ACTA NOVA Vol 4 Nordm 1 diciembre 2008 138

Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Marcelo A Jaimes Illanes

Departamento de Ciencias Exactas e Ingenieriacutea Universidad Catoacutelica Boliviana

Av General Galindo sn Cochabamba Bolivia

e-mail marcelojaimesmailgmailcom

Resumen

Los sistemas de segunda generacioacuten presentan limitaciones en ancho de banda y servicios que pueden soportar En cambio los sistemas de tercera generacioacuten tienen la capacidad de ofrecer elevadas velocidades de transferencia calidad de servicio y nuevas aplicaciones El objetivo del presente trabajo es disentildear una red de telecomunicaciones moacutevil de tercera generacioacuten UMTSHSDPA y proponer un escenario de incursioacuten real de COMTECO en el mercado de la telefoniacutea moacutevil como un cuarto operador La metodologiacutea empleada en el presente proyecto tiene como base un estudio cuantitativo analiacutetico teoacuterico y descriptivo Se inicia el proceso de pre planificacioacuten mediante la definicioacuten de servicios y la estimacioacuten de una proyeccioacuten de demanda en el departamento Posteriormente se pasa a la fase de planificacioacuten en la que mediante un estudio del balance de potencias se llega a un equilibrio en cuanto a cobertura y capacidad y se logra determinar la cantidad de nodos necesarios y su configuracioacuten Adoptando la metodologiacutea de planificacioacuten propuesta se consigue realizar la planificacioacuten de acceso radio acorde a las necesidades y facilidades que tiene COMTECO asegurando la cobertura deseada en las zonas de intereacutes y procurando una buena calidad de los servicios

Palabras clave Telefoniacutea moacutevil tercera generacioacuten UMTS HSDPA banda ancha

1 Antecedentes

Cierta ocasioacuten uno de los primeros ingenieros de planificacioacuten de sistemas de tercera generacioacuten se encontraba trabajando como consultor de planificacioacuten de red radio para una de las emergentes redes UMTS Raacutepidamente se notoacute que su punto de vista sobre la planificacioacuten de redes 3G era significativamente diferente al que poseiacutean los ingenieros del operador La maacutes probable explicacioacuten para ello seria que ninguna de las partes en ese entonces poseiacutea experiencia en la planificacioacuten de redes UMTS Por una parte se encontraba una fuerte base teoacuterica en UMTS y por la otra la extensa experiencia de planificacioacuten en GSM del operador Raacutepidamente comenzoacute una discusioacuten entre las dos partes resultando en que ambas teniacutean muchos puntos de vista diferentes en los aspectos de la planificacioacuten de la red debido a que ellos simplemente veiacutean la red

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usando paraacutemetros diferentes de planificacioacuten Mientras la aproximacioacuten acadeacutemica reconociacutea la gran cantidad de paraacutemetros que influencian la planificacioacuten de una red UMTS la tarea del operador era maacutes la seleccioacuten apropiada de los sitios 3G y su configuracioacuten estaacutetica Mientras que el consultor sugeriacutea a los ingenieros de la operadora que la principal atencioacuten en la planificacioacuten de 3G se encontraba en el equilibrio entre cobertura y capacidad de la red Entonces en realidad iquesten queacute consiste la planificacioacuten de redes 3G [2]

2 Generaciones de la telefoniacutea moacutevil

Durante la deacutecada de los 90 los servicios e infraestructura de las telecomunicaciones se desarrollaron y evolucionaron raacutepidamente fomentados por los nuevos negocios como tambieacuten respaldados por el crecimiento del uso de Internet y la apertura del mercado de las telecomunicaciones

Actualmente existen varias tecnologiacuteas que estaacuten siendo utilizadas por los operadores moacuteviles alrededor del mundo ver tabla 1

Tabla 1 Evolucioacuten de los servicios de telecomunicaciones

Un desafiacuteo planteado a los desarrolladores de la infraestructura de telecomunicaciones fue satisfacer la creciente demanda de los usuarios por ancho de banda para una oacuteptima transmisioacuten de datos sustentada por las aplicaciones multimedia

140 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Los usuarios no soacutelo buscan la obtencioacuten de texto de las diferentes paacuteginas en Internet sino tambieacuten aplicaciones de muacutesica y video e incluso pretenden realizar comunicaciones que involucren audio y video en tiempo real Otro aspecto importante fue el de la movilidad por lo que raacutepidamente los grupos teacutecnicos comenzaron a investigar nuevas tecnologiacuteas que posibiliten las comunicaciones moacuteviles de banda ancha

