5. planificaciã³n de red wi max mediante atoll

Planificación de red WiMAX mediante Atoll

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4.- Planificación de red WiMAX mediante Atoll.

4.1.- Introducción.

El objetivo de este Proyecto es el dimensionamiento y planificación de una red WiMAX

móvil para proporcionar acceso inalámbrico, a voz y datos, a los miembros de la Universidad

de Sevilla. Esta red estará formada por una serie de puntos de acceso (Estaciones Base)

situados en cada uno de los centros y Campus que forman la Universidad de Sevilla. De esta

forma, se pretende que los miembros de la comunidad universitaria puedan tener acceso

móvil de banda ancha, tanto desde el interior de los edificios como desde el exterior (zonas de

esparcimiento tales como parques anexos, etc.), siempre y cuando se encuentren dentro del

área de cobertura de cada uno de los puntos de acceso que forman la red.

Los centros y Campus que se han considerado para formar parte de la red de acceso

son:

1. Campus de Reina Mercedes.

Este Campus se encuentra localizado en la Avenida de Reina Mercedes, la cual le

otorga su nombre. Es el más grande de la Universidad y en él se ubican hasta ocho

Facultades y Escuelas Técnicas, por lo que también es el Campus que concentra más

alumnos y docentes de toda la institución. Los centros a los que se dará servicio con

esta red de comunicaciones serán las Facultades de Biología, Farmacia, Física,

Matemáticas y Química, las Escuelas Técnicas Superiores de Ingeniería Informática y de

Arquitectura, y la Escuela Universitaria de Arquitectura Técnica.

Figura 1: Campus de Reina Mercedes.

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2. Campus Cartuja.

Situado entre la avenida de los Descubrimientos y la calle Américo Vespucio. Está

formado por la Escuela Técnica Superior de Ingenieros y la Facultad de Comunicación.

Figura 2: Escuela Superior de Ingenieros y Facultad de Comunicación.

3. Campus de Ramón y Cajal.

Se encuentra localizado entre la avenida que le presta su nombre (Avenida Ramón y

Cajal) y la calle Camilo José Cela. Está formado por las Facultades de Filosofía,

Psicología, de Ciencias Económicas y Empresariales, y por la Escuela Universitaria de

Estudios Empresariales.

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Figura 3: Campus Ramón y Cajal.

4. Campus Central.

En este Campus se encuentra actualmente la sede del Rectorado de la Universidad de

Sevilla. Este edificio se localiza entre la céntrica calle San Fernando y la Avenida del Cid.

En la actualidad, se imparten las Licenciaturas de Derecho, Filología y Geografía e

Historia.

Figura 4: Edificio Central de la US.

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5. Campus Macarena.

Llamado así por estar ubicado en el famoso barrio la Macarena de Sevilla. En él se

concentran todas las enseñanzas sanitarias que se imparten en Centros Propios de la

Universidad de Sevilla. Este Campus está compuesto por la Facultad de Medicina y la

Escuela de Ciencias de la Salud. Junto a estos edificios se localizan el Hospital

Universitario Virgen Macarena y el Instituto de Medicina Legal y Ciencias Forenses.

Figura 5: Facultad de Medicina y Facultad de Odontología.

6. Facultad de Ciencias de la Educación.

Ubicada en la avenida de Ciudad Jardín.

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Figura 6: Facultad de Ciencias de la Educación.

7. Facultad de Ciencias del Trabajo.

Situada en la calle Madre de Dios, cercana a la Facultad de Bellas Artes.

8. Facultad de Bellas Artes.

Se encuentra ubicada en el centro de la ciudad, en la calle Laraña.

Figura 7: Facultad de Bellas Artes y Facultad de Ciencias del Trabajo.

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9. Escuela Universitaria Ingenieros Técnicos Agrícolas.

Situada en la Carretera de Utrera junto a la Universidad Pablo de Olavide, se encuentra

a unos 6 kilómetros del Edificio Central de la Universidad.

Figura 8: Escuela Universitaria Ingenieros Técnicos Agrícolas.

10. Escuela Universitaria Politécnica.

Situada en la calle Virgen de África en el barrio de los remedios.

Figura 9: Escuela Universitaria Politécnica.

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Figura 10: Plano de situación de los centros.

Como se puede observar en el plano de situación, los diferentes puntos de acceso

estarán ubicados en posiciones no anexas, de tal forma que el área de cobertura no será

uniforme en toda la ciudad de Sevilla (debido a la limitación de potencia y a la distancia entre

puntos de acceso). Así, existirán zonas en las que no será posible la conexión a la red WiMAX

planteada. Como consecuencia, se tiene que no será posible el traspaso de usuario de una

estación base a otra en todo el territorio, no es posible el handover, por lo que no existirá

continuidad. Este hecho, nos llevará a tomar ciertas consideraciones más adelante.

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4.2.- Herramienta de Planificación.

Para llevar a cabo el proceso de diseño de la red haremos uso de la herramienta de

planificación y simulación Atoll. El entorno de desarrollo de Atoll nos provee un conjunto de

herramientas y una serie de características que nos permitirán definir, desarrollar y optimizar

nuestra red.

Atoll se presenta como un entorno de planificación radio basado en ventanas, fácil de

usar, que da soporte a operadores de telecomunicaciones inalámbricas durante todo el tiempo

de vida de la red. Desde el diseño inicial, hasta la fase de optimización y durante las distintas

ampliaciones.

Más que una herramienta de ingeniería, Atoll es un sistema de información técnico

abierto, escalable y flexible que puede integrarse fácilmente en otros sistemas de

telecomunicaciones, aumentando la productividad y reduciendo los tiempos de desarrollo.

Atoll está formado por un módulo principal, al que se le pueden ir añadiendo módulos

de las diferentes tecnologías inalámbricas que posee. En cada plantilla se proporciona una

estructura de datos adecuada a la tecnología en la que se basa.

Las diferentes tecnologías que Atoll tiene disponibles, dependiendo de la configuración

instalada en el equipo, son:

- GSM/GPRS/EGPRS: Esta plantilla se utiliza para modelar y planificar tecnologías de

segunda generación (2G), basadas en TDMA.

- CDMA2000: Esta plantilla se utiliza para modelar tecnologías de tercera generación

(3G) basadas en CDMA2000 (evolución de CDMA).

- IS-95 cdmaOne: Esta plantilla se utiliza para modelar sistemas 2G basados en CDMA.

- Microwave Radio Links: Permite modelar enlaces radio, como parte de una red de

telecomunicaciones, para cualquier plantilla.

- UMTS HSPA: UMTS, HSDPA y HSUPA (estos últimos conocidos como HSPA) son

sistemas de 3G que se basan en la tecnología WCDMA. Esta plantilla se utiliza para

este tipo de sistemas, puesto que WCDMA y CDMA son incompatibles (a pesar de ser

tecnologías similares).

- WiMAX: Esta plantilla ha sido desarrollada en cooperación con los proveedores de

equipos WiMAX. Actualmente, Atoll soporta los estándares IEEE 802.16d y 802.16e.

Por tanto, mediante Atoll poseemos una gran variedad de tecnologías disponibles a

planificar. En concreto, gracias al módulo WiMAX que nos proporciona esta herramienta,

podremos planificar y diseñar redes WiMAX para usuarios fijos, así como también para

usuarios móviles.

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Las principales características de Atoll son las siguientes:

- Propiedades avanzadas en el diseño de redes: herramienta de cálculo de

propagaciones de altas prestaciones, soporta redes multicapas y jerárquicas,

modelado de tráfico, planificación automática de frecuencias y códigos y optimización

de red.

- Arquitectura abierta y flexible: soporta entornos multiusuario gracias a una

arquitectura de bases de datos innovadora, que permite compartir datos, gestionar la

integridad de dichos datos y una sencilla integración con otros sistemas de

telecomunicaciones.

- Cálculos distribuidos y paralelos: Atoll permite el reparto de cómputos de tareas entre

distintas estaciones de trabajo y soporta cálculos en paralelo en servidores

multiprocesador, reduciendo significativamente los tiempos de simulación y de

predicción, sacando el máximo partido del hardware disponible.

- GIS de última generación: Atoll soporta datos geográficos multi-formato y multi-

resolución y la integración con herramientas GIS. Permite cargar complejas bases de

datos con información geográfica y mostrarlas de manera interactiva con múltiples

capas.

Mediante la utilización de esta herramienta de planificación podremos disponer de

bases de datos topográficas de gran resolución y acceder a ellos para obtener perfiles del

terreno y datos que se utilizarán para realizar los cálculos de propagación. Nos permitirá

emplear métodos de predicción de la propagación radioeléctrica más elaborados y con

cálculos mucho más laboriosos. Además, nos facilitará la planificación al poder comparar

distintas posibilidades de configuración de red (variar emplazamientos, potencias,

orientaciones antenas, etc.), simplificando el proceso de optimización.

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4.3.- Modelado de red WiMAX.

Para poder llevar a cabo la planificación de la red propuesta mediante la herramienta

Atoll necesitamos definir unos parámetros de entrada, tales como mapas y parámetros de

diseño que van a caracterizar a la red. A continuación, se detallarán los pasos a seguir para la

creación de un nuevo proyecto y la incorporación de los distintos mapas necesarios para la

planificación. Posteriormente, se describirán los parámetros necesarios para modelar los

usuarios, servicios, terminales, entornos que existirán en nuestra red.

4.3.1.- Creación de proyecto e importación de mapas.

Comenzaremos creando un proyecto de tipo WiMAX móvil, para ello, seleccionamos la

plantilla WiMAX 802.16e (File > New).

Lo siguiente será incorporar los distintos mapas correspondientes a la zona de estudio,

que en este caso se trata de la ciudad de Sevilla. Para ello, tendremos que ir importando (File >

Import) los distintos archivos índice (index) de las distintas carpetas en las que se encuentran

agrupados los mapas: Heights, Clutter, Ortho y Vector.

El mapa heights es un mapa de altimetría y contiene información topográfica del

relieve de la zona de trabajo. En la siguiente figura se muestra el mapa de altimetría utilizado.

Figura 11: Mapa Heights utilizado.

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El mapa clutter es un mapa que describe los usos del terreno, a cada tipo de terreno se

le asigna un color. La información contenida en este mapa es la que se utiliza para los cálculos

de cobertura y de propagación. El mapa clutter correspondiente a la ciudad de Sevilla es el que

se muestra en la figura.

Figura 12: Mapa Clutter.

El mapa ortho es simplemente una foto aérea de la ciudad. Se muestra en la figura.

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Figura 13: Mapa Ortho.

Por último, el mapa vectors identifica carreteras, ríos, líneas de ferrocarril, entre otros.

El mapa vectors utilizado es el que aparece a continuación.

Figura 14: Mapa Vectors.

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Una vez importados los mapas, teniendo en cuenta que las capas de los distintos

mapas se superponen entre sí, los colocamos para una correcta visualización de las capas

ortho y vectors (que son en los que nos basaremos).

Figura 15: Superposición de los distintos mapas para una correcta visualización.

A continuación, procederemos a identificar y situar en el mapa los diferentes centros

que formarán parte de la red WiMAX de la Universidad de Sevilla. Iremos creando tantas zonas

Hot Spot como centros. Para crear los Hot Spot seleccionamos la pestaña Geo de la ventana

Explorer, expandimos la carpeta Zones y vamos creando las diferentes zonas.

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Figura 16: Modificar coordenadas de las Hot Spot.

Para ubicar correctamente cada uno de los centros, accedemos a las coordenadas de la

zona dibujada situando el ratón sobre uno de los vértices, pulsamos botón derecho y

seleccionamos Properties.

Figura 17: Ventana de coordenadas de las Hot Spot.

En la tabla siguiente se indican las coordenadas introducidas para definir cada una de

las zonas de interés de nuestra red.

