Traffic debía ser de 0.096 Erlangs. Con esta información y u/lizando el calculador de ancho de banda de erlang 25, el ancho de banda para dicha aplicación debe ser de 160 kbps como se muestra en la figura 8.. Figura 8: Ancho de banda para servicios residenciales.. El ancho de banda necesario para la recepción de servicios de datos será el estándar u/lizado en el documento de WiMax Forum26 de 384 kbps con un overbooking factor de 40 según el estudio realizado por la firma SR Telecom en su presentación a TV Cable. Para el servicio de voz sobre IP y según este mismo estudio, se estará manejando un factor de reuso de 20 con las especificacioens previstas anteriormente. Documento Simulaciones Matlab A través de Matlab, se pretende hacer una serie de simulaciones de tal forma que se pueda observar las pérdidas del canal dependiendo del /po de modulación que se esté u/lizando. Lo primero que se /ene que definir a través del modelo demo presentado por los tutoriales de Matlab en su versión R2009a, más específicamente en el IEEE 802.16‐2004 Wireless MAN –OFDM PHY Downlink es el /po de canal que se estará u/lizando para realizar la simulación. Teniendo en cuenta que el obje/vo principal del presente trabajo es lograr realizar un estudio tecnoeconómico para la implementación de una red banda ancha en un municipio rural, y teniendo en cuenta que la ubicación actual de la antena que pretende dar cobertura a la totalidad de clientes del sistema será definida en un punto de altura suficiente de tal forma que el modelo perfil de conexión muestre la idoneidad de una tecnología LOS, el paper “A Novel shiBed type of SLS Es?mator of Rician Flat Fading MIMO. 23. Online. Junio 2 de 2010. Comparison of Audio Formats. http://en.wikipedia.org/wiki/ Comparison_of_audio_formats#cite_note-VBR-36 24 Welcome to SR Telecom. Worldwide Leader Fixed Wireless Access Solutions. Experienced, Forward Thinking, Global, Innovative and Reliable. TVCable Ecuador. Noviembre de 2005. 25. Online. Junio 7 de 2010. Westbay Traffic Calculators. www.erlang.com/traffic.html. 26. The Business Case for Fixed Wireless Access in Emerging Markets. Op Cit.. 15.

(19) Taller de Comunicaciones-Entrega Final Junio de 2010. Channels”27 es enfá/co en sus conclusiones en decir que el desvanecimiento (fading) /po Rice es el modelo más apropiado para ambientes inalámbricos con un tecnología LOS dominante. Conociendo esto, fue indispensable modelar el /po de canal a través de la aplicación que se desarrolló en MATLAB. Es así que la lectura de otro de los papers en donde se relacionaba la densidad de vegetación con el K factor28 . Según Mathworks (2010), el K factor en los canales con desvanecimiento especifica la tasa entre la tasa especular y difusa de potencia en caminos con línea directa. Cuando se realiza un modelamiento /po Rice, el K factor se encuentra normalmente entre 1 y 10; sin embargo se puede observar a través de la siguiente explicación: Según el paper de Östlin, el K factor está estrechamente ligado con la densidad de vegetación en el ambiente de simulación. En dicho paper concluye la necesidad de generar simulaciones basadas en el terreno actual de instalación de la antena y así, resume su análisis heurís/co en la figura 9.. 29. Figura 9: Análisis K Factor. Como se puede observar en las fotos satelitales obtenidas directamente de Google Earth y las fotos que se tomaron en la excursión que realizó el grupo con el fin de obtener información (Anexo 4 – Fotos Municipio), se puede observar la alta densidad vegeta/va del municipio. Debido a esto, y la descripción del /po de geograZa expuesta en el mismo paper en cues/ón, se determina que la densidad vegeta/va para el municipio de estudio es 40%. Las conclusiones heurís/cas del paper en cues/ón entregan un K factor de 5. Con este valor se realizaron las simulaciones. Igualmente, y dado que se pretende lograr línea de vista directa entre la estación base y las estaciones repe/doras, se especificó una corrección por Doppler de 0 Hz. Estas simulaciones arrojaron la gráfica que se muestra en la figura 10 para cada /po de modulación.. 27 Nooralizadeh,H. Moghaddam,S. Science Direct. July 2009. A novel shifted type of SLS estimator for estimation of Rician flat fading MIMO channels 28. Östlin,E, Zepernick,H, Suzuki,H, Pollok,A. Analysis of Correlation Between Ricean K-Factor and Vegetation Density Surrounding a CDMA Mobile Terminal. 2005 IEEE Xplore 29. Ibid. Pg 5.. 16.