Los servicios de la tercera generacioacuten de los sistemas celulares (3G) fueron la respuesta a todas aquellas demandas Eacutestos ofrecen servicios de comunicaciones moacuteviles de banda ancha y procuran adicionalmente la conservacioacuten de los servicios tradicionales de voz Entonces nace esta nueva opcioacuten tecnoloacutegica que brinda aplicaciones como llamadas telefoacutenicas videoconferencias apuestas en liacutenea juegos en liacutenea y navegacioacuten en paacuteginas Web La UIT en este sentido comenzoacute a trabajar para lograr la normalizacioacuten del sistema de telefoniacutea moacutevil de tercera generacioacuten

Las caracteriacutesticas generales de los sistemas 3G son

bull Interfaz de radio mejorada en eficiencia espectral y capacidad de transferencia de informacioacuten

bull Disentildeo de los protocolos de la interfaz de aire para soportar muacuteltiples aplicaciones con muy diferentes requerimientos de tasas de transferencia y calidad de servicio

bull Un gran conjunto de funcionalidades y bien disentildeados modos de capas de radio enlaces para asegurar una muy alta eficiencia espectral

bull Robustez y mecanismos para soportar intensa interferencia considerada en el disentildeo de los sistemas

bull Servicios de conexioacuten en modo paquetes (fundamentalmente protocolo IP) como circuitos

bull Posibilidad de traspaso de redes 3G a 2G para minimizar costos de implementacioacuten y aprovechar la cobertura existente en 2G

bull Posibilidad de compartir infraestructura de sitios con BS de segunda generacioacuten Se pretende utilizar la infraestructura de 2G tanto como sea posible

Dentro del proceso de estandarizacioacuten se fue evaluando las diferentes candidaturas que se presentaron sujetas a variaciones y aproximaciones entre algunas de ellas Una consecuencia del proceso de estandarizacioacuten fue la conformacioacuten de foros de especificacioacuten ligados a las diferentes propuestas como el 3GPP responsable de la confeccioacuten de especificaciones para la propuesta UTRA y el 3GPP2 para la creacioacuten de especificaciones para la propuesta CDMA 2000

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El Release 1999 oacute 99 fue la primera especificacioacuten obtenida para UMTS pero si bien eacutesta mediante la interfaz de aire WCDMA era un gran paso para el acceso radio de las redes GSM el nuacutecleo de red de UMTS no experimentaba mayores cambios

El Release 4 ya incluiacutea modificaciones en el nuacutecleo de la red especialmente en la conmutacioacuten de circuitos (CS) donde el MSC fue dividido en servidor MSC y Media

Gateway (MGW) Tambieacuten el GMSC fue dividido en servidor GMSC y MGW

El Release 5 incluye la primera especificacioacuten para el IMS (IPMultimedia Sub-system) el cual ya pondraacute a disposicioacuten todos los servicios en el dominio PS [1]

3 Arquitectura de red

UMTS se basa en las arquitecturas definidas por los sistemas moacuteviles de anteriores generaciones ver fig 1 A partir del Release 99 funcionalmente los elementos de la red son agrupados en la red de acceso radio (Radio Access Network) o seguacuten definioacute la 3GPP UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) que es el encargado de manejar todos los recursos y funcionalidades relacionados con la interfaz radio el nuacutecleo de red (CNCore Network) responsable de la conmutacioacuten y el enrutamiento y para completar el sistema el equipamiento de usuario (UEUser Equipment) que es el relacionador directo entre el usuario y la red de radio [1]

Figura 1 Arquitectura de red UMTS

31 HSDPA vs Release 99

A partir del Release 5 de UMTS el CN introdujo cambios significativos al considerar una plataforma completamente IP la presencia y mejora con HSDPA se encuentra principalmente en la red de acceso

En Release 99 existiacutean baacutesicamente tres meacutetodos diferentes para el downlink de los paquetes de datos DCH FACH y DSCH

En la especificacioacuten para HSDPA se introducen un nuevo meacutetodo para el downlink el HS-DSCH High Speed Downlink Shared Channel o canal compartido de bajada de alta velocidad

142 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Varios canales complementarios se han introducido para HSDPA como ser el HS-DSCH junto a su correspondiente canal fiacutesico Para la sentildealizacioacuten necesaria se introducen dos nuevos canales High Speed Shared Control Channel (HS-SCCH) en el downlink y High Speed Dedicated Physical Control Channel (HS-DPCCH) en el uplink

