Abstract—The mobile te lecommunications permit to the user

move while communicating but it’s not all , the mobile

te lecommunications continue expand and are now evolving the

rapid data transmission. Then was necessary improve the design

and optimize these networks. This need stretches across all aspects

of the network from the ratio access, through the transmission and

the core. It also straddles all the technologies from GSM, through

EDGE and GPRS to the WCDMA networks, 4G and beyond to

5G. This document in a case of study show in term of capacity and

coverage the design of cellular network with technology 2G, 3G and 4G.

Index Terms— Channel Elements, TSL (Time Slots), TBF

(Temporary Block Flow), Half Rate, Full Rate, GPRS, EDGE,

UMTS, LTE.

I. INTRODUCTION

Con el paso del tiempo los usuarios de telefonía móvil son

cada vez más exigentes en términos de comunicaciones, en

principio la telefonía móvil cubrió la necesidad de comunicarse

médiate llamadas de voz lográndolo mediante las tecnologías

1G y 2G, pero luego surge la necesidad de estar conectado

permanentemente a internet desde dispositivos móviles,

siguiendo las tendencias tecnológicas en el ámbito de las

comunicaciones de telefonía móvil, Al igual que GPRS, la

tecnología 3G (tecnología inalámbrica de tercera generación) es

un servicio de comunicaciones inalámbricas que le permite

estar conectado permanentemente a Internet a través del

teléfono móvil, el ordenador de bolsillo, el Tablet PC o el

ordenador portátil. La tecnología 3G promete una mejor calidad

y fiabilidad, una mayor velocidad de transmisión de datos y un

ancho de banda superior (que incluye la posibilidad de ejecutar

aplicaciones multimedia). Con velocidades de datos de hasta

384 Kbps, es casi siete veces más rápida que una conexión

telefónica estándar. Lo que permite que podamos tener video

llamadas.

Pero las nuevas aplicaciones y necesidades de los usuarios

hacen necesario mejorar muchos aspectos como velocidades,

latencias, etc, por lo los proveedores de servicios se ven

obligados a seguir adoptando nuevas tecnologías como 4G y

5G.

Este documento presenta una serie de conceptos claves para

el entendimiento de las redes celulares y posteriormente

muestra en términos de cobertura y capacidad un ejemplo

práctico y netamente académico del diseño de una red celular

con tecnologías 2G, 3G y 4G en una área urbana de la ciudad

de Armenia en Colombia.

II. OBJETIVOS

A. General

Determinar la cobertura y capacidad de redes 2G, 3G y 4G

B. Específicos

1) Determinar los elementos de radio (red de acceso) y de

núcleo necesarios en el dimensionamiento de la red Celular en una zona urbana de Armenia

2) Dimensionar en términos de cobertura y capacidad una red con tecnologías 2G, 3G y 4G en una zona urbana de Armenia.

3) Determinar la zona de estudio. 4) Seleccionar la herramienta de software con la que se va a hacer el dimensionamiento

5) Analizar los resultados obtenidos.

III. PROBLEMA

Actualmente los sistemas de redes de telefonía celular ofrecen la ventaja de darle movilidad al usuario en una llamada mientras

se desplaza de un punto a otro, pero hay ciertos factores que influyen en el desempeño de las comunicaciones dentro de una red celular como es la topología, la potencia de los

transmisores, la cantidad de tráfico (número de llamadas) que soportan las células, entre otros. A medida que la distancia entre

las estaciones base y el móvil se incrementa y que el número de usuarios en la zona aumenta, la señal recibida por los dispositivos móviles se deteriora. Por lo tanto, surge la

necesidad de establecer un procedimiento para determinar en términos de capacidad y cobertura requerida en el dimensionamiento de red celular 2G, 3G, 4G y 5G, con el

propósito de mantener una calidad considerable en las comunicaciones de voz dentro de la zona de estudio, la cual se

establecerá en la ciudad de Armenia.

IV. RESPUESTA

Use Mediante la simulación con una herramienta seleccionada

y mediante cálculos y análisis se determinará el procedimiento en términos de cobertura y capacidad para el dimensionamiento de redes celulares con tecnología 2G, 3G, 4G y 5G en una zona

urbana determinada de la ciudad de Armenia:

A continuación, se citan algunas referencias de trabajo sobre temas relacionados:

“Ejemplo de diseño e implementación de una estación

base GSM/UMTS”

Trabajo de Grado Universidad Politécnica de Valencia

COBERTURA Y CAPACIDAD EN REDES 2G, 3G y 4G

Doni Daniel Constain Prado

Simulación y Análisis de una Red LTE en Ambientes

Urbanos de la ciudad de Managua:

https://www.researchgate.net/publication/263613617

_Simulacion_y_Analisis_de_una_Red_LTE_en_Am

bientes_Urbanos_de_la_ciudad_de_Managua

Despliegue de una red LTE, para el campus de la

Universidad de Alicante

https://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/40269/1/Des

pliegue_de_una_red_4G_para_el_Campus_de_la_Un

i_ROBLES_MARTINEZ_PEDRO_JOSE.pdf

DISEÑO DE UNA RED 4G LONG TERM

EVOLUTION (LTE) EN REDES MÓVILES

http://repo.uta.edu.ec/bitstream/123456789/7796/1/T

esis_t905ec.pdf

V. METODOLOGIA

A. Fase I: Recolección de información

Se recolectará todo el estado del arte relacionado con el tema de interés principalmente de libros, artículos, proyectos desarrollados de telecomunicaciones y de proyectos similares relacionados con el tema.

B. Fase II: Procesamiento y análisis de la información

Con la bibliografía recolectada en el punto anterior se extraerá la información relacionada a nivel de la cobertura y capacidad

en redes celulares con tecnología 2G, 3G y 4G y así buscar la mejor alternativa para realizar el diseño de red y poder concluir con el desarrollo del proyecto.

C. Fase III: Selección de la zona de estudio:

Se revisarán diferentes zonas de Armenia y con base en su

topología geográfica y facilidad de diseño se seleccionará la apropiada sobre la cual se hará todo el estudio de interés relacionado con este trabajo de grado.

D. Fase IV: Investigación de herramientas de software para la simulación de redes de telefonía móvil.

Se analizarán diferentes herramientas de software para la

simulación de redes de telefonía celular orientadas a la cobertura y capacidad de redes celulares con tecnología 2G, 3G,

4G y 5G con el objetivo de obtener la herramienta que se ajuste más a las necesidades en el desarrollo del proyecto.

E. Fase V: Desarrollo del Proyecto

1) Procesamiento de información de redes móviles 2G, 3G y

4G. 2) Análisis de requerimientos en términos de cobertura y

capacidad de las redes de telefonía móvil actuales con tecnologías 2G, 3G y 4G. 3) Elaboración de requerimientos técnicos para el diseño de

red 2G, 3G y 4G en términos de cobertura y capacidad. 4) Elaboración del diseño de red 2G, 3G y 4G en redes móviles con base en la cobertura y capacidad.

F. Fase VI: Análisis de resultados

Con los resultados obtenidos de las fases anteriores se elaborará

las conclusiones y recomendaciones en el diseño de una red celular con tecnologías 2G, 3G y 4G en términos de cobertura y capacidad.

G. Fase VII: Elaboración y presentación del proyecto final

VI. ALCANCES Y LIMITACIONES

Por lo reciente de la tecnología 5G se va a dificultar el análisis

en el diseño en términos de cobertura y capacidad para esta tecnología.

El propósito de este trabajo de grado es obtener una metodología que sirva de guía para el diseño de redes celulares

2G, 3G, 4G y 5G en términos de cobertura y capacidad, pero dentro del alcance no está contemplado el estudio de campo.

Por lo extenso de este trabajo a nivel de LTE solo se hará el cálculo a nivel de cobertura sobre la comuna 2 de Armenia.

VII. DESARROLLO DE LA PROPUESTA

La primera red celular de telefonía móvil pública la instalo NTT operadora de Tokio en 1979, desde ese instante la telefonía

móvil comenzó su evolución y estudio, dividiéndose en varias etapas o también llamadas generaciones como son:

Primera generación (1G)

Segunda generación (2G)

Tercera generación (3G)

Cuarta generación (4G) y

Quinta generación (5G)

A. Primera Generación (1G)

Esta tecnología se caracteriza por ser analógica y orientada

solamente para voz, uno de los principales problemas de esta generación se dio con los enlaces que este soportaba, ya que al contar con bajo procesamiento de datos dentro del sistema la

transferencia de dispositivos entre células originaba pérdida de la conexión del terminal móvil con las estaciones base. La

tecnología que predominó en esta generación es AMPS (Advanced Mobile Phone System).

B. Segunda Generación (2G)

Esta tecnología se caracteriza por ser digital. GSM (Global System for Mobile Communication) es la tecnología con la que

se implantó la segunda generación de telefonía móvil, se dieron muchos cambios con respecto a su predecesora permitiendo así

soportar altas velocidades de transferencia de información de voz, además en esta generación se añade otros servicios que facilitan la comunión entre usuarios como son: fax y SMS

(Short Message Service) conocidos también como mensajes de texto. GSM ha evolucionado gradualmente para reunir requerimiento de tráfico y demás servicios que las redes

originales:

GSM: El principal elemento de este sistema es la BSS

(Base Station Subsystem), el cual está compuesto por

la BTS (Base Transreceiver Station) y la BSC (Base

Station Contollers); y la NSS (Network Switching

Subsystem), que a su vez lo componen la MSC

(Mobile Switching Centre), el VLR (Visitor Location

Register), el HLR (Home Location Register), el AC

(Authentication Center) y el EIR (Equipment Identity

Register). Esta red es capaz de proveer todos los

servicios básicos, así como servicios de voz y datos de

hasta 9.6 Kbps, fax, etc. Esta red GSM también es una

extensión de la red de telefonía fija.

GSM y VAS (Value Added Services): la siguiente

mejora a GSM es la adición de dos plataformas, VMS

(Voice Mail System) y SMSC (Short Message Service

Center). SMSC se vuelve altamente comercial debido

a que el tráfico de SMS constituye la mayor parte del

tráfico total. Esto permite a los operadores a crear

nuevos servicios de IN (INtelligent Services).

GSM y GRPS (General Packet Radio Services): Como

requerimiento incrementar el envío de datos sobre la

interfaz de aire, nuevos elementos como la SGSN

(Serving GPRS) y la GGSN (Gateway GPRS) se

adicionaron al existente sistema GSM, estos elementos

hacen posible enviar paquetes de datos sobre la

interfaz de aire. Esta parte de la red que maneja los

paquetes de datos es también llamada el Core de

Paquetes de la red. Adicional a estos elementos,

también se incorporan routers IP, servidores firewalls

y DNS (Domain Name Server). Esto habilita el acceso

Inalambrico a internet y alcanza velocidades de hasta

150 Kbps en condiciones óptimas.

GPRS utiliza los siguientes esquemas de codificación

de canal:

Tabla 1. Codificación de canal para GPRS

Esquema Tasa (Kbps)

CS-1 9.05

CS-2 13.4

CS-3 15.6

CS-4 21.4

GSR y EDGE (Enhanced Data rates in GSM

Environment): con ambos tráficos de voz y datos

moviéndose sobre el sistema, la necesidad fue

incrementar la velocidad de los datos. Esto se logró

utilizando métodos de codificación más sofisticados

sobre el internet para lograr velocidades de hasta 384

Kbps. EDGE utiliza los siguientes esquemas de codificación

de canal:

Figura 1. Codificación de canal para EDGE

C. Tercera Generación (3G)

La tercera generación de telefonía móvil más conocida como 3G se caracteriza por converger la transmisión de voz y datos con el acceso inalámbrico a internet, dando soporte para

aplicaciones multimedia, así como obtener por parte de la red altas transmisiones de datos.