(20) Taller de Comunicaciones-Entrega Final Junio de 2010. Figura 10: Simulación en Matlab con K factor de 5. Basados en el arAculo de Mahapatra, “Dynamic Capacity Alloca?on for Voice and Data Using Adap?ve Modula?on in Wireless Networks”30, con el fin de obtener una buena calidad de servicio en aplicaciones de Voz sobre IP, el Bit Error Rate (BER) deberá ser superior a 10‐3 tomando como mínimo un SNR de 15 dB. Analizando las gráficas obtenidas a través de la simulación de MatLab se puede observar que las únicas modulaciones que cumplen con dicha condición son 16QAM ½, 16 QAM ¾, 64 QAM 2/3 y 64 QAM ¾. Comparando estas simulaciones con el paper “Link Adapta?on of MIMO‐OFDM Transmission Exploi?ng the Rician Channel K‐factor”31 en donde se realizan simulaciones con un canal Rician y un K factor de 3.5 dB, como se muestra en la figura 11, se puede ver que no solo las simulaciones propuestas /enen el mismo comportamiento, sino que de igual manera los valores coinciden. Esto valida el procedimiento que se está llevando a cabo y muestra que las simulaciones son las correctas.. 32. Figura 11: Sistema Rician K factor=3.3dB. 30 Mahapatra,R, Dhar,A and Datta,D. Dynamic Capacity Allocation for Voice and Data Using Adaptive Modulation in Wireless Networks. IEEE Xplore 2006. 31 Lin, Juang, Lin, Shyu, Ting. Link Adaptation of MIMO-OFDM Transmission Exploiting the Rician Channel Kfactor. IEEE Xplore July 2009. 32. Ibid. Pg 187.. 17.

(21) Taller de Comunicaciones-Entrega Final Junio de 2010. Análisis de Radio de Cobertura Al realizar el análisis del radio de cobertura de la antena base, se deben tener como premisas algunas entradas que serán entregadas directamente por el /po de camino que debe recorrer la señal. Antes que nada, se debe aclarar que el modelo que se decidió escoger para modelar las pérdidas del canal es el modelo Erceg debido a su compa/bilidad con el modelo de área rural y el análisis que se realizó con los diferentes /pos de vegetación en Estados Unidos, se convino que el modelo más conveniente para la generación de las simulaciones sería el modelo Tipo A del Erceg 33. Al hacer un análisis compara/vo entre las imágenes satelitales de las ubicaciones de este /po de canal heurís/co en Estados Unidos, junto con el análisis de la información generada en el arAculo “An Empirically Based Path Loss Model for Wireless Channels in Suburban Environments” escrito por Vinko Erceg, podemos hacer dicha conclusión. Las tablas que aparecen en dicho arAculo son un complemento al modelo matemá/co generado por Erceg según el cual:. 34. Para el terreno /po A y según el paper “ An empirically based path loss model for wireless channels in suburban environments” los valores numéricos se muestran en la figura 12 .. 35. Figura 12: Valores Numéricos para terreno /po A. 33. Erceg, Greenstein, Tjandra, Parkoff,Gupta, Kulic, Julius,Renee, Bianchi. Op Cit. 34. Ibid. Pg 1207.. 35. Ibid. Pg 1209.. 18.