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Coordenadas UTM Coordenadas UTM Centro

X Y Centro

X Y

235.331 4.141.426 235.476 4.144.376

235.114 4.141.514 235.735 4.144.318

235.038 4.141.337 235.624 4.144.082 Campus Central

235.264 4.141.244

Facultad de Medicina

235.384 4.144.185

239.652 4.138.222 235.096 4.144.235

239.823 4.138.284 235.149 4.144.189 240.007 4.138.224 235.185 4.144.228 239.950 4.137.992 235.249 4.144.177

E.U. Ingenieros Técnicos Agrícolas

239.710 4.138.022

Facultad de Odontología

235.101 4.144.020

235.474 4.138.786 236.355 4.141.045

235.299 4.138.800 236.458 4.141.277 235.255 4.138.881 236.584 4.141.245

235.288 4.139.456

Campus Ramón y Cajal

236.487 4.140.978

Campus Reina Mercedes

235.528 4.139.444 234.500 4.144.832

237.287 4.141.239 234.494 4.144.707

237.360 4.141.231 234.183 4.144.771

237.342 4.141.086 234.037 4.144.860

Facultad de Ciencias de la Educación

237.269 4.141.099

Escuela Técnica Superior de Ingenieros

234.040 4.144.953

235.020 4.142.709 233.896 4.144.777

235.080 4.142.707 233.965 4.144.761

235.083 4.142.658 233.932 4.144.627

Facultad de Bellas Artes

235.018 4.142.663

Facultad de Comunicación

233.856 4.144.644

235.393 4.142.138 234.074 4.141.045

235.367 4.142.185 234.139 4.141.277 235.142 4.142.181 234.172 4.141.245

Facultad de Ciencias del Trabajo

235.144 4.142.131

E.U. Politécnica

234.110 4.140.978

Tabla 1: Coordenadas para la definición de las zonas de interés.

Una vez definida cada una de las zonas de estudio, el mapa en el que basaremos

nuestra planificación de red se muestra en la siguiente figura:

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Figura 18: Centros que conforman la Universidad de Sevilla.

4.3.2.- Parámetros de diseño.

En este apartado se configurarán los parámetros WiMAX relativos a nuestra

planificación. Este proceso es de los más importantes puesto que supone la base sobre la que

realizaremos las simulaciones posteriormente.

Deberemos configurar los distintos servicios que se van a ofrecer en nuestra red, los

terminales que utilizarán los usuarios para conectarse, las diferentes movilidades de los

usuarios, los perfiles de usuarios (las características de grupos de usuarios que accederán a la

red) y los entornos. Para ello, dentro de la pestaña Data (de la ventana Explorer) iremos

creando cada uno de los parámetros necesarios.

A continuación, se irán detallando las consideraciones y características tenidas en

cuenta para la configuración de dichos parámetros. En la figura siguiente se muestran la

ventana con los datos configurados.

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Figura 19: Parámetros WiMAX utilizados.

1. Servicios: Los servicios que se van a ofrecer son únicamente tres: FTP Download, Web

Browsing, VoIP. Las características consideradas para cada uno de ellos son las que

asigna Atoll por defecto, puesto que se trata de valores típicos para planificación de

redes WiMAX. Se han tomado por defecto estos valores, pero notar que se podrían

ajustar a otros valores según las necesidades que tuviésemos. Así, las características de

cada uno de ellos se presentan a continuación:

FTP Download

Tipo de conexión QoS Prioridad

Tasa considerada

enlace UL (kbps)

Tasa considerada

enlace DL (kbps)

Datos Best Effort Mínima 100 1000

Tabla 2: Características del servicio FTP.

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El servicio FTP utilizará una calidad de servicio del tipo Best Effort, en la que no se

garantiza un nivel mínimo de tasa de datos ni de retardo, de manera que se adaptará a

lo cargada que esté la red para proporcionar una determinada tasa de tráfico

sostenible.

Web Browsing

Tipo de conexión QoS Prioridad

Tasa considerada

enlace UL (kbps)

Tasa considerada

enlace DL (kbps)

Datos nrtPS Mínima 64 128

Tabla 3: Características del servicio Web Browsing.

El servicio Web utilizará una calidad de servicio del tipo servicio de consulta diferido

(non real time Polling Service), la cual permite soportar flujos de datos tolerantes a

retardos y de tamaño variable pero con un ancho de banda mínimo requerido.

VoIP

Tipo de conexión

QoS Prioridad

Tasa considerada

enlace UL (kbps)

Factor de actividad

UL

Tasa considerada

enlace DL (kbps)

Factor de

actividad DL

Voz UGS Máxima 12,2 0,6 12,2 0,6

Tabla 4: Características del servicio VoIP.

Por último, el servicio VoIP es un servicio de voz, por lo que se habrá de garantizar que

la comunicación sea lo más continua posible. De esta forma, este servicio utiliza una

calidad UGS (Unsolicited Grant Service) o tipo garantizado no solicitado, que está

diseñado para un tamaño fijo de paquetes a una tasa constante.

2. Terminales: Estos servicios podrán solicitarse desde distintos tipos de terminales. En

este trabajo, se va a considerar un único tipo de terminal (terminal móvil), el cual se

definirá con los parámetros por defecto que asigna Atoll. Este terminal móvil

englobará a teléfonos móviles, dispositivos PDA y dispositivos de PC (tarjetas USB,

PCMCIA). Se han decidido englobar todos bajo un único dispositivo genérico debido a

que actualmente no se disponen de características de fabricantes (puesto que se

encuentran en proceso de estandarización) de todos los dispositivos, por lo que

resultaría difícil configurarlos. A continuación, se detallan las características

consideradas para el terminal a utilizar:

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Terminal Móvil

Mínima Potencia en transmisión

(dBm)

Máxima Potencia en transmisión

(dBm)

Sensibilidad en recepción

(dBm)

Ganancia de la

antena (dBi)

Datos Best Effort -100 100

Tabla 5: Características del terminal utilizado.

3. Perfiles de usuario: Mediante los perfiles de usuario se modelarán las necesidades que

la red debe satisfacer a cada uno de los tipos de usuario existentes. Debido a que los

usuarios de la red serán únicamente miembros de la comunidad universitaria

(profesores, alumnos y personal US) se ha optado por definir únicamente un perfil de

usuario: Usuarios. Los parámetros para cada tipo de servicio utilizado y tipo de

terminal se reflejan en la siguiente tabla, estos parámetros son los que viene definidos

en Atoll por defecto. Según se observa, los hábitos de utilización que define Atoll por

defecto no son muy exigentes, al igual que en el caso anterior, se podrían ajustar a las

necesidades que tuviésemos, pero en principio utilizaremos estos datos.

Usuarios

Tipo de Servicio

Terminal Conexiones

por hora Duración

(segundos)

Volumen de datos en UL

(KBytes)

Volumen de datos en DL

(KBytes)

FTP Download

Terminal móvil

0,01 2.000 15.000

VoIP Terminal

móvil 0,2 240

Web Browsing

Terminal móvil

0,1 700 4.500

Tabla 6: Características de los Perfiles de usuario definidos.

4. Movilidades: Para la definición de las movilidades consideradas se han tenido en

cuenta las siguientes circunstancias:

- Debido a que la mayoría de las localizaciones no están próximas entre sí y no será

posible la continuidad de cobertura entre las distintas células de la red se

descartará, en principio, la posibilidad de movilidades superiores a la movilidad

pedestre. Es decir, no se podrá hacer uso de los servicios por parte de usuarios que

vayan en coche u otros vehículos que superen la movilidad pedestre. Esta

restricción afectará sobre todo al servicio de VoIP, puesto que se está limitando su

uso únicamente dentro de cada uno de los Campus, no siendo posible el handover

de una célula a otra (no existe continuidad de cobertura).

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- No se tendrá en cuenta la movilidad fija (0 km/h), debido a que ésta se puede

considerar como un caso particular de la movilidad pedestre. Además,

actualmente existen redes de cableado de datos en cada uno de los centros, por lo

que los usuarios fijos accederán mediante esta red a los servicios.

Así pues, la única movilidad a tener en cuenta en nuestra red será la pedestre (3

Km/h). En un futuro, podrán tenerse en cuenta movilidades superiores a la pedestre.

Se están diseñando dispositivos capaces de soportar diversas tecnologías de acceso

inalámbrico (HDSPA, WiMAX, WiFi, GSM, UMTS, etc.), de tal forma que el usuario

obtenga un servicio continuo (no existan cortes en la conexión) aun si se sale de las

zonas de cobertura de la red WiMAX de la US, puesto que mediante el uso de

pasarelas que gestionen la itinerancia entre redes se conectará a la red de otro

operador (a un coste estipulado por el operador) que ofrezca el acceso sobre una

tecnología que admita su dispositivo.

5. Entornos: Una vez definida la movilidad a utilizar, el siguiente paso para modelar el

tráfico generado en la red será definir los entornos (environments) asociados a cada

centro y/o Campus, a los que se les asignará una densidad de abonados. Para los

estudios de simulación de casos reales que realizaremos posteriormente, asignaremos

a cada uno de los Campus una densidad inicial de abonados e iremos incrementándola

paulatinamente hasta ver el número de abonados con el que nos satura la red de

acceso. Posteriormente, modelaremos la red a partir de una estimación de usuarios, y

teniendo en cuenta los resultados obtenidos anteriormente, añadiremos transmisores

para que la red soporte dicho número de usuarios. De tal forma, que realizaremos las

simulaciones en dos etapas.

Entorno Perfil Usuario Movilidad Densidad

(abonados/km2)

Bellas artes

Ciencias del trabajo

Ciencias Educación

ESI

EUITA

Facultad comunicación

Facultad Medicina

Facultad Odontología

Politécnica

Ramón y Cajal

Rectorado

Reina Mercedes

Usuarios Pedestre 1000

Tabla 7: Tipos de entorno definidos.

Tal y como se ha comentado, se ha asignado una densidad de abonados inicial que se

verá modificada cuando se realicen las pruebas.

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4.3.3.- Plantilla de transmisores.

El siguiente paso en el diseño de la red será ir incorporando las diferentes estaciones

base a cada uno de nuestros emplazamientos. Para ello, previamente debemos tener en

cuenta la banda de frecuencias en la que vamos a transmitir.

Por tanto, primeramente vamos a definir la banda de frecuencias que vamos a utilizar

en nuestra red. Para la elección de dicha banda nos basaremos en utilizar una banda de

frecuencias en la que no se requiera licencia. De esta forma, tendremos un ahorro en coste,

mientras que nos veremos perjudicados por unas mayores interferencias y una limitación en la

potencia transmitida. Ateniéndonos al CNAF, vemos que es posible utilizar la banda de

frecuencias de 5.470 - 5.725 GHz (UN - 128) para sistemas WiMAX, con la restricción de que la

P.I.R.E no puede ser superior a 1 W (30 dBm). Así pues, vemos que en esta banda tenemos un

ancho disponible de 255 MHz, por lo que si utilizamos canales de 10 MHz podemos tener hasta

25 canales distintos.

Para crear esta nueva banda de frecuencias en Atoll nos situamos en la pestaña Data

de la ventana explorer, situamos el cursor sobre la carpeta Transmitters y pulsamos el botón

derecho. A continuación, seleccionamos Network Settings->Frecuencies->Bands y pasamos a

definir las características de nuestra banda de frecuencias. En las figuras que se muestran a

continuación aparece el proceso seguido y las características definidas.

Figura 20: Creación de una nueva banda de frecuencias.

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Figura 21: Ventana de definición de las características de la banda de frecuencias.

Como se puede observar se ha definido un método de duplexión TDD. Los demás

parámetros toman un valor que le asigna Atoll por defecto.

Una vez identificada y definida la banda de frecuencias en la que vamos a transmitir

hemos de crear una plantilla para las estaciones base que vamos a implantar. Para ello,

situamos el cursor en la lista desplegable que aparece en la barra de herramientas y

seleccionamos la opción Manage Templates, tal y como se indica en la siguiente figura.

Figura 22: Creación de la plantilla de transmisores.

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A continuación, añadimos (Add) una copia de una de las plantillas existentes en Atoll y

la modificamos para adaptarla a nuestras necesidades.

En nuestro caso, se ha decidido crear una plantilla llamada Campus. La plantilla

Campus se ha definido con estaciones base situadas a 20 metros de altitud, que radiarán por

tres sectores. Las antenas que se utilizarán en estas estaciones base son antenas del fabricante

Kathrein que incorpora Atoll. Las características de las antenas utilizadas se muestran en la

siguiente tabla.

120 deg 14.5 dBi 0 Tilt

Fabricante Ganancia

(dBi)

Azimut máxima

radiación (º)

Tilt eléctrico (º)

Kathrein 14,5 120 0

Tabla 8: Características de las antenas utilizadas.

Los patrones de radiación de esta antena se muestran en la siguiente figura.

Figura 23: Patrones de radiación horizontal y vertical de la antena utilizada.

En la Figura 24 se puede observar los parámetros configurados al crear la plantilla

Campus.

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Figura 24: Parámetros de configuración de la plantilla Campus.

Como se puede observar, la potencia que se ha configurado en Preamble Power es el

resultado de restar a la P.I.R.E la ganancia de la antena, pues no olvidemos que no podemos

transmitir más de 30 dBm. Reseñar que puesto que vamos a utilizar canales de 10 MHz el

tamaño de la FFT aconsejado es de 1024.