Los protocolos que los sistemas 3G emplean permiten soportan aplicaciones como:

El audio (mp3).

Video en movimiento.

Videoconferencia.

Acceso rápido a internet.

En Europa 3G fue llamado UTMS (Universal Terrestrial Mobile System). WCDMA es la tecnología para la interfaz de aire de UMTS. El principal componente incluido es la BS (Base

Station) o Nodo B, RNC (Radio Network Controller) parte del WMSC (Wideband CDMA Mobile Switching Centre) y

SGSN/GGSN.

D. Cuarta Generación (4G. Todo IP)

La razón fundamental de la transmisión con todo IP es tener una plataforma común para todas las tecnologías que ha sido

desarrolladas hasta aquí y poder proveer más servicios al usuario final. La diferencia fundamental de GSM/3G y todo IP es que la funcionalidad de los RNC y BSC es ahora distribuida

en la BTS y un conjunto de servidores y gateways. Esto significa que esta red será menos costosa y la trasferencia de

datos será mas rápida. La tecnología de 4 generación en Telecomunicaciones o 4G

como es conocida, es una tecnología que permite la transmisión de datos y de voz a altas velocidades a través de redes inalámbricas. En términos de velocidad, las redes 4G podrán

llevar conectividad a dispositivos móviles con una rapidez 10 veces mayor a lo que actualmente pueden ofrecer las redes 3G

o 2G (EDGE). Mientras que el 3G apenas permite llegar a 10 Mb/s, con el 4G idealmente podremos navegar a velocidades de descarga de hasta 100 Mb/s y 50Mb/s de carga, con una

tecnología basada en protocolo de internet (IP), además puede apoyarse en otras tecnologías como WiFi y Femtoceldas para lograr una cobertura total.

La implantación de la tecnología permitirá que la transmisión

de datos a través de un módem inalámbrico, una tableta o un teléfono celular sea mucho más rápida, fluida y de mejor calidad. Optimizando servicios como videoconferencias,

transmisión de video y audio a través de streaming y descarga de archivos multimedia.

LTE es una tecnología de internet móvil que es considerada por muchos organismos como 4G, pero la UIT estableció que para

que una tecnología sea considerada 4G, debe alcanzar velocidades de hasta 1Gb/s. Esto es algo que el actual LTE no permite y por lo tanto no podría considerarse 4G.

La única tecnología convencional que puede llamarse 4G con propiedad es la llamada LTE Advanced, que alcanza velocidades de hasta 3 Gb/s.

E. Quinta Generación (5G)

5G tendrá una velocidad máxima de 10 Gbit por segundo, por

lo que la descarga de una película de alta definición de 8Gbytes tarda muy poco tiempo: desde más de una hora con 3G, a siete minutos con 4G, con seis segundos, con 5G

F. ELEMENTOS DE UNA RED CELULAR

A continuación, se describen los elementos que interactúan en una red celular. La figura 2 muestra la estructura general de un

sistema de red celular y la figura 3 muestra la comunicación en una misma red y en redes diferentes. Y la figura 4 involucra la

comunicación con otras redes como la PSTN, Internet, entre otras:

Figura 2. Arquitectura de un Sistema de Red Celular.

Figura 3. Escenarios de suministro de servicios de comunicación en

redes celulares.

Figura 4. Escenarios de suministro de servicios de comunicación en

redes celulares y otras redes.

En la figura 5 se puede observar una arquitectura de alto nivel

con la convivencia de 3 sistemas 3GPP como son GMS, UMTS y LTE:

Figura 5. Arquitectura de alto nivel de los sistemas 3GPP (GSM,

UMTS y LTE)

EQUIPO DE USUARIO (EU): El equipo de usuario se compone de dos elementos básicos: el propio dispositivo móvil

o terminal (denominado como Mobile Equipment, ME, en las especificaciones) y una tarjeta UICC. La tarjeta UICC, también

denominada SIM (Subscriber Identity Module) en sistemas GSM y USIM (Universal SIM) en UMTS y LTE, es la encargada de almacenar la información y sustentar los

procedimientos que tienen que ver con la subscripción del usuario a los servicios proporcionados por la red. Mediante esta

separación entre terminal y tarjeta se permite que un usuario (identificado a través de la SIM/USIM) pueda utilizar diferentes terminales para acceder a la red. Actualmente en las redes de

telefonía celular conviven diferentes tecnologías y cada tecnología la compone diferentes elementos, la figura 6 muestra un esquema general de diferentes tecnologías conviviendo en

una misma red de telefonía móvil, en cada una de estas tecnologías hablaremos sobre la red de acceso y la red troncal:

Figura 6. Tecnologías en redes móviles.

veamos una breve descripción de los elementos involucrados en

cada una de estas tecnologías separando la red de acceso y la red troncal:

RED GSM

En la figura 7 se desprenden los elementos para GSM

Figura 7. Arquitectura de red GSM

RED DE ACCESO (AN) PARA GSM:

BTS (Base Transceiver Station): Es el elemento que se conecta a las antenas de telefonía móvil en la segunda generación. La BTS se instala en la caseta que solemos ver a los

pies de la torre de un emplazamiento. De la BTS salen los cables que emiten y reciben las señales y que se conectan a las antenas

situadas en lo alto de la torre. Normalmente hay una BTS por

emplazamiento que se conecta a varias antenas. Cada antena da cobertura a un sector circular al que denominamos celda. Por lo

tanto, una BTS gestiona todas las celdas de un emplazamiento. BSC (Base Station Controller): El elemento BSC controla un

determinado número de BTSs de un área. Todas las BTSs de dicha área se conectan a la BSC y, a través de ella, pasa todo el

flujo de comunicaciones. El elemento BSC controla el correcto funcionamiento de las BTSs conectadas, maneja la configuración de cada una de ellas e incluso participa

activamente cuando un usuario móvil pasa de una BTS a otra (hand-over). Con las generaciones 2.5 y 2.75 el elemento BSC diferencia el tráfico de voz y de datos ya que, a partir de ella,

siguen caminos separados.

RED TRONCAL (CN) PARA GSM:

MSC (Mobile Switching Center): Son las centrales de comunicación que establecen las llamadas de voz en las redes

móviles. A este elemento se conectan tanto las BSCs como las RNCs aunque solo reciben las llamadas de voz. Las llamadas

de datos siguen un camino diferente. La tecnología utilizada por estas centrales es la misma que la empleada en las centrales de telefonía fija. Aun así, el software que las controla es bastante

más complejo ya que tiene que permitir la conexión de usuarios que están en movimiento y que pueden conectarse desde cualquier lado.

HLR (Home Location Register): Es el elemento de la red que

almacena los datos de los usuarios. Para dar de alta un usuario en una red móvil se deben introducir los datos en el HLR correspondiente. En una red móvil suele haber un HLR por cada

millón de abonados. Por lo tanto, los elementos de la red móvil que consultan la información del usuario deben saber, según el usuario, cual es el HLR que contiene su información. La

información almacenada es toda la información estática relativa al usuario como los desvíos o los servicios activados.

VLR (Visitor Location Register): Aunque lógicamente es un elemento diferente realmente es parte de la MSC. En él se

almacena la información de los abonados que están conectados en dicha MSC. Este elemento permite no tener que estar preguntando continuamente al HLR por la información de un

abonado. Además, contiene información particular relativa a su posición en la red y su estado actual.

EIR (Equipment Identification Register): Este elemento no es imprescindible y, de hecho, al principio no se ponía. Su

función es comprobar el identificador del dispositivo o IMEI (international mobile equipment identification). Todos los dispositivos tienen un identificador IMEI único en el mundo. El

operador tiene registrado nuestro IMEI si hemos comprado el teléfono a través de él o también si le informamos cuando

compramos un nuevo teléfono. Si nuestro teléfono es robado podemos informar al operador y este pone el IMEI de nuestro teléfono en la lista negra del EIR. Si el EIR detecta una llamada

con nuestro teléfono la interrumpe, aunque la SIM sea distinta por lo que el teléfono queda inoperativo. El EIR admite también

una lista gris en la que la llamada no se interrumpe, pero envía un aviso informando de su uso. Algunos operadores tienen

acuerdos para intercambiar el contenido de sus listas para impedir el uso de teléfonos robados, aunque se cambie de operador.

AuC (Authetication Center): Es un elemento complementario

del HLR. Para mantener la confidencialidad en las comunicaciones e identificarnos con seguridad se utilizan unas claves particulares para cada SIM. Estas claves también están

almacenadas en el AuC. Por seguridad estas claves no se almacenan en ningún otro sitio de la red y el AuC las mantiene protegidas.

RED UMTS

En la figura 8 se desprenden los elementos para UMTS:

Figura 8. Arquitectura de red UMTS

RED DE ACCESO (AN) PARA UMTS: Nodo B: Es el equivalente a la BTS en la tercera generación.

Los nodos B son equipos situados en la caseta de los emplazamientos conectados a las antenas que emiten y reciben

las señales 3G. Al igual que el elemento BTS un nodo B maneja todas las celdas del emplazamiento donde está instalado.

RNC (Radio Network Controller): El elemento RNC realiza una función similar al elemento BSC en la tercera generación. ¿Por qué se han utilizado siglas y elementos separados? La

razón está en que las tecnologías 2G y 3G son muy diferentes y las funciones a realizar también son muy diferentes. Hoy en día

se está implantando el concepto de Single RAN que intenta unificar las generaciones 2G y 3G en un único controlador que hace las funciones de BSC y RNC. Al igual que la BSC la RNC

discrimina entre conexiones de voz y de datos que, a partir de ella, siguen caminos separados.

RED DE TRONCAL (CN) PARA UMTS:

SGSN (Serving GPRS Support Node): Es el elemento que recibe las comunicaciones de datos tanto de las BSCs como de las RNCs. Sus funciones son la distribución de los paquetes de

datos y la localización y gestión de los usuarios conectados en el área gestionada. Por ejemplo, una de las funciones del SGSN es enviar la conexión hacia el país de origen del usuario cuando

este es de otro país. Con el despliegue de las redes 4G el SGSN

se comunica con los elementos MME y SGW para facilitar y hacer más rápidos los cambios entre la tecnología 3G y 4G

cuando se pierde la cobertura de esta última. GGSN (Gateway GPRS Support Node): Recibe las

comunicaciones de los usuarios desde los SGSNs. Los GGSNs no controlan los SGSNs por lo que pueden recibir

comunicaciones de cualquier SGSN incluso en otro país. Las comunicaciones que se reciben son las de los usuarios pertenecientes al operador estén en el país que estén. Este

elemento es el final de la red móvil en cuanto a datos. A partir de él las comunicaciones son iguales a las de cualquier operador de internet pudiéndose unir a las comunicaciones de una red fija

en una red fijo-móvil unificada. El elemento GGSN realiza también funciones de control y de tarificación. Todos los datos

necesarios para la facturación son enviados desde este elemento.