La principal labor del canal de alta velocidad es adecuar el esquema de modulacioacuten y codificacioacuten empleado cada intervalo de tiempo de 2 ms de acuerdo a las condiciones de propagacioacuten y asiacute asignar grandes porciones de ancho de banda al usuario

4 Teacutecnicas de acceso al medio

El primer paso para la planificacioacuten de una red celular es considerar y analizar la teacutecnica de acceso al medio utilizada

Se distinguen tres tipos de teacutecnicas de acceso para los sistemas celulares acceso al medio por divisioacuten de frecuencia (Frequency Division Multiple Access ndash FDMA) acceso al medio por divisioacuten de tiempo (Time Division Multiple Access - TDMA) y acceso al medio por divisioacuten de coacutedigo (Code Division Multiple Access - CDMA) [3]

Las teacutecnicas de acceso al medio garantizan que los usuarios concurrentes accedan al medio inalaacutembrico en forma idealmente no-interferente sea en el dominio de tiempo frecuencia o coacutedigo

FDMA posibilita el simultaacuteneo uso de una banda de frecuencia por varios usuarios donde a cada usuario se le asigna una porcioacuten de toda la banda En TDMA se les asigna a los usuarios ranuras de tiempo ortogonales y en CDMA distintos coacutedigos de esparcimiento ver fig 2

En resumen la teacutecnica de acceso facilita un oacuteptimo uso de los recursos disponibles y su faacutecil gestioacuten Para incrementar la flexibilidad teacutecnicas de acceso hibridas han sido desarrolladas y empleadas en diferentes sistemas de comunicacioacuten

Las redes de primera generacioacuten usaron FDMA como teacutecnica de acceso por ello la base del proceso de planificacioacuten consistiacutea en la agregacioacuten de celdas a clusters donde cada celda teniacutea una uacutenica frecuencia El desempentildeo de la red estaba limitado por el nivel de interferencia entre celdas

El proceso de planificacioacuten y optimizacioacuten no cambio dramaacuteticamente con la introduccioacuten de las redes de segunda generacioacuten (2G) Los avances en la tecnologiacutea posibilitaron extensiones hibridas al dominio de tiempo conduciendo a redes mas flexibles FDMATDMA como es el caso de GSM

Para los sistemas 2G nuevas complicaciones surgieron en el proceso de planificacioacuten la sincronizacioacuten la asignacioacuten dinaacutemica de canales y el salto de frecuencias (Frequency Hopping)

Tradicionalmente la principal opcioacuten para la localizacioacuten de los sitios eran las intersecciones de rejillas triangulares concretamente cubriendo con celdas de forma

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hexagonal Existen muchas razones por las cuales esta aproximacioacuten ha sido tan bien aceptada y aplicada para la planificacioacuten de redes celulares

Figura 2 Teacutecnicas de acceso al medio

La principal razoacuten es su simplicidad analiacutetica En efecto las celdas llegariacutean a cubrir uniformemente cualquier superficie y tambieacuten se logra una buena aproximacioacuten a las antenas de las estaciones base La eleccioacuten del aspecto hexagonal es aun maacutes justificada mediante el empleo de antenas de tres sectores Sin embargo la aproximacioacuten de superficies regulares es resultado de una suposicioacuten de un ambiente de propagacioacuten homogeacuteneo es por ello que una vez que se introduce en un escenario de propagacioacuten real la simetriacutea de los arreglos de celdas regulares desaparece

En la comunidad de radio propagacioacuten es ampliamente conocido que las condiciones de propagacioacuten en aacutereas urbanas pueden destruir cualquier arreglo de celdas regulares o planes de frecuencia Como ser las calles angostas que faacutecilmente se pueden convertir en ductos de interferencia

Los arreglos hexagonales tambieacuten se pierden cuando el traacutefico de informacioacuten no es uniforme es decir cuando se habla de multiservicios Este fenoacutemeno no es solamente propio de soluciones CDMA sino tambieacuten en muchas otras tecnologiacuteas celulares aunque en diferentes formas

Por todo esto es que la teacutecnica de acceso al medio realmente impacta en los arreglos de celdas la localizacioacuten de los sitios y en general el proceso de planificacioacuten de red