(22) Taller de Comunicaciones-Entrega Final Junio de 2010. Según el modelo, las variables x, y y z son variables gaussianas. Para efectos de obtener valores realistas y según la sugerencia del paper en cues/ón, se deberá u/lizar dentro del rango de 1.5. Las variables x y z varían entre celdas y la variable y de ubicación a ubicación dentro de la misma celda. Dado que se está trabajando con CPE fijos, los valores de x y z son 0. Con base en este modelo y conociendo el estándar 802.16 de la IEEE, se puede observar la siguiente relación para conocer la sensibilidad de la antena receptora.. Según las ecuaciones de la capa Zsica, el término del final resulta ser:. Lo cual genera como resultado la siguiente tabla de relaciones de distancia. Para conocer el modelo de pérdida de potencia a través de la implementación, se tomó como base los valores expuestos en la tabla 11 la cual será explicada a mayor profundidad más adelante en el documento.. Tabla 9: Distancias Calculadas para Transmisión por Modulación Esta información, permite desarrollar un modelo de posicionamiento geográfico de las antenas que será explicado a con/nuación. El municipio de Choachi está caracterizado por tener una altura baja en vivienda y un terreno montañoso. En la figura 13 se muestra una foto a la llegada del pueblo.. 19.

(23) Taller de Comunicaciones-Entrega Final Junio de 2010. Figura 13: Vista panorámica de Choachí. A par/r de la información presentada hasta el momento, se /ene una base para iniciar el modelaje de la capa Zsica de comunicación para la solución, sin embargo, antes de iniciar el análisis de ubicación de las antenas, se deberá determinar el mejor lugar para realizar el posicionamiento de las mismas. Una fuente importante para realizar dicha labor fue la retroalimentación de las simulaciones efectuadas a través de NS2 ya que dicho programa permite simular una topograZa y la ubicación de las antenas base y suscriptoras. A con/nuación se observa a través del uso del programa geográfico Global Mapper y la sobreposición de las capas de la NASA y las capas de mapas gratuitos de OpenStreet Map las alturas de los mapas georeferenciando igualmente la ubicación del pueblo central de Choachí. Según esto, es necesario posicionar dos antenas ya que según las simulaciones de NIST, no es posible que los usuarios estén a más de 250m de distancia de la estación base y para cubrir completamente el área del municipio es necesario ubicar dos antenas. A con/nuación se muestra el procedimiento. Dado que se ha coincidido en la necesidad de u/lizar una tecnología LOS con el fin de obtener mayores distancias de transmisión y basados en la caracterización geográfica del municipio en cues/ón, es de vital importancia que la ubicación de las antenas garan/cen una transmisión en línea de vista a todas las ubicaciones de antenas suscriptoras ODU. Debido a esto, la ubicación de las antenas deberá ser determinada por la parte más alta cercana al perímetro rural de la población. Un vistazo inicial a las alturas de dicho municipio permite visualizar en una tabla de colores el crecimiento en altura de la población. Al hacer la sobre posición de dicha capa de información junto con la ubicación geográfica del municipio, se coincide en que la mejor opción de ubicación de las antenas son los puntos geográficos: Ubicación Antena 1: ‐73.9246570202, 4.5312631269 Ubicación Antena 2: ‐73.920631230586, 4.52540977018151. Figura 14: Caracterización Choachí.. 20.