En principio, se instalarán estas estaciones base en todos los centros, con una

configuración determinada para cada uno de ellos. Si durante la realización de las pruebas el

sistema no fuese consistente ante un caso real de demanda de servicios por parte de usuarios,

se procederá a instalar nuevos transmisores en las estaciones base hasta que la red pueda

soportar el tráfico demandado.

Una vez definidos todos los parámetros necesarios para la creación de estaciones base,

procedemos a ubicarlas en los distintos puntos de interés. La ubicación y configuración de las

mismas se ha de elegir para obtener unos resultados óptimos. Así pues, las ubicaciones

definitivas para nuestra red son las que se muestran en la siguiente tabla.

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Ubicación Nombre X Y

Campus Central Site0 235.194 4.141.373

Campus Ramón y Cajal Site1 236.456 4.141.117

Site2 235.376 4.139.276 Campus Reina Mercedes

Site3 235.384 4.138.990

Facultad Medicina Site4 235.548 4.144.247

Facultad Odontología Site5 235.137 4.144.140

Facultad Comunicación Site6 233.910 4.144.702

Site7 234.414 4.144.776 ESI

Site8 234.205 4.144.835

Facultad Ciencias de la Educación

Site9 237.313 4.141.162

Escuela Politécnica Site14 234.124 4.141.134

Facultad Bellas Artes Site12 235.048 4.142.686

Facultad Ciencias del Trabajo

Site15 235.251 4.142.158

EUITA Site13 239.838 4.138.127

Tabla 9: Coordenadas de las estaciones base que conforman nuestra red.

Como se puede observar existen Campus en los que hemos decidido ubicar más de

una estación base. Ello es debido a que con una única estación base no nos sería posible

cumplir unos mínimos objetivos de calidad, en cuanto a nivel de señal se refiere, y además así

podremos reducir la congestión de tráfico.

En las figuras que se muestran a continuación se puede observar en detalle las

estaciones base y transmisores instalados en cada uno de los Campus.

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Figura 25: Estaciones base instaladas en cada zona de interés.

Para finalizar, resaltar que se ha hecho uso de la reutilización en frecuencia para cada

uno de los transmisores. De esta forma, se le ha asignado un canal distinto a cada uno de los

transmisores que forman parte de una misma estación base. Reseñar también, que los

transmisores ubicados en la facultad de comunicación transmiten a una potencia inferior a los

demás. Esto es así para que no produzca unas elevadas interferencias en la zona de la Escuela

Superior de Ingenieros, debido a la cercanía. Para la elección de la potencia transmitida se ha

tenido en cuenta que se deben garantizar unos mínimos niveles de señal. Se intenta así

minimizar las interferencias, que son uno de los factores más limitantes en el diseño de redes

WiMAX. En la tabla anterior se muestran los diferentes canales asignados a cada uno de los

transmisores.

A continuación se muestran las características de cada uno de los transmisores

instalados.

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Ubicación Transmisor Antena Altura

(m) Azimuth

(°)

Mechanical Downtilt

(°)

Potencia transmitida

(dBm)

Canal asignado

Site0_1 302 5 30 0

Site0_2 62 5 30 1 Campus Central

Site0_3

120deg 14.5dBi

0Tilt 20

182 5 30 2

Site1_1 78 5 30 0

Site1_2 198 5 30 1 Campus

Ramón y Cajal Site1_3

120deg 14.5dBi

0Tilt 20

318 5 30 2

Site12_1 0 10 30 0

Site12_2 120 10 30 1 Facultad de Bellas Artes

Site12_3

120deg 14.5dBi

0Tilt 20

240 10 30 2

Site13_1 325 5 30 0

Site13_2 85 5 30 1

E.U. Ingenieros Técnicos Agrícolas Site13_3

120deg 14.5dBi

0Tilt 20

205 5 30 2

Site14_1 0 10 30 0

Site14_2 120 10 30 1 E.U.

Politécnica Site14_3

120deg 14.5dBi

0Tilt 20

240 10 30 2

Site15_1 339 10 30 0

Site15_2 99 10 30 1 Facultad de Ciencias del

Trabajo Site15_3

120deg 14.5dBi

0Tilt 20

219 10 30 2

Site2_1 0 5 30 0

Site2_2 120 5 30 1

Site2_3

120deg 14.5dBi

0Tilt 20

240 5 30 2

Site3_1 40 5 30 0

Site3_2 160 5 30 2


Site3_3

120deg 14.5dBi

0Tilt 20

280 5 30 1

Site4_1 45 5 30 0

Site4_2 165 5 30 1 Facultad de

Medicina Site4_3

120deg 14.5dBi

0Tilt 20

285 5 30 2

Site5_1 37 0 30 0

Site5_2 157 0 30 1 Facultad de Odontología

Site5_3

120deg 14.5dBi

0Tilt 20

277 0 30 2

Site6_1 0 0 28,5 0

Site6_2 120 0 28,5 1 Facultad de

Comunicación Site6_3

120deg 14.5dBi

0Tilt 20

240 0 28,5 2

Site7_1 345 5 30 2

Site7_2 105 5 30 0

Site7_3

120deg 14.5dBi

0Tilt 20

225 5 30 1

Site8_1 326 5 30 1

Site8_2 86 5 30 0

Escuela Técnica

Superior de Ingenieros

Site8_3

120deg 14.5dBi

0Tilt 20

206 0 30 2

Site9_1 0 0 30 0

Site9_2 120 0 30 1

Facultad de Ciencias de la

Educación Site9_3

120deg 14.5dBi

0Tilt 20

240 0 30 2

Tabla 10: Características de los transmisores instalados.

- 28 -

4.4.- Estudios de Cobertura.

Una vez definidos los elementos y parámetros que definen nuestra estructura de red

pasamos a realizar estudios (Predictions). Para ello, Atoll nos ofrece la posibilidad de realizar

una gran variedad de estudios de cobertura. En este apartado nos centraremos únicamente en

realizar estudios de cobertura por nivel de señal y estudios de cobertura por transmisor.

Los estudios de cobertura muestran los resultados para unas determinadas

condiciones de cobertura. Estos estudios se basan en las matrices de pérdidas (que Atoll

calcula), en el modelo de propagación elegido, el área de cálculo definida, condiciones de

cobertura y en la resolución para cálculos. Tras los cálculos, Atoll muestra los resultados como

una representación gráfica de los pixels que satisfacen las condiciones de cobertura.

Por tanto, antes de proceder a realizar los estudios de cobertura debemos elegir y

configurar el modelo de propagación que más se ajusta a nuestro proyecto.

4.4.1.- Modelo Propagación.

Para poder realizar estos estudios Atoll pone a nuestra disposición varios modelos de

propagación, a elegir dependiendo del tipo de proyecto en el que estemos trabajando.

Además de poder asignar un modelo de propagación genérico a nuestro proyecto, también

podremos asignar modelos de propagación diferentes a cada uno de los transmisores.

Figura 26: Modelos de propagación integrados en Atoll.

- 29 -

Cada modelo de propagación definido en Atoll es adecuado para determinadas

condiciones, frecuencias y tecnologías. En la siguiente tabla se resumen los usos

recomendados para cada modelo de propagación.

Modelo Banda de

Frecuencias Uso recomendado

Longley-Rice (teórico) aprox. 40 MHz 1) Superficies planas

2) Muy bajas frecuencias

ITU 370-7 Viena 93 100 - 400 MHz 1) Largas distancias (d<10 km)

2) Bajas frecuencias

ITU 526-5 (teórico) 30 - 10000 MHz 1) Receptores fijos

WLL 30 - 10000 MHz 1) Receptores fijos

2) Enlaces de microondas 3) WiMAX

Okumura-Hata 150 - 1000 MHz 1) 1 < d < 20 km

2) GSM 900 3) CDMA 2000

Cost-Hata 1500 - 2000 MHz 1) 1 < d < 20 km

2) GSM 1800 3) UMTS

ITU 529-3 300 - 1500 MHz 1) 1 < d < 100 km

2) GSM, CDMA

Standard Propagation Model

150 - 3500 MHz 1) 1 < d < 20 km

2)GSM (900 y 1800), UMTS, CDMA 200 y WiMAX

Erceg-Greenstein (SUI) Model

1900 - 6000 MHz 1) 100 m < d <8 km

2)WiMAX

Tabla 11: Recomendaciones para la elección del modelo de propagación a utilizar.

Teniendo en cuenta que nuestra red va a transmitir a unos 5.4 GHz el modelo de

propagación que se nos recomienda usar (y que por tanto, será el que usemos) es el modelo

Erceg-Greenstein, el cuál es adecuado para WiMAX (802.16d y 802.16e).

Para seleccionarlo como modelo de propagación en nuestros estudios de cobertura,

seleccionamos la pestaña Data de la ventana Explorer, a continuación situamos el cursor sobre

la carpeta Predictions y pulsamos el botón derecho. Seleccionamos la opción Properties y

elegimos el modelo Erceg-Greenstein en la nueva ventana que nos aparecerá. En la figura se

muestra el procedimiento.

- 30 -

Figura 27: Configuración del modelo de propagación a utilizar.

4.4.2.- Estudios de cobertura por nivel de señal.

En este apartado se mostrarán los niveles de señal obtenidos en cada uno de los

emplazamientos para la configuración de estaciones base anteriormente detallada.

Puesto que se considera una sensibilidad del receptor de -100 dBm se ha de garantizar

que en toda la superficie de los Campus existe un nivel de señal por encima de este valor, para

que el terminal sea capaz de conectarse a la red. Además, consideraremos un margen de 15 dB

para prevenir posibles cortes de conexión debidos a desvanecimientos de la señal

radioeléctrica, de esta forma, se tratará de garantizar unos niveles de señal de -85 dBm en

todos los centros y Campus. Consiguiendo estos niveles garantizaremos que los usuarios

tengan una alta garantía de conexión.

Para crear el primer estudio de cobertura situamos el cursor sobre la carpeta

Predictions de la pestaña Data. Pulsamos el botón derecho y seleccionamos New.

- 31 -

Figura 28: Creación de un estudio de cobertura por nivel de señal.

A continuación nos aparecerá una ventana como la que se muestra en la figura.

Figura 29: Definición de parámetros para el estudio de cobertura.

En la pestaña Conditions introducimos unas condiciones de señal de -100 dBm, y una

probabilidad de cobertura en la célula del 75%. En la pestaña Display seleccionamos que se nos

muestren los resultados por nivel de señal, y en la pestaña General le asignamos un nombre al

- 32 -

estudio. A continuación, pulsamos con el botón derecho sobre el estudio que hemos creado y

seleccionamos la opción Calculate para que nos calcule y muestre los resultados.

Figura 30: Pasos para forzar el cálculo del estudio de cobertura creado.

Para crear nuevos estudios de cobertura con las mismas condiciones que algún estudio

creado anteriormente sólo debemos pulsar con el botón derecho sobre el estudio que

queremos duplicar y seleccionamos la opción Duplicate. Posteriormente, debemos forzar a

que sea calculado, de la forma en la que se indicó anteriormente.

En la siguiente figura se muestra el resultado del estudio de cobertura por nivel de

señal en todos los puntos de interés. Como puede observarse en ella, en todas y cada una de

las zonas de interés se consiguen niveles de señal superiores a la sensibilidad del receptor, de

tal forma, que en condiciones de propagación sin desvanecimientos los terminales deben ser

capaces de conectarse a la red.

- 33 -

Figura 31: Estudio de cobertura por nivel de señal para los centros de la US.

En la siguiente figura se mostrará que en cada uno de los centros se tiene un nivel de

señal de -85 dBm en casi la totalidad de la superficie, el cual, como comentamos

anteriormente, era nuestro objetivo.

- 34 -

Figura 32: Cobertura para un nivel de señal de -85 dBm.

- 35 -

Para poder observar con mayor claridad los resultados obtenidos, vamos a ayudarnos

de los informes que nos genera Atoll. A partir de ellos podemos analizar qué porcentaje de la

superficie de cada uno de los centros posee cada valor representativo de señal.

La herramienta de planificación Atoll puede generar informes de cualquier estudio de

cobertura cuya casilla de verificación esté validada. Dicho informe muestra la superficie

cubierta para cada umbral de señal definido. Para generar dichos informes, debemos pulsar

con el botón derecho sobre el estudio de cobertura del que queramos saber sus datos (dicho

estudio debe estar validado: ) y posteriormente seleccionar la opción Generate Report, tal y

como se muestra en la siguiente figura.

Figura 33: Generación de informes.