RED LTE la figura 9 se desprenden los elementos para LTE:

Figura 9. Arquitectura de red LTE

RED DE ACCESO (AN) PARA LTE:

eNode B (Enhanced Node B):se encuentra en las casetas al pie de la torre de un emplazamiento de cuarta generación o LTE conectados a las antenas situadas en lo alto de la torre y así

como las BTS reciben las señales de los dispositivos móviles, este elemento incorpora la funcionalidad del elemento RNC (Radio Network Controlle), el cual se encarga de discriminar

entre conexiones de voz y de datos que, a partir de ella, siguen caminos separados. El eNode B se conecta directamente a una

red TCP/IP (similar a Internet) pero particular del operador. Toda la comunicación es TCP/IP por lo que no hay llamadas de voz y el teléfono tiene que pasar a 2G o 3G para realizar una

llamada de voz. En el futuro se implantará las llamadas en VoLTE o VoIP (voice over IP) para permitir conexiones de voz y datos en 4G.

RED TRONCAL (CN) PARA LTE:

HSS (Home Subscriber Server): Es la evolución del elemento HLR utilizando en las redes 4G o LTE. Al igual que el HLR

almacena los datos estáticos de los usuarios, así como los servicios que tienen activados. Actualmente los operadores

tienen separados los HLR y los HSS por lo que es necesario dar de alta a un usuario en los dos sitios.

MME (Mobility Management Entity): Es el elemento que gestiona una red de cuarta generación. Aunque los eNodes B no

necesitan de un controlador es necesario un elemento común que gestione la red y que se encargue de las funciones que son

comunes. Las labores de este elemento van desde el control del dispositivo móvil realizando la identificación del usuario en combinación con el HSS hasta la elección del elemento SGW

que va a gestionar la comunicación. SGW (Serving Gateway): Es el elemento que recibe las

comunicaciones de datos de los eNodes B. Aís la al elemento PGW de la movilidad de la red. Cuando un dispositivo móvil se

mueve a lo largo de la red cada cambio de un eNode B a otro implica un gran número de comunicaciones solamente en la gestión del cambio para que se produzca de una manera fluida.

El elemento SGW aísla toda esta gestión para que no llegue al elemento PGW ya que una red móvil tiene unos pocos PGWs que no soportarían todo el tráfico de gestión que implica los

movimientos de los dispositivos en la red.

PGW (Packet Data Network Gateway): Sustituye al GGSN y, al igual que este, es la frontera entre la red móvil y la red TCP/IP del operador. Es el elemento que asigna las direcciones

IP que utiliza cada usuario por lo que, cara a la red, es como si los datos partieran de él. Además, realiza tareas de control de los datos y de tarificación. Toda la información necesaria para

la facturación parte de este elemento.

G. TÉCNICAS DE ACCESOS MULTIPLE

FDMA (Frequency-Division Multiple Access): Esta

es la técnica más tradicional en las comunicaciones de

radio, consiste en la separación de frecuencias entre las

portadoras, se requiere que el transmisor transmita a

diferentes frecuencias y su modulación no debe hacer

que los anchos de banda de la portadora se

superpongan. Muchos usuarios como sea posible

utilicen las frecuencias. Está técnica fue utilizada en la

primera generación análoga de redes celulares. La

ventada de esta técnica es que la transmisión no

necesita coordinación o sincronización, pero el

contraste es la limitada disponibilidad de frecuencias.

TDMA (Time-Division Multiple Access): En la

segunda generación FDMA dejo de ser efectivo por el

uso de frecuencias, por lo que, TDMA fue introducido.

Muchos usuarios pueden utilizar la misma frecuencia,

asi como la frecuencia puede ser dividida dentro de

pequeños slots llamados time slots, lo cuales son

generados continuamente.

CDMA (Code-Division Multiple Access): Utilizando

la técnica de espectro ensanchado, CMDA combina

modulación y acceso múltiple para alcanzar un cierto

grado de eficiencia y protección de la información.

Inicialmente desarrollado para aplicaciones militares,

CDMA gradualmente fue desarrollado dentro de un

sistema con el compromiso de mejorar el ancho de

banda y la calidad del servicio en un amiente de

congestión espectral e interferencia. En esta tecnología

a cada usuario se le asigna un código dependiendo de

la transacción. Un usuario puede tener múltiples

código en ciertas condiciones. Así la separación no se

basa en la frecuencia o tiempo, se basa en códigos.

Estos códigos son largas secuencias de bits teniendo

una taza de bit más alta que la información original.

La mayor ventaja de utilizar CDMA no hay necesidad

de un plan de reúso de frecuencias, el número de

canales es más grande, se optimiza la utilización del

ancho de banda y la confidencialidad de la

información está bien protegida.

VIII. SELECCIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO

Como criterio para la selección de la zona de estudio en la

ciudad de Armenia se consideró un lugar residencial con una alta densidad de población, por lo que se consideró la comuna

2 de Armenia.

IX. INVESTIGACIÓN DE HERRAMIENTAS DE

SOFTWARE PARA LA SIMULACIÓN DE REDES DE

TELEFONÍA MÓVIL

A continuación, se describen algunas herramientas de simulación para redes celulares y la selección de una de ellas

para nuestro caso de estudio:

A. XIRIO:

XIRIO Online, desarrollado por la empresa APTICA, presenta

dos módulos de trabajo independientes: PLANNINGTOOL, como herramienta de planificación radioeléctrica genérica y SHAREPLACE como aplicación de consulta e intercambio de

resultados.

PLANNINGTOOL es una herramienta de planificación radioeléctrica genérica, que puede aplicarse al diseño de la práctica totalidad de tecnologías inalámbricas: comunicaciones

móviles públicas (GSM, DCS, UMTS, LTE, …), radiodifusión (TV, DVB-T, FM, DAB, DVB-H, …), sistemas de comunicaciones móviles profesionales (PMR, TETRA, …),

radioenlaces (PDH, SDH, …), acceso a banda ancha (LMDS, WIMAX, WiFi, …). Las posibles aplicaciones son ilimitadas

siempre y cuando se disponga de los parámetros específicos de cada tecnología y los algoritmos y métodos de cálculo apropiados de aplicación en cada una de ellas.

XIRIO Online incluye los métodos de cálculo más habituales y reconocidos a nivel internacional, especialmente para entorno

urbano (Rec. UIT-R P.530, Rec. UIT-R P.1411, COST231, Xia-Bertoni, trazado de rayos, Okumura-Hata, métodos

ajustados a medidas, etc.), además de proponer al usuario los parámetros por defecto más adecuados en cada caso, para que

la simulación de redes de cualquier tecnología resulte extremadamente sencilla, incluso para usuarios no expertos en radiofrecuencia.

B. RADIOGIS

RADIOGIS es una herramienta diseñada por el Grupo de

Investigación SiCoMo, de la Universidad Politécnica de Cartagena, para la gestión y el cálculo de coberturas radioeléctricas de sistemas de radiocomunicaciones como

GSM, UMTS, TETRA, LMDS, MMDS, FM, Radio digital, TDT, WiFi, etc. Se basa en un Sistema de información Geográfica (SIG); la información se encuentra

georreferenciada. De este modo, es posible realizar análisis de sus características espaciales y temáticas. Los Sistemas de

información Geográfica se han utilizado en la resolución de problemas territoriales como: - Inventario de los recursos naturales y humanos - Control y gestión de los datos catastrales

y de propiedad urbana y rústica - Planificación urbana - Cartografía - Control de grandes instalaciones: redes de distribución y transporte - Medio ambiente En este caso,

encuentra aplicación en la planificación de sistemas de radiocomunicación.

C. OPNET

OPNET Modeler es un software comercial que proporciona un entorno de desarrollo para el modelado y la simulación de redes,

componentes, protocolos y aplicaciones de forma flexible y escalable. Utiliza un modelado orientado a objetos y un entorno gráfico para componer intuitivamente las redes haciendo uso de

módulos que representan componentes actuales de las redes de telecomunicaciones.

Figura 10.

Existen gran variedad de módulos que podemos añadir al programa, para construir el entorno que se quiera someter a

estudio.

D. QUALNET

QualNet ofrece una gama de herramientas que interactúan entre

sí, de forma que consiguen dar solución a redes complejas, mediante una interfaz de alto nivel.

Los elementos que forman parte de esta familia de aplicaciones son:

- QualNet Library: Es una colección de modelos de red en fuente para facilitar el desarrollo del sistema modelo y del

código del sistema completo. - QualNet Simulation Engine El motor de simulación es

escalable, adaptado a modelos de alta exactitud para redes con alto número de nodos. El buen empleo de los recursos de

cálculo consigue que el modelado de redes de gran escala con tráfico pesado y teniendo en cuenta factores de movilidad, consigue resultados en tiempos razonablemente cortos.

- QualNet Graphical User Interface

- Scenario Designer Es una herramienta para la configuración del experimento de manera gráfica- Define la distribución

geográfica, conexiones físicas y parámetros de funcionamiento de los nodos de la red.

- Animator Es utilizado para visualizar la simulación mientras se está ejecutando.

- Protocol Designer Es una máquina de estados finitos, para el modelado de protocolos, mediante una interfaz gráfica intuitiva.

- Analyzer Es la herramienta de representación de los datos estadísticos procedentes de las simulaciones.

- Packet Tracer Es una aplicación de nivel de paquetes para visualizar el contenido de los paquetes mientras ascienden o

descienden de la torre de protocolos.

E. ATOLL

Es una aplicación con un entorno gráfico para la planificación de entornos de radiotelecomunicaciones. Es especialmente útil para compañías de telecomunicaciones que deben diseñar

entornos wireless incluyendo su ciclo de vida completo, esto es, partiendo de un diseño inicial, ampliándolo y optimizando el mismo.

Son soportadas, para el estudio, las siguientes tecnologías:

• GSM/TDMA • GPRS/EDGE

• W-CDMA/UMTS • CdmaOne/CDMA2000 • Enlaces de microondas

Partiendo de las capacidades en ingeniería que este software ofrece, Atoll es un sistema abierto, escalable y con un sistema

de información técnica para poder ser utilizado con otros sistemas de análisis.

F. Omnet++

OMNeT++ es un simulador de eventos discretos, modular y orientado a objetos. Un modelo en OMNeT++ consiste en

módulos clasificados jerárquicamente, que se comunican mediante el paso de mensajes. Normalmente se utiliza para:

• Modelar tráfico en redes de telecomunicaciones, protocolos, multiprocesadores y otros sistemas hardware distribuidos. • Evaluar aspectos de rendimiento de sistemas software

complejos. • Modelar cualquier sistema donde el enfoque de eventos

discretos sea adecuado. Debido a que su código es de libre acceso, existe un gran

esfuerzo desarrollador, tanto del entorno de simulación como de las librerías y módulos disponibles (Ipv6, TCP, Mobility).