(24) Taller de Comunicaciones-Entrega Final Junio de 2010. Figura15: Caracterización Choachí. Al tener dicha ubicación geográfica preliminar, se debe comprobar la calidad de tecnología de línea de vista con todos los puntos de ubicación urbana del municipio. La altura que será fijada para la estación base depende en gran medida de la regulación actual frente a la implementación de tecnologías wireless en el país. Esta altura está sustentada en la regulación fijada por el Ministerio de Tecnologías de Información y Telecomunicaciones en conjunto con la Unión Internacional de Telecomunicaciones donde se especifica, a través de la norma K.5236 Orientación sobre el Cumplimiento de los límites de exposición de las personas a los campos electromagné:cos que la altura mínima para el cumplimiento de la regulación es de 3 metros. Se hizo un análisis basado en lo especificado en el paper de Erceg37 en cuanto a la altura de las estaciones base en un estudio generado para Estados Unidos y se determinó que una buena altura para dicho modelo sería de 35 metros. Igualmente se determinó que la altura de la estación suscriptora es de 2 metros. Con esto en mente se hizo un análisis de la línea de vista que existe entre la estación base y posibles ubicaciones a través del pueblo y se comprobó que exisAa línea de vista bajo todos los escenarios como se muestra a con/nuación en las figuras 16, 17, 18 y 19.. Figura 16: Línea de vista (LOS).. 36 Union Internacional de Telecomunicaciones. K.52. Serie K: Protección Contra las Interferencias. Febrero de 2000. 37. Erceg, Greenstein, Tjandra, Parkoff,Gupta, Kulic, Julius,Renee, Bianchi. An Empirically Based Path Loss Model for Wireless Channels in Suburban Environments. IEEE Xplore 1999.. 21.

(25) Taller de Comunicaciones-Entrega Final Junio de 2010. Figura 17: Línea de vista (LOS).. Figura 18: Línea de vista (LOS).. Figura 19: Línea de vista (LOS).. Ya habiendo comprobado esta información, se puede realizar el análisis de la cobertura basado en una funcionalidad de telecomunicaciones que /ene el programa Global Mapper. Este módulo permite insertar la ubicación exacta de la estación base junto con su altura y la altura de las estaciones suscriptoras, así como también el radio de cobertura de la tecnología. El programa realizará un cálculo de altura y radio de cobertura y arrojará el área de cubrimiento de la tecnología. Dado que cada /po de modulación maneja un radio de cobertura diferente, a través de dicho SW geográfico se realizó un análisis del área de cubrimiento para cada nivel. Los resultados se presentan a con/nuación en las figuras 20, 21, 22 y 23.. 22.

(26) Taller de Comunicaciones-Entrega Final Junio de 2010. Figura 20: Análisis Cobertura 16 QAM ½. Figura 21: Análisis Cobertura 16 QAM ¾. Figura 22: Análisis Cobertura 64 QAM 2/3.. 23.

(27) Taller de Comunicaciones-Entrega Final Junio de 2010. Figura 23: Análisis Cobertura 64 QAM ¾ Como bien se puede observar a través de las gráficas expuestas anteriormente, cualquier simulación de las posibles puede funcionar para dar una cobertura total al municipio; debido a esto y proyectando tener una buena relación distancia, capacidad de transmisión, se u/lizará 16 QAM ¾ como modulación para la comunicación. Arquitectura de la Solución En este primer acercamiento y luego de consultar acerca de los equipos necesarios para iniciar el funcionamiento del servicio WiMax para Choachí, se pensó en un diseño como se muestra en la figura 19. Se /ene una información de llegada a la estación base (Data Network), así como una puerta de acceso (Access Gateway) que se conectará con la red de teléfonos del municipio de Choachí y que permi/rá ofrecer el servicio de Voz IP. Tanto el Data Network como el Access Gateway estarán conectados con la estación base que para este caso será una BreezeMax 3500 que con el paso del /empo, si se deseara tener WiMax móvil con esta estación base sería posible implementarlo. La estación base enviará por medio de radio frecuencia a las antenas de usuarios el servicio de internet, voz IP, o ambos si el usuario lo desea como lo muestra la figura 24. Para que la señal le llegue a los usuarios es necesario comprar los CPE’s que permiten la conexión con la estación base.. 38. Figura 24: Esquema del diseño.. 38 Datasheet. BreezeMax 3500. Alvarion. Mayo de 2010. www.wimax-industry.com/sp/wcm/avr/dl/datasheets/ BreezeMAX_2300-2500-3500_datasheet.pdf. 24.