En la siguiente tabla se muestran los resultados obtenidos a partir de los informes que

ha generado Atoll. Como puede observarse, los objetivos propuestos han sido conseguidos

satisfactoriamente, puesto que en cada centro se consiguen unos niveles de señal de -85 dBm

en toda la superficie prácticamente.

- 36 -

Campus Central

Superficie total: 0,0473 km2

Nivel de señal Superficie (km2) Porcentaje (%)

Best Signal Level (dBm) >=-70 0,0028 6

Best Signal Level (dBm) >=-75 0,0201 43,3





























- 37 -























Escuela Politécnica











- 38 -


































- 39 -























Escuela Universitaria Ingenieros Técnicos Agrícolas











Tabla 12: Porcentajes de cobertura por superficie para cada nivel de señal.

4.4.3.- Estudios de cobertura por transmisor.

Una vez asegurado el cumplimiento del nivel mínimo de señal necesario para la óptima

conexión a la red de los usuarios del sistema, el siguiente paso será estudiar la superficie

- 40 -

geográfica a la que le dará servicio cada uno de los sectores de todas las estaciones base

distribuidas.

Para determinar las superficies que ocupará cada sector, Atoll considera que cada

punto geográfico de nuestras zonas de interés recibirá servicio de red por parte del sector (de

una determinada estación base) cuya señal radioeléctrica transmitida llegue con el mayor nivel

de potencia a dicho emplazamiento.

Figura 34: Creación de un estudio de cobertura por transmisor.

El nivel de señal considerado para realizar las simulaciones ha sido de -100 dBm, que

es el nivel mínimo de señal con el que los usuarios son capaces de conectarse a la red.

Primeramente, se van a mostrar los resultados de forma gráfica. Para posteriormente,

detallar las superficies cubiertas por cada transmisor haciendo uso de los informes. Mediante

estos informes, se puede conocer qué porcentaje de la superficie de cada centro recibirá

cobertura de red y a qué superficie le dará servicio cada uno de los sectores de cada estación

base instalada.

- 41 -

Figura 35: Estudio de cobertura por transmisor para los centros de la US.

Una primera impresión que podemos extraer es que los transmisores que cubren más

superficie en cada centro serán los que tengan más carga de usuarios, y por tanto, será los que

teóricamente saturarán antes (aunque debido a la aleatoriedad de las simulaciones puede que

esto no se cumpla). Así pues, será en estos emplazamientos donde previsiblemente se tendrán

que ubicar nuevos transmisores que ayuden a descongestionar estos sectores y nos permitan

aumentar la capacidad de nuestra red.

- 42 -

Campus Central


Transmisor Superficie (km2) Porcentaje (%)

Site0_1 0,02 43,1

Site0_2 0,0142 30,6

Site0_3 0,0132 28,4

Campus ramón y Cajal



Site1_1 0,0151 40,5

Site1_2 0,0126 33,8

Site1_3 0,01 26,8




Site2_1 0,0333 22,1

Site2_2 0,023 15,2

Site2_3 0,0197 13

Site3_1 0,0217 14,4

Site3_2 0,0335 22,2

Site3_3 0,0215 14,2




Site4_1 0,0212 34,4

Site4_2 0,0198 32,2

Site4_3 0,0197 32




Site5_1 0,0071 42,6

Site5_2 0,0061 36,6

Site5_3 0,0032 19,2

- 43 -

Escuela Politécnica



Site14_1 0,0058 49,2

Site14_2 0,0021 17,8

Site14_3 0,0047 39,9




Site7_1 0,0069 11,5

Site7_2 0,0069 11,5

Site7_3 0,0069 11,5

Site8_1 0,0179 29,7

Site8_2 0,0171 28,4

Site8_3 0,0071 11,8




Site6_1 0,0039 38,7

Site6_2 0,0036 35,7

Site6_3 0,0035 34,7




Site9_1 0,0047 44,7

Site9_2 0,0045 42,8

Site9_3 0,0033 31,4




Site15_1 0,002 17,3

Site15_2 0,0059 50,9

Site15_3 0,0042 36,2

- 44 -




Site12_1 0,0013 45,2

Site12_2 0,0009 31,3

Site12_3 0,0008 27,8




Site13_1 0,0286 38,3

Site13_2 0,0258 34,6

Site13_3 0,021 28,1

Tabla 13: Porcentajes de cobertura por superficie para cada transmisor.

- 45 -

4.5.- Simulaciones.

Es en este apartado donde se va a estudiar el comportamiento de nuestra red WiMAX

ante simulaciones de casos reales.

Una vez detallados los usuarios del sistema en profundidad, y consideradas todas las

características y localizaciones geográficas de las estaciones base que darán servicio a los

suscriptores, el último paso que resta para culminar la planificación radio de la red será

mostrar el comportamiento del sistema completo en situaciones cercanas a la realidad.

En el proceso de planificación y optimización de nuestra red necesitaremos estudiar la

capacidad de nuestro sistema, teniendo en cuenta distribuciones reales de usuarios y la

demanda de servicios generada.

Atoll en cada simulación genera una determinada distribución de usuarios, que se

corresponde con instantáneas (snapshot) de la red. De los resultados de dichas simulaciones se

puede obtener la demanda de tráfico asociada a cada distribución, los recursos demandados

por cada usuario, la carga que tendrá cada célula, etc.

En las simulaciones, Atoll asigna a cada usuario un servicio, un tipo de movilidad y un

terminal según los perfiles de usuario definidos. La situación geográfica de cada usuario

generado en la simulación es determinada aleatoriamente. El estado de la transmisión se

determina según la probabilidad de conexión. Este parámetro, es un resultado importante de

las simulaciones, puesto que tiene una implicación directa en la gestión de los recursos radio, y

además, tiene relación con el nivel de interferencia en la red.

Este estudio, lo vamos a dividir en dos etapas. Inicialmente, vamos a determinar el

número máximo de usuarios que admitiría cada estación base, con la configuración inicial de

un único transmisor por sector. De esta forma, podremos intuir el número de transmisores que

necesitaremos a medida que las necesidades de capacidad vayan creciendo.

Posteriormente, veremos el número de transmisores necesarios y el comportamiento

de la red ante una densidad de usuarios real. Los datos que tendremos en cuenta para

determinar dicha densidad de usuarios los obtendremos a partir de las estadísticas de alumnos

matriculados en el curso 06/07 que realiza la Universidad de Sevilla.

Atoll utiliza el algoritmo de Monte Carlo para la generación de las distribuciones de

usuarios. Las simulaciones requieren datos de tráfico, tales como mapas de tráfico. Por tanto,

previamente a la realización de simulaciones debemos definir los mapas de tráfico para cada

uno de los centros. Estos mapas de tráfico se basarán en los entornos (Environments) creados

anteriormente.

Atoll, nos permite crear estos mapas simplemente dibujándolos. Para ello, debemos

seleccionar la pestaña Geo de la ventana Explorer. Pulsamos el botón derecho del ratón sobre

la carpeta Traffic y seleccionamos New Map. A continuación, nos aparecerá una nueva ventana

y seleccionamos Map based on environments (raster) como el tipo de mapa que queremos

crear. Véase la siguiente figura.

- 46 -

Figura 36: Creación de mapas de tráfico.

Una vez creado el mapa, aparece una barra de herramientas (Environment Map

Editor). Seleccionamos el entorno, en el que nos vayamos a basar, de la lista disponible.

Finalmente, dibujamos el polígono que nos definirá el mapa de tráfico.

Figura 37: Asignación del entorno al mapa de tráfico.

De esta forma, iremos creando cada uno de los mapas de tráfico asociados a cada

entorno (cada centro), para posteriormente simular un determinado número de suscriptores

en cada centro. Una vez generados todos los mapas de tráfico necesarios, pasaremos a realizar

las simulaciones.

Para realizar una simulación, o un grupo de simulaciones, seleccionamos la pestaña

Data de la ventana Explorer. Pulsamos el botón derecho sobre la carpeta WiMAX Simulations.

Seleccionamos la opción New y nos aparecerá una nueva ventana en la que definir las

propiedades de la nueva simulación.

- 47 -

Figura 38: Creación de simulaciones.

En la pestaña Source Traffic seleccionamos los mapas de tráfico que queremos utilizar

en la simulación, y los demás campos los dejamos con los valores por defecto que define Atoll.

Figura 39: Elección de los mapas de tráfico a utilizar en la simulación.

- 48 -

Una vez explicado esto, pasaremos a estudiar la capacidad de nuestra red. Para ello,

como dijimos anteriormente, primero caracterizaremos la capacidad máxima de usuarios que

podemos tener en cada centro con la configuración inicial de un único transmisor por sector

en cada estación base. Posteriormente, realizaremos simulaciones con datos reales, añadiendo

si es necesario transmisores a los sectores más cargados.

4.5.1.- Caracterización del número máximo de usuarios.

Como se ha comentado, en este apartado, vamos a caracterizar (aproximadamente) el

número máximo de usuarios que soportaría nuestra red, con la configuración inicial, en cada

uno de los centros. Para ello, partiremos de una densidad inicial de usuarios baja e iremos

incrementándola hasta que nos sature la capacidad (en el enlace descendente) de la estación

base del centro en cuestión. Una vez logremos la congestión de la estación base, veremos el

número de usuarios conectados en cada momento que nos proporcionan las simulaciones. De

esta forma, sabremos el número máximo de usuarios que pueden estar conectados

simultáneamente en cada centro. Notar, que este número máximo de usuarios se obtendrá

para los hábitos de utilización definidos en el apartado 4.3.2 y que se reflejan a continuación.

Usuarios

Tipo de Servicio

Terminal Conexiones

por hora Duración

(segundos)

Volumen de datos en UL

(KBytes)

Volumen de datos en DL

(KBytes)

FTP Download

Terminal móvil

0,01 2.000 15.000

VoIP Terminal

móvil 0,2 240

Web Browsing

Terminal móvil

0,1 700 4.500

Tabla 14: Características de los perfiles de usuario.

Así, una vez que tengamos el número de usuarios que soporta nuestra red, podremos

intuir el número de transmisores que necesitaremos instalar a medida que vayan apareciendo

nuevos usuarios.

Para obtener unos resultados que se acerquen lo máximo posible al comportamiento

de la red en una situación real se realizarán grupos de diez simulaciones.

A continuación se van a detallar los resultados obtenidos para cada uno de los centros

que componen nuestro estudio.

- 49 -

Centro Factor de

carga en el enlace DL (%)

nº medio usuarios conectados

simultáneamente

nº transmisores

instalados

Campus Central 95,67 77 3

Campus Ramón y Cajal 92,22 62 3

Campus Reina Mercedes 85,25 101 6

Facultad Ciencias Educación 87,84 54 3

Facultad Bellas Artes 91,42 65 3

Facultad Ciencias del Trabajo

90,93 98 3

Escuela Politécnica 92,28 70 3

Facultad Medicina 94,85 70 3

Facultad Odontología 91,27 44 3

Facultad Comunicación 91,16 49 3


89,02 97 6

EUITA 96,23 72 3

Tabla 15: Número máximo de usuarios conectados simultáneamente en cada zona de interés

para unas condiciones de carga cercanas a la saturación.

Estos resultados se han obtenido teniendo en cuenta unos factores de carga del 85% al

97% de la capacidad en el enlace descendente en cada estación base. A partir de estos datos,

podremos intuir el número de transmisores necesarios para soportar una determinada

demanda de conexión de usuarios para cada centro en un instante determinado.

Por último, realizaremos un grupo de diez simulaciones, con las densidades de

usuarios por km2 configuradas para obtener el número máximo de usuarios en cada centro,

para ver el comportamiento de la red. En la siguiente tabla se refleja el promedio de los

porcentajes de utilización (en el enlace descendente) asociado a cada uno de los transmisores

presentes en la red.

Campus Site Transmitter DL Traffic Load (%)

Site0_1 100

Site0_2 100 Campus Central Site0

Site0_3 72,97

Site1_1 77,03

Site1_2 86,61 Campus Ramón y

Cajal Site1

Site1_3 87,72

Facultad Bellas Site12 Site12_1 77,65

- 50 -

Site12_2 96,79 Artes

Site12_3 98,72

Site13_1 100

Site13_2 90,39 EUITA Site13

Site13_3 82,85

Site14_1 94,72

Site14_2 67,23 E.U. Politécnica Site14

Site14_3 89,15

Site15_1 83,29

Site15_2 100 Facultad Ciencias

del Trabajo Site15

Site15_3 99,22

Site2_1 87,94

Site2_2 83,78 Site2

Site2_3 42,89

Site3_1 81,57

Site3_2 88,45


Site3

Site3_3 94,66

Site4_1 100

Site4_2 100 Facultad de

Medicina Site4

Site4_3 93,87

Site5_1 100

Site5_2 88,53 Facultad de Odontología

Site5

Site5_3 86,97

Site6_1 78,24

Site6_2 88,44 Facultad de

Comunicación Site6

Site6_3 88,53

Site7_1 92,27

Site7_2 87,15 Site7

Site7_3 76,17

Site8_1 100

Site8_2 100


Site8

Site8_3 94,02

Site9_1 93,37

Site9_2 88,12


Educación Site9

Site9_3 94,01

Tabla 16: Condiciones de carga obtenidas tras simular funcionamiento con el número

máximo de usuarios conectados simultáneamente.