G. LabVIEW

AUSTIN, Texas – 19 de octubre del 2016 – NI (Nasdaq: NATI), el proveedor de sistemas basados en plataforma que permiten a

los investigadores y científicos resolver los retos de ingeniería más grandes del mundo, anunció el lanzamiento de LabVIEW Communications System Design Suite 2.0, un entorno de

diseño específicamente creado para diseñar prototipos de sistemas de comunicaciones inalámbricas. Esta nueva versión añade las capacidades en tiempo real de NI Linux para todos los

productos de radio definido por software (SDR) como NI USRP RIO y FlexRIO. La capacidad agregada les facilita a los

ingenieros desarrollar algoritmos en tiempo real para ejecutar en NI Linux, trabajar con MAC y capas de red, y acceder a la gran cantidad de repositorios de herramientas de código abierto

y tecnologías necesarios para crear prototipos de sistemas completos; conceptos cruciales para avanzar en la investigación 5G.

Esta nueva versión también presenta tres nuevas arquitecturas

base; la de múltiple entrada, múltiple salida (MIMO) que se enfoca en la investigación de MIMO masivo, la de LTE y por último la 802.11 con compatibilidad mejorada multicelda y

multiusuario. La arquitectura de MIMO es una capa física completamente configurable, escrita en LabVIEW y con código fuente que ayuda a los investigadores a crear prototipos de

MIMO masivo.

Los investigadores pueden usar la capa física de la arquitectura de LabVIEW Communications LTE con la capa superior disponible en el Simulador de Red 3 (NS-3) de código abierto

para ir más allá de las simulaciones de red basadas en PC a experimentos de red inalámbrica. La nueva capacidad NI Linux en tiempo real con LabVIEW Communications hace que la

ejecución en tiempo real de NS-3 sea posible en un entorno

inalámbrico con hardware real para crear prototipos verdaderos de los conceptos del sistema 5G.

H. NS-3

NS-3 LTE es una libreria de software que permite la simulación de redes LTE, opcionalmetne incluye Evolved Packet Core (EPC). El proceso de realizar tales simulaciones generalmente

implica los siguientes pasos: • Definir el escenario a ser simulado.

• Escribir un programa de simulación que recree el escenario deseado en cuanto a topología/arquitectura. • Especificar los parámetros de configuración de los objetos

que están siendo utilizados. • Configurar la salida deseada a ser producida por el simulador • Ejecutar el simulador.

Debido a su facilidad de uso y conocimiento de la herramienta se tomó la decisión de utilizar Xirio Online en este trabajo de grado para el desarrollo del proyecto.

X. COBERTURA Y CAPACIDAD EN LA COMUNA 2 DE

ARMENIA

A. Consideraciones de Diseño

Para nuestro caso de estudio vamos a considerar los siguientes

requerimientos y consideraciones en el diseño de la red:

PARA 2G (GPRS y EDGE)

o Simular la cobertura

o Trabajar con los canales permitidos de

frecuencias asignadas en Colombia

o Determinar la cantidad de TSL por BTS

requeridos en la red

o Determinar la cantidad de TRX por BTS

requeridos en la red

o Distribución de TRX

o Determinar la capacidad de A bis y el

esquema de frecuencias

o Diseño de la BSC y PCU

3G (UMTS)

o Simular la cobertura

o Diseño de Nodo B (Channel Elememnts,

Scheduler, etc.)

o Cantidad de RNCs

o Capacidad de la interfaz IuB.

o Diseño de los RNCs

o Diseño de la interfaz Gb

PARA 4G (LTE)

Parámetros:

Cantidad Máxima de Usuarios por sector Datos: 28

Cantidad Máxima de Usuarios por sector Voz: 31

Para 2G:

o Coding Scheme en GPRS: 1

o Coding Scheme Edge: 5

o Proporción Full/Half: 60/40

o Proporción Edge / GPRS: 60/40

o Proporción Default/Dedicados: 80/20

o Sectores máximos por BSC: 210 o Trafico máximo por BSC: 200 Mbps o BTS máximos por BSC: 140

o Reuso de Celda: 4

Para 3G:

o Tecnología: HSDPA+

o Scheduler por Portadora (Sim. Users): 20

o Nodos por RNC Max.: 115

o Througput Max por RNC: 650 Mbps

o Cantidad máxima de Channel Elements por Sector: 950

Proporción Tecnología 2G/3G (en usuarios): 25/75

Escalamiento a la ciudad, de acuerdo con la réplica del

barrio en el área de la ciudad.

Cálculos con la densidad demográfica estimada más

20%; para determinar usuarios máximos, cantidad de

usuarios simultáneos promedio 65%.

B. DESARROLLO

La ciudad de Armenia cuenta con 11 comunas, para nuestro

caso de estudio seleccionamos la comuna 2. La Figura 10 muestra la distribución de las comunas dentro de la ciudad de

Armenia. Características población de Armenia

Figura 11. Armenia por comunas. Tomado de “Observatorio de

seguridad de la ciudad de Armenia 2015”

Las 10 comunas de Armenia se distribuyen de la siguiente manera:

Zona Sur 1. Comuna Uno: Centenario

2. Comuna Dos: Rufino José Cuervo Sur 3. Comuna Tres: Alfonso López

Zona Centro

4. Comuna Cuatro: Francisco de Paula Santander 5. Comuna Siete: El Cafetero

Zona Occidente 6. Comuna Cinco: El Bosque 7. Comuna Seis: San José

8. Comuna Ocho: Libertadores 9. Comuna Nueve: Los Fundadores

Zona Norte 10. Comuna Diez: Quimbaya.

Para nuestro caso de estudio la comuna 2 de Armenia se llama "RUFINO JOSE CUERVO SUR”, cuenta con

aproximadamente de 63.133 habitantes y está compuesta por los siguientes barrios:

14 DE OCTUBRE, 19 DE ENERO, 8 DE MARZO, ALCAZAR DEL CAFÉ, ANTONIO NARIÑO, BARRIO CALIMA, BARRIO LA MILAGROSA, BARRIO

ZULDEMAYDA, BARRIOS SAN VICENTE DE PAUL, BELLO HORIZONTE, BLOQUES EL PORVENIR, BOSQUES DE GIBRALTAR, CIUDADELA PUERTO

ESPEJO, CRISTALES, EL CARMELO, EL POBLADO, EL TESORITO, FARALLONES, GIBRALTAR, JESUS MARIA

OCAMPO, LA FACHADA, LA VIRGINIA, LAS ACACIAS, LAS BRISAS, LAS VERANERAS, LOS NARANJOS, LOS QUINDOS, LOS QUINDOS II ETAPA, LOS QUINDOS III

ETAPA, LUIS CARLOS GALAN, MANANTIALES, MARCO FIDEL SUAREZ, NUEVO HORIZONTE, PATRICIA, SAN FRANCISCO, SANTA RITA,

SERRANIAS, URBANIZACION GIRASOLES, URBANIZACION JARDINES DE LA FACHADA,

URBANIZACION LINDARAJA, URBANIZACION LINDARAJA II ETAPA, VERACRUZ, VILLA ALEJANDRA, VILLA CLAUDIA, VILLA DE LA VIDA Y

EL TRABAJO y VILLA DEL CARMEN. La comuna 2, Rufino José Cuervo se encuentra ubicada en el

sector sur occidental de la ciudad, tiene una extensión aproximada de 3.1 km2 y una población aproximada de 63.133

habitantes en el 2009, con un crecimiento anual previsto del 2% durante estos 9 años; eso quiere decir 75.500 habitantes aproximadamente, más un 20% para dimensionar por arriba,

para un total de 90.600 usuarios máximos para nuestro sistema. Es información fue tomada del P.O.T. Armenia una ciudad para la vida 2009-2023.

De estos 90.600 usuarios máximo se atenderán

simultáneamente el 65% lo que nos da 58.890 usuarios concurrentes.

Sobre la figura 12 se observa la ubicación geográfica de la zona de implantación sobre la Comuna 2: Rufino José Cuervo Sur en la ciudad de Armenia, en Google Earth.

Figura 12. Delimitación de la Comuna 2 de Armenia con Google Earth

Google Earth también nos permite hallar el área de la zona

demarcada, lo cual nos da 3.13 Km2. Límites de la Zona de implementación la Comuna 2: Rufino

José Cuervo Sur en la ciudad de Armenia

Norte: Principalmente con la calle 42. Sur: Calles 66 y 67. Oriente: Carreras 42, 56 y 49.

Occidente: Carreras 27 23. 1) PLANEACIÓN PARA 2G

a) CÁLCULO DE TSL POR SECTOR PARA TRAFICO

DE VOZ

De las consideraciones de diseño tenemos que se debe atender

31 usuarios de voz por sector en una distribución de 60% para Full Rate y 40% en Half Rate, por lo tanto, atenderemos 19 usuarios en Full Rate y 12 en Half Rate. Para los usuarios HR,

necesitaremos 1 TSL para atender 2 usuarios. La tabla 2 muestre la distribución de TSL requeridos para el tráfico de voz en un sector.

Tabla 2. Distribución de TSL para usuarios de voz

Usuarios de voz por

sector

Usuario Full Rate

(60%)

Usuario Half Rate

(40%)

TSL Full

Rate

TSL Half Rate

31 19 12 19 6

b) CÁLCULO DE TSL POR SECTOR PARA TRAFICO

DE DATOS

(1) CÁLCULO DE TSL POR SECTOR PARA

GRPS

De las consideraciones de diseño tenemos que se debe atender

28 usuarios para datos por sector, de los cuales el 40% de los usuarios se atenderán con la tecnología GPRS para tráfico de datos, por lo que se espera tener 11 usuario en GPRS por sector.

Asumimos que vamos a requerir un TSL por TBF, por lo tanto,

vamos a requerir 11 TSL para datos GPRS por sector. De estos TSL utilizaremos 80% como default y 20% como dedicados,

por lo tanto, utilizaremos 9 como TSL default y 2 TSL como dedicados en GPRS por sector. Tabla 3. Distribución de TSL para usuarios de datos GPRS

Usuarios de datos

por sector

Usuarios GPRS (40%)

TSL GPRS DEFAULT

(80%)

TSL GPRS DEDICADOS

(20%)

28 11 9 2

(2) CALCULO DE TSL POR SECTOR PARA

EDGE

De las consideraciones de diseño tenemos que se debe atender 28 usuarios para datos por sector, de los cuales el 60% de los usuarios se atenderán con tecnología EDGE para tráfico de

datos, por lo que se espera tener 17 usuario en EDGE por sector. Para EDGE utilizaremos el MCS 5, por lo tanto, cada usuario va a requerir 1 TSL y en vista que se transmite grupos de 4 TSL,

aproximando los 17 usuarios a múltiplos de 4 vamos a requerir 20 TSL.

Calculo de TSL de Control:

#𝑇𝑆𝐿𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑜𝑙 =20

4= 5 𝑇𝑆𝐿 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑜𝑙

Por lo tanto, con MCS 5 se requiere 20 TSL + 5 TSL de control para un total de 25 TSL para EDGE por sector.