(28) Taller de Comunicaciones-Entrega Final Junio de 2010. Tabla 10: Precio equipo unidad de radio. Mediante los diferentes catálogos que ofrecen los fabricantes por internet, se compararon tres estaciones base, Brezee Max 3500, RedMAX AN100U, PacketMAX 3000, luego de ver mediante el Wimax Forum que eran pioneras en los diseños WiMax.. Tabla 11: Tabla compara/va de precios. Se realizó un análisis exhaus/vo de los tres /pos de tecnología centrándose básicamente en los siguientes criterios para realizar una correcta escogencia de la tecnología:. ·. Precio de Equipos. ·. Soporte de los Equipos. ·. Instalaciones. Como se puede observar de la tabla 11, la similitud en las caracterís/cas de los equipos de las tres diferentes marcas es notable. Todas trabajan en la banda licenciada que autorizó el gobierno colombiano para la implementación, todas manejan la modulación adapta/va y la sensibilidad de las antenas receptoras es muy similar. Sin embargo, al observar el precio de la solución el /empo de respuesta que se tuvo para encontrar dichos precios, lo cual es una medida aproximada el soporte que /ene la empresa en el país, se coincidió en que la mejor tecnología a u/lizar sería la solución BreezeMax de la marca Alvarion. Dicha solución ha sido implementada con éxito a través del operador Digicel como bien puede ser referido en el caso de éxito encontrado en el Wimax Forum39 . A través de dicha compañía, Alvarion ha realizado una exitosa penetración superior a 6.5 millones de usuarios. Dadas las condiciones similares que /enen los países de Centro América con Colombia, a nivel demográfico, cultural y macroeconómico, se cree que dicha solución puede ser bastante adaptable a las condiciones de este país, Colombia. Con/nuando con una explicación más detallada de la arquitectura de la solución, en la figura 25 se presenta la arquitectura de la solución como fue concebida para poder suministrar la conec/vidad al casco urbano del municipio de Choachí.. 39. Online. Junio 13 de 2010. Digicel Group Ltd 214953 rev.a. www.alvarion.com. 25.

(29) Taller de Comunicaciones-Entrega Final Junio de 2010. Figura 25: Arquitectura de la solución. Como se puede observar en la figura 25, para la implementación de la red WiMax también son necesarios una serie de accesorios que se pueden adquirir según los catálogos de Alvarion, estos accesorios se muestran en la tabla 12 con sus costos unitarios asociados.. Tabla 12: Accesorios necesarios para implementación. Proyección de Ventas Dado que se requiere conocer la proyección de ventas que se tendrá, se basó el estudio en dos factores. El primero, el market share que se obtuvo con base en las encuestas, el cual se calculó fuera un 65% según se presentó anteriormente. Sin embargo, es diZcil poder decir cuánto van a crecer dichas ventas anualmente, y se considera que un gran indicador para esta medida puede ser el crecimiento del sector de telecomunicaciones en el país. A través del gráfico en la figura 26, el cual es extraído del consejo de compe//vidad para el sector de telecomunicaciones, se puede ver este crecimiento.. 26.

(30) Taller de Comunicaciones-Entrega Final Junio de 2010. 40. Figura 26: Crecimiento sector comunicaciones en Colombia. Dicho crecimiento a par/r del año 2006 se ubica alrededor del 20%. A par/r de las encuestas se pudo concluir que el precio que las personas están dispuestas a pagar se ubica en el rango de $50.000 a $100.000. Dado el costo elevado de la inversión inicial, se va a asumir que el precio para el modelo se ubica en el rango alto con $90.000. A par/r de estos supuestos, se tomó el riesgo de desarrollar un modelo de proyección de ventas que permita determinar los ingresos para la implementación que se presentó. Además a los supuestos presentados, también se incluyó un factor determinante en el aumento del precio anual, el cual es el IPC. Dicho factor se ubica en 6.46% según las estadís/cas del Departamento Administra/vo Nacional de Estadís/cas entre los años del 2000 al 2008. Esta tabla se presenta en el Anexo 5 – Estadís?cas Departamento Nacional de Estadís?cas (2000‐2008). Habiendo presentado los supuestos, a con/nuación en la tabla 13 se muestra la proyección de ventas trimestrales para la solución de WiMax en el municipio de Choachí.. Tabla 13: Proyección de ventas trimestrales.. 40 Online. Junio 13 de 2010. Crecimiento sector comunicaciones en Colombia. www.analdex.org/eContent/ library/documents/DocNewsNo1119DocumentNo1148.PDF. 27.