5 Metodologiacutea de planificacioacuten

Para un sistema de acceso muacuteltiple por divisioacuten de coacutedigo como para cualquier otro sistema de telefoniacutea celular en principio es necesario asegurar una buena calidad de servicio (QoS) mediante una cobertura fiable A diferencia de sistemas FDMA o TDMA el proceso de planificacioacuten en WCDMA la planificacioacuten de cobertura e interferencia

144 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

debe ser realizada al mismo tiempo debido a que incrementos en la cobertura puede llegar a causar mayores niveles de interferencia y cualquier mecanismo para controlar la interferencia podriacutea provocar zonas sin cobertura Tomando en cuenta que en WCDMA se comparte una frecuencia en toda la red el proceso de planificacioacuten de torna arduo al tratar de conseguir el balance entre cobertura y capacidad

Tomando en cuenta estos fenoacutemenos se propone la siguiente metodologiacutea para realizar la planificacioacuten de la red de acceso radio en UMTS

Figura 3 Metodologiacutea de planificacioacuten

Se proponen tres etapas una etapa de pre planificacioacuten otra de disentildeo y por ultimo una etapa de dimensionamiento

El objetivo de la etapa de pre planificacioacuten es tener una clara concepcioacuten de la red a desplegar que clase de recursos pueden ser usados y los aspectos claves para construir un plan de negocios y asiacute asegurar la exitosa existencia de la red por un largo periodo

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La etapa de pre planificacioacuten contempla todos los aspectos necesarios para poder disentildear la red Paraacutemetros necesarios para determinar la cobertura capacidad y calidad de la red para los diferentes tipos de servicio

La etapa de disentildeo contempla la mayor complejidad del proceso de planificacioacuten ya que mediante un link budget (Presupuesto del enlace) vincula el anaacutelisis de cobertura y el de capacidad para asiacute poder aterrizar en el equilibrio entre ambos enfoques

La etapa de dimensionamiento determina el radio de cobertura tanto del enlace uplink como del downlink tambieacuten se obtiene las diferentes configuraciones de los nodos b y de los RNC para asiacute concluir con la propuesta de configuracioacuten de la red de acceso UTRAN

51 Pre planificacioacuten

511 Definicioacuten del escenario de planificacioacuten

Seguacuten el trabajo realizado se limita el aacuterea de cobertura en zonas urbanas y suburbanas de departamento de Cochabamba De acuerdo con los indicadores socio-econoacutemicos provistos en el anexo A se concluye que el proyecto queda limitado a las provincias de Cercado Quillacollo y Sacaba ubicadas en el ASL1 del departamento Esto debido a que las localidades seleccionadas concentran la mayor densidad poblacional del departamento y los menores iacutendices de pobreza Por otro lado en ellas se encuentra un desarrollo industrial elevado que fomenta la circulacioacuten monetaria

5111 Frecuencia de operacioacuten

Un aspecto determinante para la planificacioacuten de redes inalaacutembricas es la frecuencia de operacioacuten de acuerdo a requerimientos de la empresa se solicitoacute que se haga el estudio y dimensionamiento de la red en la banda de 900 MHz La banda de frecuencias elegida para el efecto es la que se encuentra descrita en la siguiente figura por encontrarse libre

146 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Up link (Tx) - MT a Nodo B Down link (Rx) - NodoB a MT894 MHz

Banda solicitada 900 MHz sub bandas B-BCada sub banda puede soportar 2 portadorasEl Ancho de Banda de cada portadora es 5 MHz

905 MHz 939 MHz 950 MHz915 MHz 960 MHz

A

Portadora 2375 MHz

625 KHzGuarda

5 MHz

625 KHzGuarda

915 MHz

Portadora 1375 MHz

625 KHzGuarda

625 KHzGuarda

5 MHz

905 MHz 910 MHz

B A B

Total Ancho de Banda solicitado 20 MHz 10 MHz de subida y 10 MHz de bajada

Sub Banda B Up link de Terminal Moacutevil a Nodo B

Portadora 2375 MHz

625 KHzGuarda

5 MHz

625 KHzGuarda

915 MHz

Portadora 1375 MHz

625 KHzGuarda

625 KHzGuarda

5 MHz

905 MHz 910 MHz

Sub Banda B Down link de Nodo B a Terminal Moacutevil

Figura 4 Banda de frecuencias 900 MHz

5112 Clasificacioacuten de los entornos

El alcance de la celda variacutea de acuerdo con el tipo de aacuterea cubierta urbano denso urbano suburbano o rural Los criterios para clasificar el aacuterea servida por las celdas son los que se muestran en la tabla 2