Con esta simulación se consiguen tener conectados una media de 920 usuarios

simultáneamente, con una tasa de rechazo de conexión del 7%. Notar que estos resultados se

obtienen para unas condiciones de carga próximas al 100%, lo que implicará que algunos

sectores se encuentren totalmente saturados impidiendo que se puedan conectar más

usuarios. Por ello, se obtiene una tasa de rechazo del 7%, debido a las condiciones con las que

- 51 -

se ha efectuado la simulación. Además, dentro de esa tasa de rechazo también se situarán los

usuarios cuya relación señal a interferencia-ruido esté por debajo de cero. Aún así, podemos

observar que los resultados de conexión son bastante buenos, puesto que apenas existe

rechazo de usuarios.

4.5.2.- Simulación de un caso real.

Es en este apartado donde vamos a comprobar el comportamiento de la red diseñada

y veremos si es necesario introducir nuevos transmisores.

Como datos de partida de usuarios para realizar las simulaciones nos basaremos en el

número de alumnos matriculados en cada centro. Estos datos se han conseguido a partir de los

datos reflejados en el Anuario Estadístico 06/07 que realiza la Universidad de Sevilla.

A continuación se muestran los alumnos matriculados en cada uno de los centros en el

curso académico 06/07.

Centro Alumnos matriculados

2006/2007 Facultad de Bellas Artes 1136 Facultad de Biología 1689 Facultad de Ciencias de la Educación 4618 Facultad de Ciencias del Trabajo 1612 Facultad de Económicas y Empresariales 3835 Facultad de Comunicación 2800 Facultad de Derecho 3697 Facultad de Farmacia 2160 Facultad de Filología 1882 Facultad de Filosofía 281 Facultad de Física 397 Facultad de Geografía e Historia 2493 Facultad de Matemáticas 581 Facultad de Medicina 1685 Facultad de Odontología 492 Facultad de Psicología 1692 Facultad de Química 894 E.T.S de Arquitectura 3497 E.T.S de Informática 3448 E.T.S de Ingenieros 4543 E.U. de Arquitectura Técnica 2507 E.U. de Ciencias de la Salud 1110 E.U. de Estudios Empresariales 4636 E.U. de Ingeniería Técnica Agrícola (EUITA) 1331 E.U Politécnica 2029 55045

Tabla 17: Alumnos matriculados en cada centro de la US en el curso 06/07.

- 52 -

El número de alumnos que forman parte de cada uno de los Campus que se han

considerado son los siguientes:


Centro Nº alumnos

Facultad de Biología 1689

E.U. de Arquitectura Técnica

2507

E.T.S. de Arquitectura 3497 Facultad de Farmacia 2160 Facultad de Química 894

Facultad de Matemáticas 581

Facultad de Física 397 E.T.S. de Informática 3448 15173

Campus Cartuja Centro Nº alumnos

E.T.S. de Ingenieros 4543

Facultad de Comunicación 2800

7343

Campus Macarena Centro Nº alumnos

Facultad de Odontología 492

E.U. de Ciencias de la Salud

1110

Facultad de Medicina 1685 3287

Campus Central Centro Nº alumnos

Facultad de Derecho 3697 Facultad de Filología 1882 Facultad de Geografía e Historia

2493

8072

- 53 -

Campus Ramón y Cajal Centro Nº alumnos

Facultad de Filosofía 281 Facultad de Psicología 1692

Facultad de Económicas y Empresariales

3835

E.U. de Estudios Empresariales 4636

10444

Otros Centro Nº alumnos

Facultad de Bellas Artes 1136 Facultad de Ciencias de la Educación

4618


1612

E.U. Politécnica 2029 E.U. de Ingenieros Técnicos Agrícolas

1331

10726 Tabla 18: Número de alumnos que conforman cada uno de las zonas de interés.

Una vez sabemos el número total de alumnos que existen en la Universidad de Sevilla,

vamos a distinguir en nuestro estudio diferentes casos de porcentajes de utilización. Para la

elección de dichos porcentajes de utilización, se han tenido en cuenta las siguientes

consideraciones:

1. No todos los alumnos van a estar presentes simultáneamente en los diferentes

centros.

2. Sólo una porción de los alumnos que estén presentes en cada uno de los centros se

conectará a la red (no se conectarán todos en el mismo intervalo de tiempo).

3. Existirá una pequeña parte de usuarios que posean dispositivos de usuario WiMAX.

Esto se debe a que actualmente no se dispone de una gran cantidad de dispositivos de

usuario móviles, puesto que están en fase de desarrollo y certificación. Además, los

precios de dichos dispositivos puede que no estén al alcance de todos.

Por tanto, inicialmente no existirá una gran cantidad de usuarios que vayan a

conectarse a la red WiMAX, por lo que vamos a realizar el estudio para dos porcentajes de

utilización: 1% y 2%. Con estos porcentajes de utilización y teniendo en cuenta el total de

alumnos que existen en cada centro, obtenemos el número de usuarios que estarán pidiendo

conexión en un instante determinado.

- 54 -

En los apartados siguientes se va a modelar la red para tener conectados

simultáneamente ese número de usuarios. Obviamente, estas condiciones de carga serán más

exigentes que las condiciones en funcionamiento normal, puesto que no siempre todos esos

posibles usuarios demandarán conexión instantáneamente. Así, habrá instantes en los que

estarán conectados todos y momentos en los que el número de usuarios conectados sea

inferior.

4.5.2.1.- Simulación porcentaje utilización 1%.

En la siguiente tabla se puede observar el número de usuarios que existirán en cada

uno de los centros con el porcentaje de utilización considerado. Como se ha comentado con

anterioridad, se dimensionará cada estación base de la red para que sea capaz de soportar la

conexión simultánea de los suscriptores existentes en su centro.

Centro Porcentaje de

utilización Nº usuarios

Transmisores a instalar

Campus Central 1% 81 4

Campus Ramón y Cajal 1% 104 7

Campus Reina Mercedes 1% 152 12

Facultad Ciencias Educación 1% 46 3

Facultad Bellas Artes 1% 11 1

Facultad Ciencias del Trabajo 1% 16 1

Escuela Politécnica 1% 20 1

Facultad Medicina 1% 17 1

Facultad Odontología 1% 16 1

Facultad Comunicación 1% 28 2

Escuela Técnica Superior de Ingenieros 1% 45 4

EUITA 1% 13 1

Tabla 19: Número de alumnos presentes en cada centro y transmisores necesarios para un

porcentaje del 1%.

Como se puede observar, los centros con mayor densidad de alumnos requerirán que

se instale un número mayor de transmisores. Notar que el número de transmisores a instalar

se obtiene a partir de los datos reflejados en el apartado 4.5.1, y que se han diseñado para

obtener una carga en el enlace descendente de cada estación base en torno al 75%.

Vemos que en la gran mayoría de los centros no será necesario instalar nuevos

transmisores, sin embargo, existen centros para los que la configuración inicial de red no es

- 55 -

suficiente. Por tanto, deberemos instalar nuevos transmisores en aquellos emplazamientos en

los que sea necesario, y en los que no sea necesario, dejaremos el número de transmisores

instalados originalmente (3 transmisores por estación base) para poder comprobar el

funcionamiento de la red planteada.

Las características de cada uno de los transmisores que forman parte de las diferentes

estaciones base instaladas son las que se muestran a continuación:

Ubicación Transmisor Altura

(m) Azimut

(°)

Mechanical Downtilt

(°)


(dBm)

Canal asignado

Site0_1 20 302 5 30 0

Site0_2 20 62 5 30 1

Site0_3 20 182 5 30 2 Campus Central

Site0_4 20 302 5 30 3

Site1_1 20 78 5 30 0

Site1_2 20 198 5 30 1

Site1_3 20 318 5 30 2

Site1_4 20 78 5 30 3

Site1_5 20 198 5 30 4

Site1_6 20 318 5 30 5


Site1_7 20 78 5 30 6

Site12_1 20 0 10 30 0

Site12_2 20 120 10 30 1 Facultad Bellas

Artes Site12_3 20 240 10 30 2

Site13_1 20 325 5 30 0

Site13_2 20 85 5 30 1 EUITA

Site13_3 20 205 5 30 2

Site14_1 20 0 10 30 0

Site14_2 20 120 10 30 1 E.U. Politécnica

Site14_3 20 240 10 30 2

Site15_1 20 339 10 30 0

Site15_2 20 99 10 30 1 Facultad Ciencias

del Trabajo Site15_3 20 219 10 30 2

Site2_1 20 0 5 30 0

Site2_2 20 120 5 30 1

Site2_3 20 240 5 30 2

Site2_4 20 0 5 30 3

Site2_5 20 120 5 30 4

Site2_6 20 240 5 30 5

Site3_1 20 40 5 30 0

Site3_2 20 160 5 30 2

Site3_3 20 280 5 30 1


Site3_4 20 40 5 30 3

- 56 -

Site3_5 20 160 5 30 5

Site3_6 20 280 5 30 4

Site4_1 20 45 5 30 0

Site4_2 20 165 5 30 1 Facultad de

Medicina Site4_3 20 285 5 30 2

Site5_1 20 37 0 30 0

Site5_2 20 157 0 30 1 Facultad de Odontología

Site5_3 20 277 0 30 2

Site6_1 20 0 0 28,5 0

Site6_2 20 120 0 28,5 1 Facultad de

Comunicación Site6_3 20 240 0 28,5 2

Site7_1 20 345 5 30 2

Site7_2 20 105 5 30 0

Site7_3 20 225 5 30 1

Site8_1 20 326 5 30 1

Site8_2 20 86 5 30 0


Site8_3 20 206 0 30 2

Site9_1 20 0 0 30 0

Site9_2 20 120 0 30 1 Facultad Ciencias de la Educación

Site9_3 20 240 0 30 2

Tabla 20: Características de cada uno de los transmisores instalados para soportar un

porcentaje del 1%.

Para poder soportar las características demandadas para esta simulación ha sido

necesario instalar un total de 53 transmisores.

Llegados a este punto podemos preguntarnos por qué necesitamos instalar un número

de transmisores mayor que en la configuración inicial (3 transmisores por estación base) si el

número total de usuarios a los que vamos a dar servicio en este caso es inferior al número

máximo de usuarios a los que podíamos dar acceso antes (recuérdese que se daba servicio a

unos 900 usuarios simultáneamente). Es decir, si con los 42 transmisores instalados

originalmente damos servicio a unos 900 usuarios, por qué son necesarios estos 53

transmisores para dar servicio a 550 usuarios. Pues bien, la principal razón es que estamos

modelando cada estación base para que dé servicio únicamente a los usuarios presentes en su

Campus. Así, mientras en el caso anterior teníamos todos los sectores con unas cargas

cercanas a la saturación, en este caso tendremos sectores en los que las cargas de tráfico serán

pequeñas, permitiendo un incremento en el número de suscriptores de estos centros y por

consiguiente, en el número total de usuarios de la red. Por tanto, si en este caso hiciéramos

funcionar el sistema en unas condiciones de carga cercanas a la saturación podríamos obtener

un número de usuarios superior a los 900 obtenidos con la configuración inicial.

A continuación, se mostrarán los resultados que se obtienen tras simular el

comportamiento de nuestra red para cada uno de los centros, indicándose las cargas en los

- 57 -

enlaces descendente y ascendente, el nivel de ruido y las tasas de tráfico requeridas en ambos

sentidos.