(31) Taller de Comunicaciones-Entrega Final Junio de 2010. Además de las proyecciones de ventas, se realizó un cálculo de los costos iniciales para la implementación de la solución. Esta información fue obtenida basada un modelo geográfico de la población de Choachí y la arquitectura de la solución. A través de la u/lización del SW Global Mapper se calculó que el área de la población es de 279.679 m2. Se pretende dar un cubrimiento total al caso urbano, por lo cual se realizará la distribución de antenas suscriptoras de /po ODU a través de todo el territorio. Cada una de estas antenas suministrará la conec/vidad a una serie de usuarios, sin embargo, dichos usuarios no pueden alejarse a más de 100m de la antena por restricciones de transporte a través de cable Ethernet. Es así que se determinó que un radio de 60m sería adecuado para dar dicho cubrimiento. Igualmente, como se puede ver a través de las proyecciones de ventas, se pretende dar cubrimiento al final del segundo año a 504 personas, por lo cual se estaría requiriendo que una antena suscriptora le diera conec/vidad IP a aproximadamente 20 personas. En este orden de ideas y como se puede observar en la figura 24, se requiere un switch de 24 puertos para crear una red LAN que suministre la conec/vidad. Todo esto es una entrada esencial para el modelo financiero, que se presenta en el anexo 8, el cual pretende entregar la viabilidad económica de implementación. El modelo también fue basado en los resultados arrojados por la simulación generada en NS2 cuyos resultados serán presentados más adelante en el documento. Esta simulación fue enfá/ca en expresar que, con una modulación 16 QAM ¾ y los servicios que fueron diseñados para estos efectos, un usuario que se encontrará a más de 350 metros de la estación base no recibiría conec/vidad. Debido a esto se diseñó la ubicación de dos antenas base según el mapa que se relaciona en las figuras 15, 16, 17 y 18. La primera que estará instalada para durante el primer año, estará ubicada cerca al hospital del pueblo en un lugar elevado y la segunda ubicada cerca al Ins/tuto Agropecuario. A con/nuación se enumeran unos supuestos que fueron adoptados para el desarrollo del modelo.. 1. Los costos fueron divididos en dos ramas principales, los costos de equipos (CAPEX) y costos de arrendamiento y mano de obra (OPEX).. 2. Se planteó un inventario inicial de CPE (ODU, IDU) para lograr abastecer la demanda del primer trimestre según los cálculos de la proyección de ventas.. 3. Se u/lizaron los precios comerciales encontrados a través de páginas de internet para equipamientos, junto con presentaciones que se han hecho para la implementación de esta solución en países la/noamericanos.. 4. Se u/lizaron valores comerciales de mano de obra obtenidos a través de la página elempleo.com41.. 41. Online. Junio 13 de 2010. www.elempleo.com/clientes/index.asp. 28.

(32) Taller de Comunicaciones-Entrega Final Junio de 2010. 5.. El precio del costo del espectro fue obtenido a través de la ecuación suministrada por el Ministerio TIC a través del decreto 4350 del 200942:. a. VAC = Valor Anual Contraprestación en SMMLV b. N= 2700 para banda SHF entre 3300 y 3600 MHZ c. Z= 0.002 según el valor municipal expuesto en el Anexo No 4 de Cundinamarca El valor de dicha variable es de $9.733.500. Así, se /ene el siguiente cuadro mostrados en la tabla 14 para los costos iniciales del proyecto.. Tabla 14: Costos Iniciales del proyecto. Con los supuestos anteriormente mencionados y los equipos que se incluyeron en la arquitectura, el modelo trimestral de FCL; un flujo que pretende entregar información sobre el estado real de la empresa bajo sus operaciones se muestra en la tabla 15.. 42 Online. Junio 13 de 2010. Decreto 4350 de 2009. web.presidencia.gov.co/decretoslinea/2009/noviembre/09/ dec435009112009.pdf. 29.