Tabla 2 Definicioacuten de entornos

Entorno Descripcioacuten

Urbano denso Aacutereas interiores del periacutemetro urbano muy poca vegetacioacuten alta

densidad de edificios calles angostas

Urbano Aacutereas interiores del periacutemetro urbano poca vegetacioacuten densidad

de edificios casas juntas calles poco anchas

Suburbano Aacutereas exteriores del periacutemetro urbano muy poca densidad de

edificios casas con jardines barrios residenciales

Rural Campo abierto con casas aisladas terrenos agriacutecolas y poblaciones

rurales

Seguacuten la definicioacuten de las caracteriacutesticas geograacuteficas de los entornos [2] se obtiene informacioacuten uacutetil sobre la propagacioacuten que tendraacute la sentildeal de acuerdo con su entorno y que se refleja directamente en la cobertura de la celda

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512 Definicioacuten de servicios

Para dar soporte a diferentes clases de servicios los estaacutendares 3G han definido cuatro clases de traacutefico de usuario La tabla abajo muestra un resumen de estas clases

5121 Conversacional

Esta clase se refiere a traacutefico de tiempo real con ancho de banda constante muy sensible al retardo y a la variacioacuten del retardo (jitter) y tiacutepicamente simeacutetrico Las aplicaciones tiacutepicas son la telefoniacutea la videoconferencia VoIP

5122 Streaming

Se refiere a traacutefico de tiempo real con ancho de banda constante sensible al retardo y medianamente sensible al jitter tiacutepicamente unidireccional Las aplicaciones tiacutepicas son el streaming de audio (por ejemplo radio a traveacutes de la red) de video (televisioacuten a traveacutes de la red) y de muacutesica (muacutesica en vivo a traveacutes de la red)

5123 Interactivo

Se refiere a traacutefico de tiempo no real con ancho de banda variable no es sensible al retardo ni al jitter sin embargo requiere un ancho de banda miacutenimo para operar eficientemente Aplicaciones de este tipo son los juegos interactivos online la navegacioacuten Web etc

5124 Background

Se refiere al traacutefico sin calidad de servicio que utiliza el ancho de banda remanente no es sensible al retardo o jitter Tiacutepicamente se asocia a las aplicaciones de mensajeriacutea transferencia de archivos etc

513 Estudio de demanda

El meacutetodo utilizado para estimar la demanda fue el de la curva logiacutestica que es un modelo matemaacutetico usado para expresar la maduracioacuten de un servicio en la poblacioacuten cuya expresioacuten matemaacutetica es la siguiente

( )01ttk

e

Sminusminus+

=ρ (ec 1)

Donde ρ es la penetracioacuten del servicio en abonados por 100 habitantes t es el

tiempo en antildeos S k y t0 son constantes El valor de S se obtiene como el liacutemite de cuando el tiempo t tiende a infinito Este valor es conocido como la penetracioacuten de saturacioacuten Para calcular las constantes k y t0 se requieren dos puntos adicionales Los puntos elegidos fueron el antildeo actual y el antildeo 10 cuando se supone que la penetracioacuten llegaraacute al 60 de la saturacioacuten

La siguiente figura muestra el comportamiento hipoteacutetico que tendraacute la penetracioacuten de los servicios en el futuro

148 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 5 Curva logiacutestica

514 Aspectos de hardware

Los terminales moacuteviles estaacuten cambiando notablemente con la funcioacuten de adaptarse a los nuevos contenidos y servicios asiacute como preparar al usuario a utilizar el moacutevil no solo para realizar llamadas telefoacutenicas sino para otros servicios como multimedia

Los terminales ofertados a los usuarios estaacuten clasificados de acuerdo con sus necesidades o preferencias presentes y futuras que pueden ser englobadas en las siguientes cuatro categoriacuteas [4]

bull Todo en uno (Clase 3-2) Son terminales que poseen todas las funcionalidades posibles actuales y que permiten consultar cualquier contenido y las aplicaciones definidas actualmente

bull Enfocados a las aplicaciones (Clase 3-4) Son dispositivos que permiten cualquier tipo de aplicacioacuten pero estaacuten enfocados en cierto tipo de aplicaciones tales como juegos o mensajeriacutea

bull Modulares (Clase 2-1) Son dispositivos que permiten al usuario particularizar su dispositivo con funcionalidades de hardware Estas funcionalidades incluyen puertos USB tarjetas de memoria etc

bull Descentralizados Son dispositivos que combinan una serie de elementos descentralizados y que se conectan entre siacute para disponer de distintas funcionalidades