DISTRIBUCIÓN DE TRX POR SECTOR

La tabla 4 muestra el resumen de TLS requeridos por sector: Tabla 4. TSL requeridos por sector

TLS para señalización y control 2 (BCCH y SDCH)

TLS para voz 19 TSL FR y 6 TSL HR

TSL para GPRS 9 TSL default y 2 TSL dedicados

TSL para EDGE 25

TOTAL TSL POR SECTOR 63

TOTAL TRX POR SECTOR 8

La figura 13 muestra la distribución de TSL por sector:

Figura 13. Distribución de TSL en un Sector

OPTIMIZACIÓN: Debido a que la hora pico de tráfico de voz

es diferente a la hora pico de tráfico de datos GPRS se podrá utilizar los mismo TSL default GPRS para tráfico de voz, por lo tanto, los 9 TSL default de GPRS se pueden compartir con

TSL de voz. Por consiguiente, con esta optimización se requiere 54 TSL y 7 TRX por sector, pero debido a que cada TRX transmite 8 TSL, en realidad vamos a requerir de 56 TSL por

sector. De tal forma que la nueva distribución de TSL por sector queda representado como la figura 14, los dos últimos TSL en

blanco los podemos asignar a cualquier tipo de tráfico, para nuestro caso los asignaremos a tráfico de voz en HR:

Figura 14. Optimización de Distribución de TSL en un Sector

De las consideraciones de diseño se requiere atender 58.890

usuarios concurrentes, de los cuales el 25% serán atendidos con tecnología 2G, por lo que 14.723 usuarios

(58.890∗0.25≅14.723) serán atendidos con 2G, cada sector soporta 31 usuarios para voz y 28 usuario para datos, por lo

tanto, se toma el número menor entre estos dos últimos para obtener el número total de sectores requeridos en nuestra red para el peor caso:

14.723

28= 525,8 ≅ 526 𝑠𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠

c) CALCULO DE E1’S NECESARIOS PARA

INTERFAZ ABIS

Después de la optimización obtuvimos que por sector se requiere 56 TSL, por BTS vamos a configurar 9 sectores, por lo tanto, en una BTS tendremos 504 TSL (56TSL x 9 Sectores).

Un canal de E1 ocupa 4 TSL, por lo tanto, con la siguiente ecuación obtenemos el número de canales de E1 requeridos por

BTS:

504 𝑇𝑆𝐿𝑥𝐵𝑇𝑆

4𝑇𝑆𝐿𝑥𝐸1= 126 𝑐ℎ𝑠 𝑑𝑒 𝐸1𝑠

Un E1 contiene 30 circuitos, por lo tanto, mediante la siguiente

ecuación obtenemos el número de E1s requeridos en una BTS:

126 chs de E1s

30 ctos de E1s = 4.2 ≅ 5 E1s

d) CALCULO DE E1’S NECESARIOS PARA

INTERFAZ Gb

Para GPRS:

Para GPRS utilizaremos un CS 1 que utiliza una tasa de bits de 9.05 Kbps y de las consideraciones de diseño tenemos que una

BSC soporta máximo 140 BTS, por lo tanto:

Tráfico de datos GPRS = (11 ch de datos GPRS) x (9 sectores) x (140 BTS) x (9.05 kbit/s) = 125,433 Mbps

Cada E1 tiene una capacidad de 2Mbps, con la siguiente ecuación obtenemos el número de E1s requeridos en la interfaz Gb por BSC:

𝐺𝑏𝐺𝑃𝑅𝑆 =125,433 𝑀𝑏𝑝𝑠

2 𝑀𝑏𝑝𝑠= 62,7 ≅ 63 𝐸1𝑠

Para EDGE: Para EDGE utilizaremos un MCS 5 que utiliza una tasa de bits

de 22,4 Kbps y de las consideraciones de diseño tenemos que una BSC soporta máximo 140 BTS, por lo tanto:

𝑇𝑟𝑎𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒 𝑑𝑎𝑡𝑜𝑠 𝐸𝐷𝐺𝐸= ((9 𝑆𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠) ∗ (140 𝑁𝑜𝑑𝑜𝑠)∗ (20 𝑇𝑆𝐿 𝑑𝑎𝑡𝑜𝑠 𝐸𝐷𝐺𝐸)∗ (22,4 𝐾𝑏𝑝𝑠))/(1 𝑇𝑆𝐿 𝑀𝐶)= 564,48 𝑀𝑏𝑝𝑠

Cada E1 tiene una capacidad de 2Mbps, con la siguiente

ecuación obtenemos el número de E1s requeridos en la interfaz Gb por BSC:

𝐺𝑏𝐸𝐷𝐺𝐸 =564,48 𝑀𝑏𝑝𝑠

2 𝑀𝑏𝑝𝑠= 282,24 ≅ 283 𝐸1𝑠

Vamos a requerir 346 E1s en total (63 E1s de GPRS + 283 E1s

de EDGE) para la interfaz Gb.

e) Calculo de BTS

BCCH SDCHTSL VOZ FR

TSL VOZ HR

TSL GPRS DEFAULT

TSL GPRS DEDICADO

TSL EDGE

TSL EDGE CONTROL

BCCH SDCHTSL VOZ FR

TSL VOZ HR

TSL VOZ FR/GPRS DEFAULT

TSL GPRS DEDICADO

TSL EDGE

TSL EDGE CONTROL

El número total de sectores es 526 sectores y como definimos que utilizaremos 9 sectores por BTS, entonces vamos a requerir

59 BTS:

𝐵𝑇𝑆 =526 𝑆𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠

9 𝑆𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠𝑋𝐵𝑇𝑆= 58.44 ≅ 59 𝐵𝑇𝑆

f) Calculo de BSCs y PCUs:

La BSC soporta máximo: • 200 Mbps

• 210 sectores • 140 nodos máximo

Calculo de BSC por capacidad: para GPRS y EDGE vamos a requerir un total de 689,91 Mbps (125,43 Mbps GRSP + 564,48

Mbps EDGE), por lo tanto, con 4 BSC soportamos este tráfico, ya que la BSC soporta máximo 200 Mbps.

Calculo de BSC por sectores : de los cálculos de total de sectores en la red vamos a requerir 526 y una BSC soporta

máximo 210 sectores, por lo tanto, vamos a necesitar 3 BSC. Calculo de BSC por BTS: de los cálculos de total de BTS en

la red vamos a requerir 59 y una BSC soporta máximo 140 BTS, por lo tanto, vamos a necesitar 1 BSC.

Se toma el peor caso, que es el cálculo de BSC por capacidad requerida, por lo tanto, necesitaremos instalar 4 BSC en la red.

El número de PCUs es igual al número de BSCs en la red, por lo tanto, vamos a requerir 4 PCUs en la red.

A continuación, se muestra la tabla resumen para 2G: Tabla 5.

DETALLE CANTIDAD

HABITANTES COMUNA 2 DE ARMENIA 90600

USUARIOS CONCURRENTES EN LA RED (65%) 58890

USUARIOS 2G (25%) 14723

USUARIOS VOZ X SECTOR 31

USUARIOS DATOS X SECTOR 28

TSL X SECTOR PARA VOZ 25

TSL X SECTOR GPRS 11

TSL X SECTOR EDGE 25

TSL SEÑALIZACIÓN Y CONTROL 2

TSL X SECTOR (OPTIMIZADO) 56

TRX X SECTOR 7

SECTORES X BTS 9

TSL X BTS 504

TRX X BTS 63

E1's X BTS INTERFAZ ABIS 5

SECTORES EN LA RED 526

TSL EN LA RED 29445

TRX EN LA RED 3681

BTS EN LA RED 59

THROUGHPUT X BSC (Mbps) 200

SECTORES X BSC 210

BTS X BSC 140

E1's X BTS INTERFAZ Gb PARA GPRS 63

E1's X BTS INTERFAZ Gb PARA EDGE 283

THROUGHPUT GPRS X BSC (Mbps) 125.43

THROUGHPUT EDGE X BSC (Mbps) 564.48

BSC EN LA RED 4

PCU EN LA RED 4

g) ESQUEMA DE FRECUENCIAS

Figura 15. Distribución de celdas sobre la Comuna 2 de Armenia con

reúso de 4 (Google Earth)

La asignación de frecuencias, por sectores se realizó de acuerdo al diseño geométrico de la figura 15, con reúso de 4. Teniendo

en cuenta que por cada BTS existen 63 TRX, vamos entonces a requerir 63 frecuencias por BTS. Para la asignación de frecuencias utilizaremos el espectro de 850 MHz y 1900 MHz

asignado a los operadores Celulares en Colombia. La figura 16 y 17 muestran el espectro de 850 MHz y 1900 MHz asignado

en Colombia.

Figura 16. Asignación de la Banda de 850 MHz en Colombia

Figura 17. Asignación de la Banda de 1900 MHz en Colombia

4

23

41

23

41

23

41

23

12

34

12

34

12

34

12

34

1

23

432

34

12

34

12

34

12

34

12

34

12

34

824 835 845 846,5 849 869 880 890 891,5 894

BANDA DE 850 MHz

CLARO

MOVISTAR

5MHz 5MHz 10 MHz 10 MHz 5 MHz 20 MHz 15 MHz 10 MHz 40 MHz

BANDA DE 1900 MHz

CLARO

MOVISTAR

TIGO

1850 MHz – 1910 MHz UPLINK

1930 MHz – 1990 MHz DOWNLINK

La figura 18 muestra la distribución de los 9 sectores dentro de la Celda:

Figura 18. Distribución de sectores por Celda

Las tablas a continuación muestran la asignación de frecuencias

para los 4 tipos de radio bases dentro del esquema de frecuencias en MHz:

RADIOBASE 1

SECTOR

TRX 1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 869.2 880.2 1947.6 869.4 880.4 1947.8 869.6 880.6 1948.0

2 871.6 882.6 1950.0 871.8 882.8 1950.2 872.0 883.0 1950.4

3 874.0 885.0 1952.4 874.2 885.2 1952.6 874.4 885.4 1952.8

4 876.4 887.4 1954.8 876.6 887.6 1955.0 876.8 887.8 1955.2

5 878.8 889.8 1957.2 879.0 891.6 1957.4 879.2 891.8 1957.6

6 891.0 893.8 1959.6 891.2 1965.0 1959.8 891.4 1965.2 1960.0

7 1971.8 1967.2 1962.0 1972.0 1967.4 1962.2 1972.2 1967.6 1962.4

RADIOBASE 2

SECTOR

TRX 1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 869.8 880.8 1948.2 870.0 881.0 1948.4 870.2 881.2 1948.6

2 872.2 883.2 1950.6 872.4 883.4 1950.8 872.6 883.6 1951.0

3 874.6 885.6 1953.0 874.8 885.8 1953.2 875.0 886.0 1953.4

4 877.0 888.0 1955.4 877.2 888.2 1955.6 877.4 888.4 1955.8

5 879.4 892.0 1957.8 879.6 892.2 1958.0 879.8 892.4 1958.2

6 1970.0 1965.4 1960.2 1970.2 1965.6 1960.4 1970.4 1965.8 1960.6

7 1972.4 1967.8 1962.6 1972.6 1968.0 1962.8 1972.8 1968.2 1963.0

RADIOBASE 3

SECTOR

TRX 1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 870.4 881.4 1948.8 870.6 881.6 1949.0 870.8 881.8 1949.2