Campus Central

nº usuarios conectados: 82 probabilidad rechazo (%): 3,9

Transmisor

Carga de tráfico

enlace DL (%)

Carga de tráfico

enlace UL (%)

Nivel de ruido

enlace UL (dB)

Tasa de tráfico enlace

DL (kbps)


UL (kbps)

Site0_1 77,58 1,19 0,44 8.927,92 259,60

Site0_2 95,48 1,78 0,52 11.457,27 376,42

Site0_3 74,20 0,88 1,25 7.418,10 194,64

Site0_4 85,19 1,11 0,12 9.955,15 240,48



Transmisor

Carga de tráfico

enlace DL (%)

Carga de tráfico

enlace UL (%)

Nivel de ruido

enlace UL (dB)


DL (kbps)


UL (kbps)

Site1_1 50,458 0,872 0,034 5930,5 193,448

Site1_2 74,444 0,354 0,398 5.970,45 73,486

Site1_3 98,562 0,996 0,388 7605,28 217,76

Site1_4 74,188 1,256 2,662 7796,768 274,484

Site1_5 81,51 0,798 0,146 7946,614 173,788

Site1_6 73,692 0,746 0,854 6299,724 164,524

Site1_7 73,188 0,834 0,32 7471,474 180,5



Transmisor

Carga de tráfico

enlace DL (%)

Carga de tráfico

enlace UL (%)

Nivel de ruido

enlace UL (dB)


DL (kbps)


UL (kbps)

Site2_1 83,554 0,944 0,154 7640,894 200,63

Site2_2 82,696 0,818 1,59 5166,248 174,98

Site2_3 60,252 0,728 1,038 4764,114 152,476

Site2_4 77,768 0,844 0,706 6840,096 180,434

Site2_5 80,722 0,562 2,174 6636,892 114,554

Site2_6 25,072 0,774 1,218 2031,344 156,174

Site3_1 40,656 0,492 2,56 4265,348 97,844

Site3_2 72,696 0,804 0,438 6199,854 178,044

- 58 -

Site3_3 61,5 0,584 1,646 4035,106 125,382

Site3_4 58,178 0,552 2,88 5833,672 115,156

Site3_5 56,466 0,856 2,526 5679,356 177,722

Site3_6 82,004 0,81 1,398 4471,406 169,838



Transmisor

Carga de tráfico

enlace DL (%)

Carga de tráfico

enlace UL (%)

Nivel de ruido

enlace UL (dB)

Tasa de tráfico enlace DL

(kbps)


UL (kbps)

Site9_1 71,928 0,918 0,35 6570,776 200,578

Site9_2 88,558 0,6 0,816 7165,868 133,76

Site9_3 71,656 0,808 0,364 5870,624 175,682


nº usuarios conectados: 11 probabilidad rechazo (%): 0

Transmisor

Carga de tráfico

enlace DL (%)

Carga de tráfico

enlace UL (%)

Nivel de ruido

enlace UL (dB)

Tasa de tráfico enlace DL

(kbps)


UL (kbps)

Site12_1 22,48 0,134 0 1880,854 30,45

Site12_2 17,304 0,11 1,638 1476,218 24,086

Site12_3 26,268 0,176 0,114 2044,174 40,12



Transmisor

Carga de tráfico

enlace DL (%)

Carga de tráfico

enlace UL (%)

Nivel de ruido

enlace UL (dB)


DL (kbps)


UL (kbps)

Site15_1 11,076 0,02 0,058 1502,2 4,536

Site15_2 36,298 0,3 0,132 4620,852 67,32

Site15_3 26,096 0,178 0,164 3909,644 40,12

Escuela Universitaria Politécnica


Transmisor

Carga de tráfico

enlace DL (%)

Carga de tráfico

enlace UL (%)

Nivel de ruido

enlace UL (dB)


DL (kbps)


UL (kbps)

Site14_1 39,096 0,89 1,216 5622,874 197,332

Site14_2 9,284 0,546 0,414 1079,468 120,684

Site14_3 21,026 0,71 1,924 3162,434 154,74

- 59 -



Transmisor

Carga de tráfico

enlace DL (%)

Carga de tráfico

enlace UL (%)

Nivel de ruido

enlace UL (dB)


DL (kbps)


UL (kbps)

Site13_1 24,756 0,212 0,002 1593,082 46,552

Site13_2 26,672 0,234 0,012 2541,352 50,38

Site13_3 19,59 0,1 0,108 2011,426 22,44



Transmisor

Carga de tráfico

enlace DL (%)

Carga de tráfico

enlace UL (%)

Nivel de ruido

enlace UL (dB)


DL (kbps)


UL (kbps)

Site4_1 17,344 0,246 0,252 2487,32 55,348

Site4_2 27,412 0,248 0,026 2289,846 55,352

Site4_3 18,08 0,474 0,01 2327,48 104,094



Transmisor

Carga de tráfico

enlace DL (%)

Carga de tráfico

enlace UL (%)

Nivel de ruido

enlace UL (dB)


DL (kbps)


UL (kbps)

Site5_1 35,446 0,346 0,112 2282,826 74,878

Site5_2 63,222 0,654 0,314 4012,628 123,24

Site5_3 29,844 0,512 0,252 2662,474 101,232



Transmisor

Carga de tráfico

enlace DL (%)

Carga de tráfico

enlace UL (%)

Nivel de ruido

enlace UL (dB)


DL (kbps)


UL (kbps)

Site7_1 36,092 0,384 0,79 2545,456 83,978

Site7_2 22,578 0,04 1,394 2073,384 9,254

Site7_3 42,18 0,394 3,154 2731,222 85,964

Site8_1 71,184 0,554 4,548 5933,576 108,1

Site8_2 42,854 0,382 1,772 4775,014 84,522

Site8_3 26,144 0,186 0,462 1548,378 37,088

- 60 -



Transmisor

Carga de tráfico

enlace DL (%)

Carga de tráfico

enlace UL (%)

Nivel de ruido

enlace UL (dB)


DL (kbps)


UL (kbps)

Site6_1 48,382 0,644 0,214 3624,75 138,182

Site6_2 59,094 0,554 4,562 4175,05 113,032

Site6_3 54,904 0,768 2,838 4333,826 144,516

Tabla 21: Resultados obtenidos en la simulación para un porcentaje de utilización del 1%.

Podemos reseñar que las estaciones base más críticas son las que se ubican en el

Campus Central, Campus Ramón y Cajal, y en el Campus de Reina Mercedes, puesto que es en

estos lugares donde existe un mayor número de usuarios. Puesto que estos datos reflejan el

comportamiento de la red en un instante concreto, podemos determinar que incluso en el

peor de los casos (todos los usuarios queriéndose conectar a la vez) obtenemos un

funcionamiento aceptable, ya que la red no satura.

Reseñar también que las probabilidades de rechazo que se obtienen se encuentran

dentro de un margen aceptable, ya que en todos los casos se tiene una probabilidad de

rechazo de conexión inferior al 8%. Como puede observarse, las mayores tasas de rechazo se

obtienen en el Campus de Reina Mercedes, en el Campus Macarena y en el Campus Cartuja. En

estos Campus, los usuarios reciben unas mayores interferencias, lo que hace que empeore la

relación señal a ruido-interferencia, haciendo que ésta sea vuelva negativa y no posibilitando

que el usuario se conecte. Esto se debe a la proximidad entre estaciones base y a que existen

transmisores interferentes que emiten en el mismo canal (pese a que se intentó minimizar

mediante los esquemas de reutilización de frecuencia). Aún así, los resultados conseguidos son

satisfactorios.

Para poder simular la conexión del 1% de los alumnos matriculados en la Universidad

de Sevilla ha sido necesario introducir unas determinadas densidades de usuario por km2 en

cada uno de los entornos existentes. En la tabla a continuación, se muestran los valores

introducidos:

- 61 -

Entorno Densidad

(Subscribers/km²)

Bellas artes 24.700

Ciencias del trabajo 12.700

Ciencias Educación 45.200

ESI 8.625

EUITA 2.100

Facultad comunicación 25.400

Facultad Medicina 3.900

Facultad Odontología 11.600

Politécnica 17.000

Ramón y Cajal 32.200

Rectorado 25.000

Reina Mercedes 12.000

Tabla 22: Densidades de usuarios utilizadas para simular el número de usuarios necesarios.

En las siguientes imágenes se muestran las localizaciones geográficas de todos estos

usuarios diferenciados por colores según el tipo de conexión que solicitan. Los datos que

caracterizan a cada uno de estos usuarios se muestran en la tabla que aparece en el Apéndice

A de este documento.

Figura 40: Localización de los usuarios simulados, diferenciados por el estado de

conexión, en el Campus Cartuja y Campus Macarena.

- 62 -


conexión, en las Facultades de Bellas Artes, Ciencias del Trabajo, en el Campus

Central y en la E.U. Politécnica.


conexión, en el Campus Ramón y Cajal y en la Facultad de Ciencias de la Educación.

- 63 -


conexión, en el Campus Reina Mercedes.


conexión, en la E.U. Ingenieros Técnicos Agrícolas.

Resumiendo, con la estructura de red presentada en este apartado, somos capaces de

conseguir que se conecten a la red en un instante determinado 510 usuarios de un total de

538 usuarios requiriendo conexión, lo que nos proporciona una probabilidad de rechazo del

5.2%.

Por tanto, podemos concluir que hemos cumplido el objetivo de dar servicio a la

población de alumnos considerada. Además, hemos de tener en cuenta que el número de

- 64 -

usuarios presentes en nuestra red no fluctuará excesivamente a lo largo de los años, puesto

que el número de alumnos matriculados cada año se mantiene más o menos constante. Por

este motivo, se considera una solución eficiente la planteada en este estudio, no siendo

necesario el sobredimensionamiento para atender futuras demandas, ya que este

sobredimensionamiento inicial incrementaría los costes de implantación de la red WiMAX

diseñada.

Una vez obtenidos los resultados de la simulación, en cuanto a los valores de nivel de

ruido en el enlace ascendente, y de carga de tráfico en los enlaces ascendente y descendente

para una situación real, podemos realizar estudios de cobertura específicos para redes WiMAX

que nos permitirán determinar la calidad de la red.

Antes de proceder a realizar el proceso medición de calidad de la red, debemos

actualizar los valores de carga de los enlaces ascendente y descendente, así como la tasa de

ruido mediante los resultados obtenidos en la simulación. Para ello, debemos seleccionar la

pestaña Data de la ventana Explorer. Desplegamos el contenido la carpeta WiMAX Simulations,

nuevamente desplegamos la carpeta en la que se encuentra la simulación de la que queremos

cargar los resultados. A continuación, pulsamos dos veces sobre la simulación y nos aparecerá

la ventana que se muestra en la figura. Seleccionamos la pestaña Cells y pulsamos el botón

Commit Results. Automáticamente se cargarán los resultados de las columnas DL Traffic

Load(%), UL Traffic Load(%) y UL Noise Rise (dB).

A partir de este momento, podremos realizar los estudios de calidad basándonos en

los resultados obtenidos.

Figura 45: Pestaña Cells de la simulación generada.

- 65 -

En lo que sigue, se mostrarán los resultados de los siguientes estudios de calidad:

1. Estudio de cobertura del nivel de C/(N+I): La relación del nivel de potencia de señal

frente a ruido-interferencia es un parámetro que mide la calidad con que llega al

receptor la señal radioeléctrica que le proporciona servicio de red. Siempre que

C/(N+I) sea mayor que cero la conexión será viable, sin embargo, cuanto mayor sea su

valor se conseguirá una mayor robustez frente a interrupciones y una mayor velocidad

de transferencia de datos. Mediante estos estudios podremos determinar la calidad

de la señal recibida en cada Campus de la red. Estos estudios se realizarán para los

diferentes tipos de servicio, por usuario y movilidad, en el enlace descendente y

ascendente.

Para realizar este tipo de predicciones, seleccionamos la pestaña Data de la ventana

Explorer. Pulsamos el botón derecho sobre la carpeta Predictions y seleccionamos la

opción New. A continuación, nos aparecerá una ventana con los diferentes tipos de

estudio, seleccionaremos Coverage by C/(I+N) Level (DL) o Coverage by C/(I+N) Level

(UL), pulsamos Ok y nos aparecerá una ventana como la siguiente:

Figura 46: Creación de estudio de calidad de red.

En la pestaña Condition seleccionaremos el terminal (terminal móvil en nuestro caso),

el tipo de movilidad (pedestrian, en nuestro caso) y el servicio (FTP, VoIP o Web) para

el que queremos realizar el estudio. En la pestaña Display seleccionaremos el modo de

visualización, y en la pestaña General le asignaremos un nombre a nuestro estudio.

Una vez hemos creado el estudio debemos forzar a que Atoll lo calcule, para ello,

pulsamos el botón derecho del ratón sobre el nuevo estudio y seleccionamos la

opción Calculate.

- 66 -

A continuación, se mostrará el resultado de dichos estudios para los diferentes tipos

de servicio, tanto en el enlace descendente como en el ascendente.