En la tabla 3 se definen cuatro clases de potencias para los terminales con sus respectivos valores nominales y tolerancias

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Tabla 3 Potencias de los UE seguacuten clase

Clase Potencia nominal Tolerancia

Clase 1 33 dBm (2 W) +1minus3 dB Clase 2 27 dBm (05 W) +1minus3 dB Clase 3 24 dBm (025 W) +1minus3 dB Clase 4 21 dBm (0125 W) +2minus2 dB

52 Presupuesto del enlace o link budget

Dentro de la planificacioacuten de la UTRAN para UMTS es necesario realizar un balance de potencias o link budget para asiacute poder determinar el maacuteximo radio de la celda En el link budget paraacutemetros como la ganancia de la antena peacuterdidas por cables ganancias por diversidad maacutergenes de desvanecimiento y otros son tomados en cuenta

El resultado de los caacutelculos realizados para link budget es la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto permitida (maximum allowed propagation path loss) que es un valor imprescindible para poder determinar el radio de celda y por ende el nuacutemero de sitios necesarios

MAPL = ERP minus Rxsens + Rxgain+loss + Propagationgain+loss (ec 2)

A diferencia del link budget de tecnologiacuteas basadas en TDMAFDMA y GSM existen algunos paraacutemetros que son especiacuteficos para WCDMA como el margen de interferencia el margen de desvanecimiento raacutepido y la ganancia por soft handover

521 Nivel de sensibilidad de recepcioacuten

El nivel de sensibilidad de recepcioacuten es principalmente limitado por el ruido teacutermico La densidad de potencia teacutermica espectral N normalizada a 1 Hz de ancho de banda se define mediante la siguiente ecuacioacuten [2]

HzdBmNo

dBNo

mWKNo

TkNo

174

601986624

)110381log(10())293log(10(

23

=minus=

+=

=minus

(ec 3)

Donde k= 138 10-23 [WsK] constante de Boltzman

T= 293 K temperatura del conductor

La potencia total de ruido teacutermico N en el detector estaacute limitada por el filtro del ancho de banda Para UMTS el filtro de ancho de banda de chips W es aproximadamente igual a la ocupacioacuten de la frecuencia de enmascarado de coacutedigos (scrambling codes) igual a 384 MHz Asiacute la potencia de ruido teacutermico es igual a

150 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

15108

)843log(10()0174(

dBmN

MHzHzdBmN

WNoN

minus=+minus=

= (ec 4)

La sensibilidad del receptor consiste en el nivel de ruido sobre una sola portadora donde se define la relacioacuten sentildeal-ruido (SNR) en el receptor La sensibilidad contiene la ganancia de procesamiento y las peacuterdidas debido a la carga es decir la carga usada por los diferentes servicios montados sobre una portadora WCDMA

WNSNRS O = (ec 5)

Donde )1(

ηminus

=W

R

NE

SNRo

b

El miacutenimo nivel de sentildeal recibido apto para la demodulacioacuten exitosa se basa en la cantidad de energiacutea recibida y si esta energiacutea estaacute suficientemente por encima del ruido y la interferencia generada por el ruido teacutermico y el de los otros usuarios La sensibilidad puede ser calculada por la siguiente foacutermula

GPNo

EbNadSensibilid sdotsdot= (ec 6)

Donde GP Ganancia de procesamiento

)843(10 RkbpsMchipsLogGP sdot=

Tabla 4 Caacutelculo de la sensibilidad en el balance de potencias

Datos del receptor 122 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

NB UE NB UE NB UE NB UE

Ganancia por diversidad de la antena

RX [dB] 200 200 200 200 200 200 200 200

Ganancia de la antena RX [dBi]

1800 100 1800 100 1800 100 1800 100

Peacuterdida por cables [dB] 300 000 000 000 300 000 300 000

Densidad de ruido teacutermico [dBmHz]

-17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400

Figura de ruido del receptor [dB]

212 000 112 000 212 000 212 000

Potencia de ruido del receptor [dBm]

-10604 -10816 -10704 -10816 -10604 -10816 -10604 -10816

EbNo Requerido [dB] 220 080 220 080 220 080 220 080

Tasa de datos [Kbps] 1220 1220 6400 6400 14400 14400 38400 38400

Nivel de sensibilidad

del receptor[dBm] -12521 -12803 -12152 -12443 -11809 -12161 -11394 -11715

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522 Consideraciones en WCDMA para HSDPA