2 872.8 883.8 1951.2 873.0 884.0 1951.4 873.2 884.2 1951.6

3 875.2 886.2 1953.6 875.4 886.4 1953.8 875.6 886.6 1954.0

4 877.6 888.6 1956.0 877.8 888.8 1956.2 878.0 889.0 1956.4

5 880.0 892.6 1958.4 890.0 892.8 1958.6 890.2 893.0 1958.8

6 1970.6 1966.0 1960.8 1970.8 1966.2 1961.0 1971.0 1966.4 1961.2

7 1973.0 1968.4 1963.2 1973.2 1968.6 1963.4 1973.4 1968.8 1963.6

RADIOBASE 4

SECTOR

TRX 1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 871.0 882.0 1949.4 871.2 882.2 1949.6 871.4 882.4 1949.8

2 873.4 884.4 1951.8 873.6 884.6 1952.0 873.8 884.8 1952.2

3 875.8 886.8 1954.2 876.0 887.0 1954.4 876.2 887.2 1954.6

4 878.2 889.2 1956.6 878.4 889.4 1956.8 878.6 889.6 1957.0

5 890.4 893.2 1959.0 890.6 893.4 1959.2 890.8 893.6 1959.4

6 1971.2 1966.6 1961.4 1971.4 1966.8 1961.6 1971.6 1967.0 1961.8

7 1973.6 1969.0 1963.8 1973.8 1969.2 1964.0 1974.0 1969.4 1964.2

2) PLANEACIÓN PARA 3G

De las consideraciones de diseño se requiere atender 58.890 usuarios concurrentes, de los cuales el 75% serán atendidos con

tecnología 3G, por lo que 44.167 usuarios serán atendidos con 3G.

La tabla 6 muestra las consideraciones de diseño para 3G Tabla 6. Consideraciones para 3G

Tecnología Scheduler

por Portadora

(Sim. Users)

Nodos por

RNC Max.

Througput Max por

RNC

Cantidad

máxima de Channel

Elements por Sector

HSDPA+ 20 115 650 950

Cada Channel Element (CE) puede soportar una

llamada de voz o 16 Kbps para datos.

Con tecnología HSDPA+: 21 Mbps en Downlink y 14

Mbps en Uplink.

Se han de considerar 31 Erlangs (31 llamadas

simultáneas).

treinta y un (31) usuarios simultáneos por sector.

Total, sectores en la red:

𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑆𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑅𝑒𝑑= (𝑈𝑠𝑢𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 3𝐺)/(𝑀𝑎𝑥.𝑈𝑠𝑢𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠 𝑥 𝑠𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟) = 44167/31≅ 1425 𝑠𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠

Calculo de CE para HSDPA+:

𝐶𝐸𝑥𝑆𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟 = 31𝐶𝐸 + (21𝑀𝑏𝑝𝑠 + 14𝑀𝑏𝑝𝑠)/16𝐾𝑏𝑝𝑠≅ 2219𝐶𝐸𝑥𝑆𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟

𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑆𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 =2219𝐶𝐸

950𝐶𝐸/𝑆𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟≅ 3𝑆𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠

3 sectores orientados en la misma dirección para soportar la tecnología HDSPA+ y utilizaremos 3 sectores por Nodo. La figura 18 muestra la distribución de sectores en un Nodo B

Figura 19. Sectores en un Nodo B

Calculo de portadoras

# 𝑃𝑜𝑟𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟𝑎𝑠 = (31 𝑢𝑠𝑢𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠 𝑥 3 𝑆𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠)/(20 𝑢𝑠𝑢𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠 𝑥 𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟𝑎)≅ 5 𝑃𝑜𝑟𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟𝑎𝑠

Calculo de Numero de Nodos B

𝑁𝑜𝑑𝑜𝑠𝐵 =1425 𝑆𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠

3 𝑆𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠≅ 475 𝑁𝑜𝑑𝑜𝑠 𝐵

Calculo de Throughput por Nodo (Capacidad de Iub):

𝑇ℎ𝑟𝑜𝑢𝑔ℎ𝑝𝑢𝑡 𝑝𝑜𝑟 𝑁𝑜𝑑𝑜𝐵= (21𝑀𝑏𝑝𝑠 + (31 ∗ 16𝐾𝑏𝑝𝑠))∗ 3 𝑠𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 = 64,5𝑀𝑏𝑝𝑠

Nota: Para este cálculo utilizamos la capacidad Máxima del DL que da la tecnología HSDPA+ que es 21 Mbps, de esta forma

se estaría dimensionando por arriba de la capacidad máxima

Calculo de Numero de RNC:

o Por Número máximo de Nodos soportados

por RNC:

#𝑅𝑁𝐶 =475 𝑁𝑜𝑑𝑜𝑠

115 𝑁𝑜𝑑𝑜𝑠≅ 5 𝑅𝑁𝐶

o Por Throughput máximo soportado por RNC:

# 𝑅𝑁𝐶 =(475) ∗ (64,5 𝑀𝑏𝑝𝑠)

650 𝑀𝑏𝑝𝑠≅ 48 𝑅𝑁𝐶

Nota: Se selecciona el mayor número de RNC, por lo tanto, vamos a requerir 48 RNC para soportar el Throughput de la red, en vista de que se requiere 475 NodosB, de esta manera cada

RCN soportará aproximadamente 10 NodeB.

A continuación, se muestra la tabla resumen para 3G: Tabla 7. Resumen de Datos para 3G

ESQUEMA DE FRECUENCIAS De acuerdo con la planeación para 3G se usaron cinco (5)

portadoras por sector, distribuidas de la siguiente manera: Dos portadoras de Movistar en la banda de 1900.

Dos portadoras de Claro en la banda de 1900. Una portadora de Tigo en la banda de 1900.

Figura 20. Distribución de espectro radioeléctrico en Colombia.

Canalización Banda 1900 MHz

La banda de 1900 MHz tiene un ancho de banda útil de 120 MHz y una banda central de 20 MHz en el segmento 1910 – 1930 MHz. Según la distribución americana de la banda, esta

se subdivide en 6 bandas dobles para su uso con tecnologías de duplexación de frecuencia (FDD).

DETALLE CANTIDAD

HABITANTES COMUNA 2 DE ARMENIA 90600

USUARIOS CONCURRENTES EN LA RED 58890

USUARIOS 3G 44167

USUARIOS SIMULTANEOS POR SECTOR 31

CE X SECTOR 950

SECTORES X NODOB 3

PORTADORAS POR NODO 5

SCHEDULER POR NODO 5

THROUGHPUT POR NODO (Iub) 64,5

NodoB por RNC (aprox.) 10

TOTAL NODOS EN LA RED 475

TOTAL RNCs EN LA RED 48

La distribución de la banda se presenta a continuación:

Banda Tx Banda Rx A1850 – 1865 MHz A’1930 – 1945 MHz D1865 – 1870 MHz D’1945 – 1950 MHz

B1870 – 1885 MHz B’1950 – 1965 MHz E1885 – 1890 MHz E’1965 – 1970 MHz

F1890 – 1895 MHz F’1970 – 1975 MHz C1895 – 1910 MHz C’1975 – 1990 MHz

- Las bandas AA´, BB´ y CC´ con un ancho de banda de 30 MHz cada una (2x15MHz), para un subtotal de 90 MHz. - Las bandas DD´, EE´ y FF´ con un ancho de banda de 10 MHz

cada una (2x5 MHz), para un subtotal de 30 MHz.

De acuerdo con la canalización del espectro en la banda en Colombia y teniendo en cuenta que ya utilizamos unas frecuencias para 1900 en 2G; las siguientes serán las

frecuencias para cada portadora. Tabla 8. Frecuencias a utilizer

Portadora DownLink (MHz) UpLink (MHz) 1 1850 – 1855 1930 – 1935 2 1855 – 1860 1935 – 1940 3 1860 – 1865 1940 – 1945 4 1870 – 1875 1950 – 1955 5 1875 – 1880 1955 – 1960

3) DISEÑO DE TRANSMISIÓN

El diseño de la transmisión se realiza de dos formas básicas, por medio de un radio enlace o por fibra óptica. Tras elegir el medio debe de encontrar una ruta optima hasta el elemento de red de

jerarquía superior (RNC o BSC) así como con los circuitos reserva en caso de que el principal falle. La figura 21 muestra el diseño requerido desde la BTS para llegar hasta la BSC o el

RNC según la tecnología y los diferentes medios de transmisión ya sea por radio enlace o por fibra óptica.

Figura 21. Diseño de la transmisión

EL TRAFICO TOTAL DE LAS BTS Y NODOS B (comuna 2)

ES:

((125.43 Mbps (GPRS) + 564.48 Mbps (EDGE)) * 59) + (64.5 Mbps * 475) = 71.342,13 Mbps

La figura 22 muestra una arquitectura en modo cluster para interconectar las BTS hasta llegar al switch. Utilizando fibras

monomodo con capacidades de 1 Tbps con cuatro hilos garantizamos el thorghput de toda la red hacia el switch.

Figura 22. Clusters de BTS y NodosB

4) SIMULACIÓN PARA 2G Y 3G Para la simulación de cobertura se utiliza el aplicativo web

Xirio-online; allí como resultado tenemos el mapa de cobertura; huella geográfica que determina el solapamiento de las BTS y

así determinar que no allá interferencia en el sistema y una buena cobertura para los usuarios.

Los datos utilizados en Xirio son:

Servicio Móvil

GSM-900

P-GSM-900 móvil

Sectores = 8 (máximo que permite utilizar Xirio)

Altura de la antena: 30 mts

Polarización: Vertical

Longitud del Feeder: 3 Mts

Perdidas del Feeder: 5 dB/mt

Perdidas: 0 dB

Potencia de TX: 10 Watt

Área de estudio = todas las variables en 100 mts para

que se evidencie el impacto de la potencia y la altura.

La tabla 9 muestra las coordenadas donde vamos a ubicar las primeras 59 Radiobases y Nodos B.