� Relación C/(I+N) en el enlace descendente (DL):

Figura 47: Estudio de cobertura por nivel de relación C/(I+N) en el enlace

descendente para el servicio FTP.

- 67 -


descendente para el servicio VoIP.

- 68 -


descendente para el servicio Web.

Según se ha podido observar, en la práctica totalidad de los Campus existen

relaciones C/(I+N) por encima de cero. Sin embargo, existirán algunos puntos

dentro de determinados centros en los que se tiene que esta relación puede

ser inferior a cero. Esto es debido a que en las simulaciones se han obtenido

algunos usuarios con relaciones C/(I+N) por debajo de cero, aún así este

comportamiento es mínimo dentro de la población de usuarios.

Este hecho se muestra en detalle en la siguiente figura, en la que se observa

las Escuela Superior de Ingenieros, la Facultad de Comunicación y el Campus

Macarena.

- 69 -

Figura 50: Relación C/(N+I) por encima de 0 dB en el enlace descendente.

� Relación C/(I+N) en el enlace ascendente (UL):


ascendente para el servicio FTP.

- 70 -


ascendente para el servicio VoIP.


ascendente para el servicio Web.

- 71 -

Como puede observarse, para todos los servicios tenemos una relación

C/(I+N) muy buena en el enlace ascendente, ello es debido a que en las

simulaciones prácticamente la totalidad de los usuarios poseían unos niveles

de C/(I+N) en el UL por encima de los 20 dB.

2. Estudio de cobertura de la tasa máxima disponible de transmisión de datos:

Mediante este estudio podremos conocer la tasa máxima de datos que se podría

alcanzar en los enlaces descendente y ascendente en cada canal. Esta tasa podría ser

asignada a un único usuario (en caso de necesitarla) o estar repartida entre varios

usuarios (mediante subcanalización).

Para realizar este tipo de predicciones, seleccionamos la pestaña Data de la ventana

Explorer. Pulsamos el botón derecho sobre la carpeta Predictions y seleccionamos la

opción New. A continuación, nos aparecerá una ventana con los diferentes tipos de

estudio, seleccionaremos Coverage by Channel Throughput (DL) o Coverage by

Channel Throughput (UL), pulsamos Ok y nos aparecerá una ventana como la

siguiente:

Figura 54: Creación de estudio de cobertura para Throughput de canal.

En la pestaña Condition seleccionaremos el terminal (terminal móvil en nuestro caso),

el tipo de movilidad (pedestrian, en nuestro caso) y el servicio (FTP, VoIP o Web) para

el que queremos realizar el estudio. En la pestaña Display seleccionaremos el modo de

visualización, y en la pestaña General le asignaremos un nombre a nuestro estudio.

Una vez hemos creado el estudio debemos forzar a que Atoll lo calcule, para ello,

pulsamos el botón derecho del ratón sobre el nuevo estudio y seleccionamos la

opción Calculate.

- 72 -

En nuestro caso particular, se tiene que la mayor tasa que es requerida por un usuario

en el enlace descendente es de 1000 kbps (servicio FTP), mientras que la mayor tasa

requerida por un usuario en el enlace ascendente es de 100 kbps (servicio FTP). Sin

embargo, se podrían conseguir velocidades muy superiores a las requeridas.

A continuación, se mostrará el resultado de dichos estudios para los diferentes tipos

de servicio, tanto en el enlace descendente como en el ascendente.

� Tasa máxima disponible de transmisión de datos en el enlace descendente

(DL):

Figura 55: Estudio de cobertura de tasa máxima disponible en el canal


- 73 -



- 74 -



- 75 -

� Tasa máxima disponible de transmisión de datos en el enlace ascendente (UL):



- 76 -



- 77 -



- 78 -

4.5.2.2.- Simulación porcentaje utilización 2%.

En este apartado se llevará a cabo un estudio similar al del apartado anterior, con la

salvedad de que ahora consideraremos un porcentaje de utilización del 2%. Como ya se ha

comentado en anteriores apartados, se dimensionará la red para que sea capaz de soportar la

conexión simultánea de ese 2% de los alumnos (aproximadamente 1100 alumnos)

considerado.

Centro Porcentaje de

utilización nº usuarios

Transmisores a instalar

Campus Central 2% 161 9

Campus Ramón y Cajal 2% 209 14

Campus Reina Mercedes 2% 303 24

Facultad Ciencias Educación 2% 92 7

Facultad Bellas Artes 2% 23 2

Facultad Ciencias del Trabajo 2% 32 2

Escuela Politécnica 2% 41 3

Facultad Medicina 2% 34 2

Facultad Odontología 2% 32 3

Facultad Comunicación 2% 56 5


2% 91 8

EUITA 2% 27 2

Tabla 23: Número de usuarios y transmisores a instalar.

Como se puede observar, para ser capaces de soportar una demanda instantánea del

2% de los alumnos de la Universidad de Sevilla vamos a necesitar una gran cantidad de

transmisores. Obviamente, esos usuarios considerados no estarán conectados todo el tiempo

simultáneamente, por lo que nuestra red estará un tanto sobredimensionada para ser capaz

de atender la demanda de ese 2% de alumnos en un instante determinado.

Vemos que en una parte de los centros no será necesario instalar nuevos transmisores,

sin embargo, existen centros para los que la configuración inicial de red no es suficiente. Por

tanto, deberemos instalar nuevos transmisores en aquellos emplazamientos en los que sea

necesario, y en los que no sea necesario, dejaremos el número de transmisores instalados

originalmente (3 transmisores por estación base) para poder comprobar el funcionamiento de

la red planteada.

Las características de cada uno de los transmisores que forman parte de las diferentes

estaciones base instaladas son las que se muestran a continuación:

- 79 -

Ubicación Transmisor Altura

(m) Azimut

(°)

Mechanical Downtilt

(°)


(dBm)

Canal asignado

Site0_1 20 302 5 30 0

Site0_2 20 62 5 30 1

Site0_3 20 182 5 30 2

Site0_4 20 302 5 30 3

Site0_5 20 62 5 30 4

Site0_6 20 182 5 30 5

Site0_7 20 302 5 30 6

Site0_8 20 62 5 30 7

Campus Central

Site0_9 20 182 5 30 8

Site1_1 20 78 5 30 0

Site1_2 20 198 5 30 9

Site1_3 20 318 5 30 10

Site1_4 20 78 5 30 11

Site1_5 20 198 5 30 12

Site1_6 20 318 5 30 13

Site1_7 20 78 5 30 1

Site1_8 20 198 5 30 2

Site1_9 20 318 5 30 3

Site1_10 20 78 5 30 4

Site1_11 20 198 5 30 5

Site1_12 20 318 5 30 6

Site1_13 20 78 5 30 7


Site1_14 20 198 5 30 8

Site12_1 20 0 10 30 0

Site12_2 20 120 10 30 1 Facultad de Bellas

Artes Site12_3 20 240 10 30 2

Site13_1 20 325 5 30 0

Site13_2 20 85 5 30 1 EUITA

Site13_3 20 205 5 30 2

Site14_1 20 0 10 30 0

Site14_2 20 120 10 30 1 E.U. Politécnica

Site14_3 20 240 10 30 2

Site15_1 20 339 10 30 0


Ciencias del Trabajo Site15_3 20 219 10 30 2

Site2_1 20 0 5 30 0

Site2_2 20 120 5 30 9

Site2_3 20 240 5 30 10

Site2_4 20 0 5 30 11

Site2_5 20 120 5 30 1

Site2_6 20 240 5 30 2


Site2_7 20 0 5 30 3

- 80 -

Site2_8 20 120 5 30 4

Site2_9 20 240 5 30 5

Site2_10 20 0 5 30 6

Site2_11 20 120 5 30 7

Site2_12 20 240 5 30 8

Site3_1 20 40 5 30 0

Site3_2 20 160 5 30 9

Site3_3 20 280 5 30 11

Site3_4 20 40 5 30 10

Site3_5 20 160 5 30 2

Site3_6 20 280 5 30 1

Site3_7 20 40 5 30 3

Site3_8 20 160 5 30 5

Site3_9 20 280 5 30 4

Site3_10 20 40 5 30 6

Site3_11 20 160 5 30 8

Site3_12 20 280 5 30 7

Site4_1 20 45 5 30 0


Medicina Site4_3 20 285 5 30 2

Site5_1 20 37 0 30 0

Site5_2 20 157 0 30 1 Facultad de Odontología

Site5_3 20 277 0 30 2

Site6_1 20 0 0 28,5 0

Site6_2 20 120 0 28,5 1

Site6_3 20 240 0 28,5 2

Site6_4 20 0 0 28,5 3


Site6_5 20 120 0 28,5 4

Site7_1 20 345 5 30 2

Site7_2 20 105 5 30 0

Site7_3 20 225 5 30 1

Site7_4 20 105 5 30 3

Site8_1 20 326 5 30 1

Site8_2 20 86 5 30 0

Site8_3 20 206 0 30 2


Site8_4 20 86 5 30 3

Site9_1 20 0 0 30 0

Site9_2 20 120 0 30 1

Site9_3 20 240 0 30 2

Site9_4 20 0 0 30 3

Site9_5 20 120 0 30 4

Site9_6 20 240 0 30 5


Educación

Site9_7 20 0 0 30 6

Tabla 24: Características de los transmisores instalados.

- 81 -

En este caso, ha sido necesario instalar un total de 85 transmisores para poder

soportar los requerimientos de capacidad demandados por los usuarios. En los

emplazamientos en los que el número de transmisores necesarios era inferior a tres, se han

dejado tres transmisores, puesto que son los que se instalaron en el planteamiento de la red

original.

A continuación, se mostrarán los resultados que se obtienen tras simular el

comportamiento de nuestra red para cada uno de los centros, indicándose las cargas en los

enlaces descendente y ascendente, el nivel de ruido y las tasas de tráfico requeridas en ambos

sentidos

Campus Central


Transmisor

Carga de tráfico

enlace DL (%)

Carga de tráfico

enlace UL (%)

Nivel de ruido

enlace UL (dB)

Tasa de tráfico

enlace DL (kbps)

Tasa de tráfico

enlace UL (kbps)

Site0_1 93,9 1,47 1,04 11772,98 305,36

Site0_2 85,94 0,86 0,7 7501,95 180,85

Site0_3 80,32 1 0,61 8470,63 202,06

Site0_4 83,2 1,39 1,77 12127,31 300,94

Site0_5 69,54 0,84 1,51 7268,73 176,89

Site0_6 88,81 0,93 0,6 8976,61 204,78

Site0_7 88,77 1,4 0,51 10190,94 300,64

Site0_8 84,4 0,62 3,32 8651,26 137,2

Site0_9 57,36 1,03 0,31 6289,6 219,04



Transmisor

Carga de tráfico

enlace DL (%)

Carga de tráfico

enlace UL (%)

Nivel de ruido

enlace UL (dB)

Tasa de tráfico

enlace DL (kbps)

Tasa de tráfico

enlace UL (kbps)

Site1_1 77,88 1,15 0,41 9140,97 256,32

Site1_2 74,37 0,89 0,77 6554,71 195,39

Site1_3 62,36 0,69 1,83 5803,21 151,36

Site1_4 70,45 1,53 3,73 7354,19 291,14

Site1_5 86,43 0,98 0,38 7725,19 213,92

Site1_6 71,35 1,24 0,82 6464,55 250,1

Site1_7 76,27 0,77 2,41 7777,93 171,84

Site1_8 80,33 0,84 0,62 7281,64 170,37

Site1_9 52,53 0,79 0,94 5001,94 175

Site1_10 70,97 0,68 0,32 8874,9 142,33

Site1_11 61,17 0,79 0,75 6366,81 171,9

Site1_12 79,38 0,58 1 8194 124,22

- 82 -

Site1_13 88,21 0,83 0,92 7222,46 183,29

Site1_14 77,89 0,61 0,11 7112,02 137,35



Transmisor

Carga de tráfico

enlace DL (%)

Carga de tráfico

enlace UL (%)

Nivel de ruido

enlace UL (dB)

Tasa de tráfico

enlace DL (kbps)

Tasa de tráfico

enlace UL (kbps)

Site9_1 59,89 0,72 0,49 4758,17 155,54

Site9_2 95,14 0,66 0,61 8399,52 130,44

Site9_3 52,08 0,83 1,56 4072,8 177,08

Site9_4 65,93 0,66 0,57 5335,35 107,88

Site9_5 81,12 0,73 1,5 5834,7 160,2

Site9_6 79,36 0,78 1,4 6066,45 163,9

Site9_7 46 0,64 0,17 3893,52 137,62



Transmisor

Carga de tráfico

enlace DL (%)