Para el despliegue de HSDPA es necesario contar como base con el Release 99 de UMTS ya que al constituirse en una mejora y un aprovechamiento de la interfaz de aire de UMTS HSDPA hace uso de todos los canales ya definidos para el Release 99

A pesar que HSDPA es una caracteriacutestica del downlink existen efectos adicionales en el uplink El canal de subida HS-PDCCH que provee una retroalimentacioacuten a la red desde la estacioacuten moacutevil debe ser tomado en cuenta La interferencia adicional no es contemplada por EbNo y por ello cierta potencia de transmisioacuten del moacutevil debe ser reservada para este traacutefico

Otro margen adicional que debe ser tomado en cuenta viene a raiacutez de que el control de potencia para HS-DPCCH no es oacuteptimo para los usuarios HSDPA que se encuentren ejerciendo soft handover

El principal impacto de la introduccioacuten de HSDPA se encuentra en la direccioacuten del downlink La potencia adicional necesaria para las transmisiones HSDPA necesita ser definida de manera que auacuten pueda disponerse de los canales DCH

WCDMA en el Release 99 tiacutepicamente usaba EbNo para denotar la recepcioacuten de energiacutea por bit recibido por razoacuten de ruido El EbNo corresponde uacutenicamente a un bloque de error (BLER) para una cierta tasa donde el uacutenico paraacutemetro de adaptacioacuten es la ganancia de esparcimiento Sin embargo la medida de EbNo no es una medida atractiva para HSDPA debido a que la tasa de datos en HS-DSCH variacutea en cada intervalo de transmisioacuten (TTI) usando diferentes esquemas de modulacioacuten codificacioacuten y un cierto nuacutemero de HS-PDSCH Por ello es necesario definir la relacioacuten promedio sentildeal-interferencia maacutes ruido en HSDSCH (SINR)

+minussdotsdot=

GP

PSFSINR

TOT

HSDPA

11

16

α (ec 7)

Donde SF16 es el factor de ensanchado de HS-PDSCH es el factor de ortogonalidad y otro paraacutemetro comuacutenmente usado es la relacioacuten misma celda vs otras celdas maacutes ruido de interferencia o factor de geometriacutea La 3GPP recomienda que para un entorno macrocelular SINR oscile entre valores de -5dB y -3dB Se debe notar que el SINR HS-DSCH es independiente del nuacutemero de coacutedigos HS-PDSCH usados el esquema de modulacioacuten y la tasa de codificacioacuten

Para el proceso de dimensionamiento del enlace downlink HSDPA se debe encontrar la relacioacuten entre el throughput promedio y la relacioacuten SINR promedio Extendidas las simulaciones a nivel del enlace y de acuerdo con las especificaciones de la 3GPP se consigue determinar una relacioacuten que involucre ambos valores

142100476000390][ 2 +sdot+sdot= SINRSINRMbpsThr dBSINRdB 205 leleminus (ec 8)

Donde Thr representa la carga que genera un usuario con un cierto SINR o la carga combinada de la celda de varios usuarios teniendo como promedio el mismo SNR

152 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 5 Consideraciones para HSDPA

LINK BUDGET HSDPA Caracteriacutesticas teacutecnicas

UL DL Frecuencia [MHz] 900

Transmisor UE NB Potencia para canales HS-DSCH 80

Potencia maacutexima de transmisioacuten 013 300 Tasa de datos uplink [Kbps] 64

Potencia HS-DSCH - 240 Tasa de datos downlink [Kbps] 512

Pot maacutex de transmisioacuten [dBm] 210 438 Factor sobre venta en el uplink 4

Ganancia de la antena [dBi] 20 180 Factor sobre venta en el downlink 8

Cable loss including MHA intersection loss

[dB] 00 30 Carga del uplink 50

EIRP [dBm] 230 588 Carga del downlink 70

Por datos estrateacutegicos en la empresa se definioacute que la vel miacutenima para HSDPA sea 512 Kbps

523 Margen de interferencia

El factor limitante para el desempentildeo y la capacidad de un Nodo B es la recepcioacuten total de interferencia TOTALI La interferencia consiste de dos partes ownI e otherI

como tambieacuten la interferencia de otros sistemas sistemasOtrosI _ y el ruido teacutermico N