Tabla 9

RB LATITUD LONGITUD TIPO DE CELDA

1 4°30'44.37"N 75°42'52.44"W 3

2 4°30'48.20"N 75°43'0.25"W 4

3 4°30'56.99"N 75°42'59.86"W 3

4 4°31'1.85"N 75°43'7.61"W 4

5 4°31'10.63"N 75°43'7.49"W 3

6 4°31'18.89"N 75°43'7.63"W 1

7 4°30'48.97"N 75°42'44.63"W 2

8 4°30'53.17"N 75°42'51.96"W 1

9 4°31'1.70"N 75°42'52.13"W 2

10 4°31'5.89"N 75°42'59.41"W 1

11 4°31'14.31"N 75°42'59.26"W 2

12 4°31'22.98"N 75°42'59.46"W 4

13 4°30'53.37"N 75°42'37.58"W 3

14 4°30'57.06"N 75°42'44.36"W 4

15 4°31'6.14"N 75°42'44.57"W 3

16 4°31'9.99"N 75°42'51.59"W 4

17 4°31'18.40"N 75°42'51.49"W 3

18 4°31'27.62"N 75°42'51.39"W 1

19 4°30'57.59"N 75°42'29.82"W 2

20 4°31'1.49"N 75°42'37.27"W 1

21 4°31'9.98"N 75°42'36.91"W 2

22 4°31'14.62"N 75°42'44.36"W 1

23 4°31'23.80"N 75°42'44.27"W 2

24 4°31'31.96"N 75°42'44.26"W 4

25 4°31'1.77"N 75°42'21.57"W 3

26 4°31'6.37"N 75°42'29.71"W 4

27 4°31'14.59"N 75°42'29.71"W 3

28 4°31'18.35"N 75°42'36.72"W 4

29 4°31'28.07"N 75°42'36.26"W 3

30 4°31'6.50"N 75°42'13.79"W 2

31 4°31'10.51"N 75°42'20.89"W 1

32 4°31'18.72"N 75°42'20.97"W 2

33 4°31'24.11"N 75°42'29.63"W 1

34 4°31'32.63"N 75°42'29.51"W 2

35 4°31'10.71"N 75°42'6.62"W 3

36 4°31'14.93"N 75°42'13.83"W 4

37 4°31'24.14"N 75°42'14.00"W 3

38 4°31'27.42"N 75°42'20.36"W 4

39 4°31'36.38"N 75°42'19.98"W 3

40 4°31'15.01"N 75°41'59.40"W 2

41 4°31'18.95"N 75°42'6.89"W 1

42 4°31'27.57"N 75°42'6.82"W 2

43 4°31'32.47"N 75°42'13.64"W 1

44 4°31'36.42"N 75°42'6.42"W 4

45 4°31'23.48"N 75°41'59.20"W 4

46 4°31'32.55"N 75°41'59.26"W 3

47 4°31'10.89"N 75°41'52.06"W 1

48 4°31'19.12"N 75°41'52.00"W 3

49 4°31'26.72"N 75°41'51.49"W 1

50 4°31'36.28"N 75°41'51.49"W 2

51 4°31'14.89"N 75°41'44.88"W 4

52 4°31'23.36"N 75°41'44.42"W 2

53 4°31'32.28"N 75°41'44.23"W 4

54 4°31'10.94"N 75°41'37.13"W 3

55 4°31'19.01"N 75°41'36.96"W 1

56 4°31'26.79"N 75°41'37.08"W 3

57 4°31'14.68"N 75°41'30.38"W 2

58 4°31'22.67"N 75°41'29.97"W 4

59 4°31'31.50"N 75°41'29.65"W 2

La Figura 23 muestra los puntos sobre la Comuna 2 de Armenia donde se ubicarán las primeras 59 BTS y Nodos B.

Figura 23. Puntos de Ubicación de las BTS y Nodos B

A continuación, se muestra la configuración de una BTS (RB59) para 2G con la herramienta Xirio:

Desde la herramienta Xirio vamos a crear un nuevo estudio desde la opción “Crear Nuevo Estudio” dando click en la carpeta con estrella, en la parte superior izquierda.

De allí definamos que va a ser:

1- Un servicio móvil 2- GSM-900

3- P-GSM-900 móvil

Figura 24

De allí damos click en “Modo Asistente”.

Cree una nueva cobertura que se llame COMN2_RB59 y una

descripción que identifique el laboratorio que se está realizando y damos click en siguiente:

Figura 25

En la siguiente pantalla, definimos un nuevo sector que se llame “COMN2_RB59” e introducimos las coordenadas establecida en la tabla 7

Figura 26

En la siguiente pantalla definiremos que vamos a ubicar 8 sectores, aunque el diseño lo realizamos con 9 sectores por

Radio Base, la herramienta solo permite definir hasta 8 sectores. Dejamos los parámetros por defecto y damos click en siguiente:

Figura 27

En la siguiente pantalla definiremos los parámetros del sector y

definiremos los siguientes valores: Altura de la antena: 30 mts

Frecuencias: según la tabla 7 esta radio base es tipo 2, por lo que va a tener las siguientes frecuencias como principales:

869.8 MHz

880.8 MHz

1948.2 MHz

870.0 MHz

881.0 MHz

1948.4 MHz

870.2 MHz

881.2 MHz

1948.6 MHz

Polarización: Vertical Longitud del Feeder: 3 Mts

Perdidas del Feedr: 5 dB/mt Perdidas: 0 dB Potencia de TX: 10 Watt

Y se da click en “Siguiente”:

En la siguiente pantalla se definirán los parámetros del usuario

que recibe la señal de la red móvil, ubicaremos la información que viene en la pantalla por defecto y damos click en siguiente:

La siguiente pantalla define la selección de cartografía y método del cálculo, para lo cual utilizaremos el de Ocumura

Hata. Dejamos los parámetros por defectos y damos click en siguiente:

En la siguiente pantalla se define el área de estudio, se definirán todas las variables en 100 mts:

La siguiente pantalla ilustra cómo se visualizará la señal en las

gráficas del simulador:

En la última pantalla se indicará la generación de coberturas

para los sectores definidos:

Por último, el simulador nos ilustra el estudio realizado para esta radio base:

La siguiente figura muestra la ubicación de las 59 Radios Bases:

CALCULO DEL ESTUDIO

Limitación: debido a los múltiples puntos que se intentaron simular, el área de cálculo de cada punto es demasiada pequeña,

por lo que la herramienta Xirio devuelve múltiples errores indicando que el área de cálculo es demasiada pequeña:

5) PLANEACIÓN PARA LTE

En la parametrización de la red LTE se realizará la triangulación de simulación correspondiente a: perfil, cobertura y

multitransmisor los cuales se detallan a continuación. La zona del estudio a simular se toma bajo las coordenadas geográficas

de la triangulación de tres estaciones LTE ubicadas de la siguiente manera en la comuna 2 de Armenia Tabla 10.

PUNTO LATITUD LONGITUD

LTE_1 4°31'14.62"N 75°42'44.36"W

LTE_2 4°31'14.93"N 75°42'13.83"W

LTE_3 4°31'26.72"N 75°41'51.49"W

Estudio de Perfil de la comuna 2 de Armenia

Este estudio permite determinar la cobertura radioeléctrica que alcanza una red de estaciones. Consiste en una combinación de

estudios de coberturas simples. Un perfil es un estudio radioeléctrico que analiza la disminución de la señal eléctrica en una línea que une un transmisor con un receptor. Mediante

este cálculo se puede verificar si existe visión directa entre el transmisor y el receptor, si está libre la primera zona de Fresnel y el nivel de señal recibido en todos los puntos del trayecto. Para

llevar a cabo un estudio de tipo perfil en Xirio Online es necesario que estén configurados los siguientes parámetros:

En función del tipo de trayecto (ascendente o descendente) que se pretenda simular se utilizarán en el cálculo o bien los

parámetros Downlink o Uplink especificados en los parámetros LTE.

- Etiqueta ICIC estático: El principal objetivo de la coordinación de interferencia intercelular (intercell interference coordination, ICIC) es evitar altas interferencias debidas a

usuarios ubicados en los bordes

de las _celdas adyacentes. La etiqueta ICIC estática define el grupo de recursos que una estación base dedica a los usuarios

en el borde de la celda, de este modo dos estaciones que comparten la misma etiqueta de ICIC estático dedican los mismos recursos a estos usuarios.

Cuando se están simulando estaciones sectoriales cada uno de

los sectores deberá utilizar una etiqueta de ICIC estático diferente.

- Eficiencia ICIC dinámico (% ): En lugar de una gestión estática de los recursos es posible que está se haga de forma totalmente dinámica. Esto supone una mejora de la interferencia

intercelular presente en las comunicaciones. La eficiencia de ICIC dinámico define esta reducción de la interferencia

tomando valores desde el 0% (toda la señal se considera interferente) hasta el 100% (no hay interferencia).

- Distribución potencia por ICIC: El usuario puede simular los siguientes esquemas de reutilización de frecuencias:

Reutilización de factor 1 (Frequency Reuse of 1, FR1).

Reutilización de factor 3 (Frequency Reuse of 3, FR3)

Reutilización parcial de frecuencias (Partial

Frequency Reuse, PFR)

Reutilización soft de frecuencias (Soft Frequency

Reuse, SFR).

- Potencia en borde de celda (% ): Este parámetro establece la cantidad de potencia dedicada a los recursos destinados a los usuarios ubicados en el borde la celda. Este parámetro sólo es

configurable para los esquemas PFR y SFR. - Umbral borde de celda: Determina si un usuario se encuentra

en el centro o en el borde de la celda. Cuando el margen de la señal deseada respecto a la interferente es mayor que este valor

se considera que el usuario se encuentra en el centro de la celda. En caso contrario se encuentra en el borde. Este parámetro sólo es configurable para los esquemas PFR y SFR.

- Número de PRBs borde de celda: El número de PRBs (Phisical Radio Blocks) reservados para el borde de la celda.

Este parámetro sólo es configurable para el esquema PFR. Los esquemas de reutilización de frecuencias utilizados consideran

únicamente 3 sectores por lo que este parámetro deberá ser múltiplo de 3.

La siguiente tabla muestra el número de PRBs utilizable para las distintas canalizaciones:

Canalización 1.4 MHz 3 MHz 5 MHz 10 MHz 15 MHz 20 MHz

Nº de PRBs

6

15

25

50

75

100

Parámetros Downlink

- Configuración Pb: En LTE se puede asignar mayor potencia a ciertos recursos, típicamente a las señales de referencia (RS).

Para ello se utiliza el concepto de Offset de potencia, que establece una relación entre la potencia de los recursos que

transmiten PDSCH en los símbolos donde se transmiten RS y

la potencia de los recursos que transmiten PDSC, en los símbolos donde no se transmiten RS. La siguiente tabla resume

esta relación de potencias para las distintas configuraciones disponibles en Xirio:

Configuración Pb pa/pb

1 antena 2 o 4 antenas

0 1 5/4

1 4/5 1

2 3/5 3/4

3 2/5 1/2

- Número de símbolos PDCCH: Indica el número de símbolos

dedicados al canal de control por subtrama. Para las canalizaciones de 3 MHz a 20 MHz puede tomar los valores 1, 2 o 3. Para la canalización de 1.4 MHz puede tomar valores de

2, 3 o 4. Esto se debe a que al haber pocas subportadoras en el dominio de la frecuencia, es necesario más espacio en el

dominio del tiempo. - MIMO DL: Permite activar o desactivar la utilización de

MIMO en el sentido descendente. En Xirio están disponibles las opciones de MIMO de 2x2, 4x2, 4x4, y 8x8 en caso de LTE-A. El uso de este tipo de técnicas permite la obtención de tasas

muy altas de datos mediante la utilización de múltiples canales en paralelo.

- Ganancia MIMO DL: Este parámetro cuantifica la ganancia obtenida en el caso de utilizar técnicas de MIMO en el sentido

descendente. - Considerar ganancia por diversidad de antena: Si se activa,

se incluirá la ganancia por diversidad de antena atendiendo a la configuración MIMO seleccionada.