Carga de tráfico

enlace UL (%)

Nivel de ruido

enlace UL (dB)

Tasa de tráfico

enlace DL (kbps)

Tasa de tráfico

enlace UL (kbps)

Site2_1 86,89 0,72 0,77 7842,84 150,43

Site2_2 54,75 0,73 3,25 4058,74 160,93

Site2_3 62,65 0,66 0,64 3785,09 141,01

Site2_4 77,46 1,01 0,12 6974 219,82

Site2_5 61,78 0,66 0,99 5319,3 144,68

Site2_6 60,26 0,38 1,1 4775,68 82,15

Site2_7 97,02 1,24 2,17 7934,72 270,45

Site2_8 66,94 0,35 0,86 6420,9 79,49

Site2_9 36,05 0,7 2,78 3708,94 152,67

Site2_10 88,02 0,73 1,31 8071,18 149,76

Site2_11 76,44 0,82 1,75 5215,16 178,01

Site2_12 79,63 0,33 1,33 6191,23 67,32

Site3_1 58,21 0,54 2,17 5044,29 118,56

Site3_2 74,57 0,74 0,06 6999,11 162,94

Site3_3 59,07 0,53 1,91 4251,5 114,63

Site3_4 35,99 0,34 1,42 2999,47 77,51

Site3_5 74,42 0,77 0,08 5515,65 170,99

Site3_6 38,12 0,46 0,78 3514,22 93,79

Site3_7 58,32 0,42 1,55 4536,19 81,91

Site3_8 79,62 0,77 0,77 7889,64 163,93

Site3_9 78,5 0,71 0,9 5250,87 158,42

Site3_10 74,89 0,57 1,43 5304,02 116,1

Site3_11 69,03 1,14 0,38 5789,87 241,34

Site3_12 87,28 0,58 1,86 5931,19 125,26

- 83 -



Transmisor

Carga de tráfico

enlace DL (%)

Carga de tráfico

enlace UL (%)

Nivel de ruido

enlace UL (dB)

Tasa de tráfico

enlace DL (kbps)

Tasa de tráfico

enlace UL (kbps)

Site12_1 32,832 0,668 0,61 2519,908 144,044

Site12_2 55,474 0,488 1,422 6183,348 105,574

Site12_3 23,062 0,2 0,546 2596,398 44,466



Transmisor

Carga de tráfico

enlace DL (%)

Carga de tráfico

enlace UL (%)

Nivel de ruido

enlace UL (dB)

Tasa de tráfico

enlace DL (kbps)

Tasa de tráfico

enlace UL (kbps)

Site15_1 32,92 0,56 0,84 3338,08 125,72

Site15_2 65,33 1,05 2,52 9447,53 233,28

Site15_3 14,93 0,38 1,17 1794,47 83,87

Escuela Universitaria Politécnica


Transmisor

Carga de tráfico

enlace DL (%)

Carga de tráfico

enlace UL (%)

Nivel de ruido

enlace UL (dB)

Tasa de tráfico

enlace DL (kbps)

Tasa de tráfico

enlace UL (kbps)

Site14_1 59,67 0,57 1,48 8774,72 127,53

Site14_2 67,96 0,51 0,83 5795,81 114,64

Site14_3 75,58 0,68 0,29 9624,38 148,67



Transmisor

Carga de tráfico

enlace DL (%)

Carga de tráfico

enlace UL (%)

Nivel de ruido

enlace UL (dB)

Tasa de tráfico

enlace DL (kbps)

Tasa de tráfico

enlace UL (kbps)

Site13_1 59,05 0,77 0,11 4614,17 164,18

Site13_2 48,1 0,49 0,48 5801,25 92,1

Site13_3 45,46 0,26 0,27 4059 59,7



Transmisor

Carga de tráfico

enlace DL (%)

Carga de tráfico

enlace UL (%)

Nivel de ruido

enlace UL (dB)

Tasa de tráfico

enlace DL (kbps)

Tasa de tráfico

enlace UL (kbps)

Site4_1 51,76 0,48 0,02 5922,38 106,55

Site4_2 86,98 0,69 0,8 7265,24 140,83

- 84 -

Site4_3 41,29 0,51 0,17 4723,36 113,06



Transmisor

Carga de tráfico

enlace DL (%)

Carga de tráfico

enlace UL (%)

Nivel de ruido

enlace UL (dB)

Tasa de tráfico

enlace DL (kbps)

Tasa de tráfico

enlace UL (kbps)

Site5_1 67,53 0,72 0,22 6136,39 143,36

Site5_2 58,58 0,96 1,51 4659,86 207,44

Site5_3 64,79 0,43 0,82 5192,95 89,98

Escuela Superior de Ingenieros


Transmisor

Carga de tráfico

enlace DL (%)

Carga de tráfico

enlace UL (%)

Nivel de ruido

enlace UL (dB)

Tasa de tráfico

enlace DL (kbps)

Tasa de tráfico

enlace UL (kbps)

Site7_1 70,76 0,44 2,21 4647,89 93,9

Site7_2 63,31 0,68 2,89 4719,62 149,45

Site7_3 59,52 0,37 3,71 3831,25 69,61

Site7_4 67,62 0,34 2,16 4236,61 67,28

Site8_1 71,79 1,11 2,23 6757,97 227,71

Site8_2 75,54 0,51 2,43 6652,43 112,01

Site8_3 37,73 0,58 2,89 2642,78 117,69

Site8_4 56,05 0,43 1,11 4674,58 92,47



Transmisor

Carga de tráfico

enlace DL (%)

Carga de tráfico

enlace UL (%)

Nivel de ruido

enlace UL (dB)


DL (kbps)

Tasa de tráfico

enlace UL (kbps)

Site6_1 44,68 0,86 0,12 3917,27 186,87

Site6_2 88,5 0,68 1,43 5014,06 150,38

Site6_3 79,84 0,72 0,77 5271,03 151,85

Site6_4 59,77 0,36 1,48 4079,34 72,93

Site6_5 66,43 0,97 0,23 5957,1 212,81

Tabla 25: Resultados obtenidos en la simulación de un porcentaje del 2%.

Podemos observar nuevamente, que los Campus con mayor número de usuarios son

los que se encuentran más cargados. El sector más cargado es el Site2_7 que se encuentra a un

97,02% de la carga de tráfico en el enlace descendente. A pesar de que este sector se

encuentra bastante cargado, justamente al lado existen otros sectores que se encuentran

funcionando en mejores condiciones, por lo que podemos esperar que en caso de saturación

de este sector, los sectores colindantes se ocuparán de proveer servicio.

- 85 -

A partir de los resultados podemos deducir que nuestra red podrá soportar un

incremento en el número de usuarios en ciertos centros. Sin embargo, los centros y Campus

más cargados (Campus Reina Mercedes, Campus Central, Campus Ramón y Cajal) soportarán

un leve incremento, puesto que en caso contrario empezarían a saturar las estaciones base.

Puesto que el número de alumnos matriculados en la Universidad de Sevilla se mantiene

prácticamente constante de un año para otro nuestra red no experimentará unos cambios

excesivos en cuanto a número de usuarios, por lo que podemos determinar que su

funcionamiento será correcto.

Además, reseñar que en las simulaciones estamos considerando que todos los usuarios

se intentan conectar a la vez, de ahí que ciertas estaciones base se encuentren tan saturadas.

Lógicamente, no siempre se intentarán conectar todos los usuarios simultáneamente, por

tanto, nuestra red soportará un menor tráfico y raras veces se encontrarán las estaciones base

más críticas en situaciones cercanas a la congestión.

Para poder simular la conexión del 2% de los alumnos matriculados en la Universidad

de Sevilla ha sido necesario introducir unas determinadas densidades de usuario por km2 en

cada uno de los entornos existentes. En la tabla a continuación, se muestran los valores

introducidos:

Entorno Densidad

(Subscribers/km²)

Bellas artes 53.100

Ciencias del trabajo 26.200

Ciencias Educación 93.700

ESI 21.577

EUITA 4.500

Facultad comunicación 54.800

Facultad Medicina 8.260

Facultad Odontología 24.700

Politécnica 35.200

Ramón y Cajal 67.400

Rectorado 52.250

Reina Mercedes 27.000

Tabla 26: Densidades de usuarios necesarias para simular un porcentaje de utilización del

2%.

En las simulaciones realizadas se ha obtenido que nuestra red es capaz de soportar

una media de 1095 usuarios conectados en un determinado momento del día (de unos 1157

usuarios requiriendo conexión), con una probabilidad de rechazo del 5.35% (o lo que es lo

mismo, una probabilidad de conexión del 94.65%), 62 usuarios son rechazados por tener una

relación C/(N+I) menor que cero. Por tanto, observamos que nuestra red presenta un

funcionamiento aceptable en el peor de los casos (cuando todos los usuarios requieren

- 86 -

conexión simultáneamente), por lo que se puede determinar que la estructura de red

planteada es aceptable.

En las siguientes imágenes se muestran las localizaciones geográficas de todos estos

usuarios diferenciados por colores según el tipo de conexión que solicitan. Los datos que

caracterizan a cada uno de estos usuarios se muestran en la tabla que aparece en el Apéndice

B de este documento.

Figura 61: Localización de los usuarios simulados, diferenciados por el estado de conexión,

en los Campus Cartuja y Macarena.


en las facultades de Bellas Artes y Ciencias del Trabajo.

- 87 -


en el Campus Central y en la E.U. Politécnica.


en el Campus Ramón y Cajal y en la Facultad de Ciencias de la Educación.

- 88 -


en el Campus Reina Mercedes.

Figura 66: Localización de los usuarios, diferenciados por el estado de conexión, en la E.U.

Ingenieros Técnicos Agrícolas.

- 89 -

Una vez tenemos caracterizado el comportamiento de nuestra red, pasaremos a

realizar los estudios de cobertura para obtener los niveles de señal a interferencia-ruido en

ambos enlaces (descendente y ascendente) y los estudios de cobertura para obtener una

medida de la tasa máxima de datos en ambos enlaces. De esta forma, determinaremos la

calidad de nuestra red.

Es importante no olvidar cargar los resultados (Commit Results) obtenidos en la

simulación realizada (tal y como se explicó en el caso anterior) antes de pasar a realizar los

estudios de calidad. Puesto que éstos se han de generar a partir de las simulaciones realizadas.

1. Estudio de cobertura del nivel de C/(N+I):

� Relación C/(I+N) en el enlace descendente (DL):

Figura 67: Estudio de cobertura por nivel de relación C/(N+I) en el enlace


- 90 -



- 91 -



Según se ha podido observar, en la práctica totalidad de los Campus existen

relaciones C/(I+N) por encima de cero. Sin embargo, existirán algunos puntos

dentro de determinados centros en los que se tiene que esta relación puede

ser inferior a cero. Esto es debido a que en las simulaciones se han obtenido

algunos usuarios con relaciones C/(I+N) por debajo de cero, aún así este

comportamiento es mínimo dentro de la población de usuarios.

Este hecho se muestra en detalle en la siguiente figura, en la que se observa

las Escuela Superior de Ingenieros, la Facultad de Comunicación y el Campus

Macarena.

- 92 -

Figura 70: Relación C/(N+I) superior a cero.

� Relación C/(I+N) en el enlace ascendente (UL):



- 93 -



- 94 -



Como puede observarse, para todos los servicios tenemos una relación

C/(I+N) muy buena en el enlace ascendente, ello es debido a que en las

simulaciones prácticamente la totalidad de los usuarios poseían unos niveles

de C/(I+N) en el UL por encima de los 20 dB.

2. Estudio de cobertura de la tasa máxima disponible de transmisión de datos:

Tal y como se ha comentado, mediante este estudio podremos conocer la tasa máxima

de datos que se podría alcanzar en los enlaces descendente y ascendente en cada

canal. Esta tasa podría ser asignada a un único usuario (en caso de necesitarla) o estar

repartida entre varios usuarios (mediante subcanalización).

- 95 -

Observamos que las velocidades que pueden llegar a conseguirse están muy por

encima de las tasas máximas que requieren nuestros usuarios, las cuales son de 1000

kbps en el enlace descendente y de 100 kbps en el ascendente (para el servicio FTP).

Por tanto, vemos cómo la calidad de los resultados obtenidos se sitúa por encima de

los requerimientos de nuestra red.

� Tasa máxima de datos disponible de transmisión de datos en el enlace

descendente (DL):



- 96 -



- 97 -



- 98 -

� Tasa máxima de datos disponible de transmisión de datos en el enlace

ascendente (UL):



- 99 -



- 100 -



5. planificaciã³n de red wi max mediante atoll

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