(33) Taller de Comunicaciones-Entrega Final Junio de 2010. Tabla 15: Flujo sobre estado de la empresa. El modelo supone una tasa de descuento de 10% E.A. dado que se calculó con base en el costo de oportunidad de dejar el dinero en el banco con los intereses actuales del sector financiero colombiano; sin embargo, al analizar la rentabilidad de la empresa claramente se puede ver que el Valor Presente Neto de la Inversión es nega/vo. Esto se puede explicar por dos factores:. 1. El periodo de recuperación del proyecto es más largo que dos años. 2. El costo del servicio mensual hacia cliente final es muy bajo. Si se toman en cuenta estas dos condiciones, lo mínimo que se espera es que al final de estos dos años, la inversión se haya recuperado. Debido a esto se hace un análisis que arroja que para que se den dichas condiciones el precio de venta al público debe ser de $115.673. Modelo de Simulación NS2 “Ns is a discrete event simulator targeted at networking research. Ns provides substan?al support for simula?on of TCP, rou?ng, and mul?cast protocols over wired and wireless (local and satellite) networks.”43 “NS2 es un simulador de eventos discretos que posee la capacidad para soportar la simulación de TCP, ruteo y protocolos de mul/cast sobre redes alámbricas e inálambricas.” Para el contexto del presente trabajo se realizaron las simulaciones sobre la versión 2.31 del simulador, la cual soporta el parche para el manejo de redes inalámbricas. La instalación total fue simulada en un ambiente de Ubuntu bajo una máquina virtual sobre los computadores personales de los integrantes del grupo actual. Dicho ambiente de prueba fue propicio para el obje/vo de la simulación, la cual se basaba en establecer un marco teórico/prác/co como base para encontrar los cálculos y el desempeño del sistema. A través de NS2 se buscará encontrar el desempeño de los siguientes factores:. · 43. Estadís/cas de Tráfico Básicas. Online. Junio de 2010. Descripción de NS2. www.isi.edu/nsnam/ns/. 30.

(34) Taller de Comunicaciones-Entrega Final Junio de 2010. ·. Retraso promedio de la información. ·. Throughput promedio del sistema. ·. Ji€er. Lo primero que se realizó fue generar un escenario propicio de simulación. Para esto, la base fue el archivo Wimax.tcl instalado con el parche de simulación para las redes inalámbricas, más específicamente para las redes WiMax y lo explicado en los siguientes papers de información sobre el NS2 The NS Manual44 y The Network Simulator NS‐2 NIST add‐on45 (2009). En dicho escenario se consideraron las variables mostradas en la tabla 16 y 17.. Tabla 16: Variables para simulación en NS2.. Tabla 17: Variables para simulación en NS2.. Dicha información se obtuvo a par/r del estudio de los protocolos de transmisión y codificación de audio presentados anteriormente, los estudios de mercado presentados en el paper “The Business Case for Fixed Wireless Access in Emerging Markets46 y las condiciones de implementación de WiMax en Colombia según el ministerio TIC en su página web47 .. 44. Fall,K, Varadhan, K.The ns Manual (formerly ns Notes and Documentation). April 19, 2007. 45 The Network Simulator NS-2 NIST add-on IEEE 802.16 model (MAC+PHY). National Institute of Standards and Technology. Enero 2009.. Online. Mayo de 2010. The Business Case for Fixed Wireless Access in Emerging Markets. June 2005. www.wimaxforum.org 46. 47 Online. Junio 13 de 2010. Condiciones implementación Ministerio de Comunicaciones. www.mintic.gov.co/ mincom/faces/index.jsp. 31.