- Carga de tráfico (% ): Define el porcentaje utilizado del total de los recursos disponibles en el sector. Sirve para modelar el

efecto de la interferencia intercelular producido entre las estaciones. En Xirio se ofrecen resultados para tres escenarios de estudio:

- Estaciones sin carga (0 %)

- Estaciones con carga definida por el usuario - Estaciones a plena carga (100 %)

Para el cálculo de la interferencia SINR Xirio utiliza este parámetro. Si el usuario no dispone de estimaciones de este valor es recomendable configurarlo al 100% para situarse en el

peor de los casos. Tras la realización de un cálculo de capacidad el usuario obtendrá valores de carga de tráfico que permitirán

realimentar el cálculo de interferencia SINR y obtener una mancha definitiva de cobertura.

Parámetros Uplink - Incremento de ruido: Este parámetro cuantifica la

interferencia recibida en la estación base en el sentido ascendente.

- P0 y α (control de potencia): La potencia transmitida por el

terminal móvil se limita, debido a un mecanismo de control de potencia, a un valor de P0 + α · PLDL, donde PLDL son las perdidas en el trayecto, α es el factor de compensación de estas

pérdidas y P0 es la potencia deseada en la estación base que se obtiene a partir de la SINR objetivo definida por el usuario.

- Factor de ruido (dB): Factor de ruido del sector.

- MIMO UL: Permite activar o desactivar la utilización de MIMO en el sentido ascendente en el caso de LTE-A. En Xirio están disponibles las opciones de MIMO de 1x2, 1x4, 1x8, 2x2,

2x4, 2x8, 4x4, y 4x8. El uso de este tipo de técnicas permite la obtención de altas tasas de datos en el sentido ascendente.

- Ganancia MIMO UL: Este parámetro cuantifica la ganancia obtenida en el caso de utilizar técnicas de MIMO en el sentido

ascendente para el caso de LTE-A. Luego de definir los lineamientos del trasmisor se define los

correspondientes del terminal receptor o llamado UE correspondiente a la gráfica presentada a continuación.

MODELO DE PROPAGACIÓN

El método del cálculo se define bajo las condiciones particulares de la geografía colombiana en este caso la localidad de la ciudad de Armenia. El modelo de propagación

seleccionado para esta simulación fue Modelo Okumura Hata. El método propuesto es válido en la gama de frecuencias de 100

MHz a 1920 MHz. Recomendado para entornos urbanos en servicios móviles y acceso de banda ancha. Requiere cartografía urbana con información de edificios (MDE).

Resulta aplicable a los siguientes entornos.

Celdas grandes y pequeñas: La antena de la estación

base se sitúa por encima de los tejados de los edificios,

en cuyo caso las pérdidas de propagación están

determinadas principalmente por la difracción y la

dispersión en los tejados de los edificios cercanos al

móvil. Microceldas: La estación base está situada por debajo

de los tejados de los edificios, estando entonces

determinada la propagación por la difracción y la

dispersión alrededor de los edificios, es decir, los

rayos principales se propagan en las calles de modo

similar a como lo harían en una guía de onda.

ESTUDIO DE COBERTURA

Para este estudio simulado se crearon tres estaciones trasmisoras cada una con una cobertura de 360 grados, ubicados en tres puntos de la comuna 2 de Armenia cuya ubicación la

muestra la tabla 9 y descritos en la figura 28.

Figura 28. Ubicación de 3 nodos LTE

El servicio que se simulará será un canal de 10 MHz FDD, siendo el servicio ideal para un operador móvil en la tecnología LTE como lo muestra la figura 29.

Figura 29

Se hace la sectorización con 3 sectores de la siguiente manera:

Los parámetros de radio definidos a partir de las condiciones recomendadas por ITU-R con la finalidad de ofrecer el mejor

servicio y mejor cobertura del sector donde se encuentra el trasmisor.

Los siguientes parámetros son específicos para la realización de la estimación individual de cobertura. No se aplicarán al realizar un análisis detallado de capacidad/cobertura de toda la

red LTE ya que la finalidad de este estudio es evaluar el alcance, calidad caracterización geográfica de la cobertura a simular.

Las configuraciones de los parámetros del terminal se dejan por defecto

El área de cálculo define los puntos donde se va a realizar el cálculo de señal recibida. Defina el área de cálculo basándose

en la dirección de máxima radiación de la antena.

Configurándose de la siguiente manera bajo los lineamientos de una antena para telefonía móvil de tecnología 4G.

A continuación, se definen los rangos de la señal, los cuales se verán en el estudio de cobertura como una mancha de colores

representando los niveles de señal en determinado punto del mapa

Con esto finalizamos la creación del estudio para uno de los 3 puntos a simular, se realiza el mismo procedimiento para los otros dos puntos. La figura 30 muestra la ubicación de las 3

torres con sus respectivos sectores y las áreas de cobertura.

Figura 30. Area de cobertura de los 3 nodos LTE

ESTUDIO DE COBERTURA MULTITRANSMISOR

Este estudio permite determinar la cobertura radioeléctrica que alcanza una red de estaciones. Consiste en una combinación de estudios de coberturas simples.

Se define el área de cobertura del estudio multitransmisor de tal forma que cubra el área de interés.

Se procede con el cálculo del estudio multitransmisor obteniendo la figura 31 donde se observa la cobertura con LTE

para la comuna 2 de Armenia:

Figura 31

Se analiza mediante cálculos de perfil desde la ubicación de las antenas hasta las zonas en rojo observando que las zonas en rojo

presente ese nivel de señal debido al perfil del terreno de Armenia.

6) COMPARATIVA DE TECNOLOGÍAS SOBRE OPERADORES DE SERVICIOS DE TELEFONÍA MÓVIL

3G Y REDES LTE-A 4G EN COLOMBIA.

4G es un concepto definido por la Unión Internacional de

Telecomunicaciones, organismo encargado de regular los temas de telecomunicaciones en el mundo para las recientes generaciones de redes móviles para servicios de banda ancha.

HSPA+ (La utilizada por los operadores móviles en Colombia) siendo una de las tecnologías que la UIT ha ofrecido como 4G

además de LTE y WiMAX móvil 802.16m Un informe realizado por OpenSignal, una firma europea que

mide las redes móviles a escala mundial, detalla que en los últimos seis meses los principales operadores de telecomunicaciones (Claro, Movistar y TigoUne), han

aumentado su alcance 4G en Colombia.

El reporte señala que Claro, Movistar y TigoUne registraron puntajes de disponibilidad 4G superiores al 60 por ciento, un aumento de seis puntos porcentuales en la disponibilidad de

LTE desde julio de 2017. Esto significa que los investigadores lograron conectarse a una señal 4G en más de seis oportunidades cada 10 intentos. Según las mediciones de

velocidad realizadas por OpenSignal, los tres operadores están en un promedio de descarga de 18 Mbps.

En cuanto a las redes de tercera generación (3G), TigoUne es líder promediando velocidades de descarga a 3.25 Mbps,

mientras que los otros dos operadores de telecomunicaciones no lograron superar el umbral de 3 Mbps en las pruebas realizadas por OpenSignal.

"Mientras que los usuarios de Claro y Tigo presenciaron

incrementos menores en sus velocidades de 3G, la red de Movistar experimentó una caída moderada en comparación con la registrada hace seis meses. Estos pequeños cambios ayudaron

a TigoUne a liberarse del resto".

En cuanto al aspecto de la latencia en 4G (la suma de retardos temporales dentro de una red), el operador TigoUne es líder,

registrando métricas de 49.8 milisegundos. Luego se encuentra Movistar (68.87) y por último Claro con 69.53.

Para mejorar la adopción del 4G en el territorio nacional, la firma de mediciones asegura que es necesario liberar nuevo

espectro. En ese sentido, la subasta de la banda de 700 Mhz juega un papel importante, pues con esa porción del espectro será posible que los operadores de telecomunicaciones lleguen

a regiones remotas. A continuación, se presentan los mapas de cobertura para

Armenia por los diferentes operadores en Colombia:

Claro

Movistar

Tigo

Como se aprecia en la gráficas, Claro y Movistar son los operadores que ofrecen mejor cobertura en la ciudad de

Armenia y de manera similar en el resto del país, pero claro sigue presentando mejores índices de cobertura que Movistar.

CONCLUSIONES

Los cálculos realizados a nivel de capacidad y

cobertura 2G y 3G en el documento son con fines

académicos ya que en la práctica los vendors ofrecen

dispositivos y fixures que les permite a los operadores

reducir número de nodos, etc .

El trabajo evidencia como por medio del aplicativo

web Xirio-online se realiza la simulación de cobertura

del ejercicio planteado y así demostrando que los

cálculos realizados fueron correctos y se llega a dar

una buena cobertura de la señal a todos los usuarios.

Se generan muchas BTS en un área geográfica

relativamente pequeña, ya que el número de usuarios

a atender es alto y no se tienen en cuenta otros

operadores que van a dar el servicio; los usuarios

máximos simultáneos para voz son pocos y de esta

forma se genera que hallan muchas radiobases en esta

comuna. Por esto el tener claro a cuantos usuarios se

les brindará el servicio es un factor muy importante

para el dimensionamiento.

Un factor importante al momento de diseño es la

experticia porque se generan situaciones; donde se

deben determinar técnicas de multiplexación,

determinación de frecuencias, entre otros; que son

mejor asumidos teniendo experticia en el tema.

A mayor número de sectores por BTS se mejora la

capacidad y cobertura en 2G; pero esto nos puede

llevar a un mayor uso de espectro, este es un recurso

limitado, por el cual se paga y se debe buscar la forma

de generar una igualdad entre costo beneficio.

Para crear los mapas de cobertura se tuvieron que crear

50 o 59 BTS en Xirio-online, para así corroborar que

se le da cobertura a la comuna 2 con las

especificaciones técnicas encontradas en el ejercicio

de cálculo.

Para la tecnología 3G tendremos una cantidad de RNC

alta, ya que el Throughput por nodo es muy alto, esto

entendiendo que tenemos una velocidad alta de DL

con la tecnología HSDPA+. Para esto podríamos

aumentar los sectores y así reducir los nodos del

sistema del sistema; por consiguiente, la cantidad de

RNCs disminuiría.

REFERENCES

Basic format for books: [1] A. R. Mishra, “ Fundamentals of Cellular Network Planning and

Optimization,” [2] https://www.eltiempo.com/tecnosfera/novedades-tecnologia/el-

operador-con-mayor-velocidad-de-descarga-en-4g-184516. [3] https://www.nperf.com/es/map/CO/3689560.Armenia/28929.Avantel/sig

nal/?ll=4.526115633468409&lg=-75.68919181823732&zoom=14 [4] J. A. Nuñez y Z. I. Ramos, “ Diseño de una red de nueva generación LTE-

A para una zona urbana en Bogotá bajo el estándar 3gpp y la recomendación ITU-R M.1457”, Facultad de Ingenieria, Universidad

Nacional de Colombia, Bogotá 2013