NIIII systemsotheotherownTOTAL +++= _

bull Iown Es causada por la interferencia de los mismos usuarios dentro de una celda

bull Iother Es causada por usuarios de otras celdas junto a las estaciones base que los estaacuten atendiendo

bull systemsotherI _ Viene de diferentes sistemas canales adyacentes o fugas

de potencias de otras tecnologiacuteas

Estos conceptos ayudan a definir la relacioacuten i ndash factor

own

other

I

Ii =

Se define como i ndash factor la relacioacuten existente entre la interferencia generada por las otras celdas sobre la interferencia generada por la misma celda El valor i-factor depende del entorno de propagacioacuten aacutereas de solapamiento de las celdas nuacutemero de sectores en el Nodo B intensidad de traacutefico y su distribucioacuten y distancia a las celdas servidoras o celdas que interfieren

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 153

Tabla 6 Valores tiacutepicos de factor i

Microcelda Macrocelda

Omnidireccional Omnidireccional 2 Sectores 3 Sectores 4 sectores 6 Sectores 025lt055 045 055 065 075 085

El margen de interferencia en la celda se define como el total de interferencia sobre el ruido teacutermico

N

I

IMTOTAL

=

Este paraacutemetro limita la sensibilidad de recepcioacuten por lo tanto es importante considerarlo para poder estimar la cobertura Para el propoacutesito de disentildeo y caacutelculo del balance de potencias el IM es expresado como incremento de ruido o noise rise

)log(10 IMNR =

El NR representa la porcioacuten total de potencia recibida en dB Tiacutepicamente este valor debe ir de 2 - 4 [dB] para celdas limitadas en cobertura y de 4 ndash 7 [dB] para celdas limitadas por capacidad [2]

El margen de interferencia es el uacutenico paraacutemetro tomado en cuenta en balance de potencias que viene a estar relacionado directamente con la carga de la celda

El NR tambieacuten puede ser expresado en cuanto a la carga

)1

1log(10

ηminus=NR

El noise rise va a limitar la maacutexima peacuterdida de trayecto entre el moacutevil y el Nodo B Si la carga se aproxima a 100 el NR tiende a infinito por ello el radio de celda se hace cero y el sistema inestable

Es necesario definir el porcentaje de carga de la celda ya que este describiraacute cuaacutenta interferencia es generada en la celda Haciendo el estudio para el uplink cuando ULη se

aproxima a 1 el noise rise generado tiende a infinito y el sistema llega a su capacidad maacutexima e inestable

Seguacuten [1] para una red que se encuentra en la fase inicial de despliegue es recomendable adoptar un porcentaje de carga en el uplink igual a 50-60 Haciendo uso de Matlab se simuloacute el comportamiento de la carga de la celda para diferentes tasas de datos

154 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 6 Nivel de interferencia uplink

En el graacutefico obtenido mediante la simulacioacuten en vez de mostrar los usuarios simultaacuteneos se muestra el caudal de traacutefico o throughput en Kbps

En el caso del enlace descendente el comportamiento es similar soacutelo los paraacutemetros de entrada difieren ligeramente

En comparacioacuten con la ecuacioacuten de carga del uplink el paraacutemetro de suma importancia es el factor de ortogonalidad α UMTS hace uso de coacutedigos de ortogonalidad en el enlace descendente para separar y diferenciar a los usuarios unos de otros La ortogonalidad de 1 corresponde a usuarios perfectamente ortogonales Tiacutepicamente estos valores estaacuten entre 04 y 05 en canales de multitrayecto [2]

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 155

Figura 7 Nivel de interferencia downlink

Para una red UMTS seguacuten [2] en dimensionamiento se recomienda adoptar una carga en el downlink igual a 70-80 Desde un punto de vista praacutectico y experiencia de trabajo con redes 3G dentro un escenario de despliegue real en Bolivia se pudo corroborar que dentro la planificacioacuten y disentildeo de redes UMTS Huawei un fabricante de equipos de telecomunicaciones realiza el dimensionamiento de red considerando un factor de carga igual a 75

Requerimientos de la empresa

Tasa de datos [Kbps] 122 32 64 144 384

Frecuencia [MHz] 900 900 900 900 900

Carga del uplink 50 50 50 50 50

Carga del downlink 70 70 70 70 70

Altura Nodo B [m] 30 30 30 30 30

Altura terminal moacutevil [m] 15 15 15 15 15

524 Caacutelculo de la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto permitida

Haciendo uso de todos los paraacutemetros ya detallados se determina la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto seguacuten diferentes tasas de velocidad y para diferentes entornos Como ejemplo se muestra el caacutelculo de diferentes tasas de velocidad para un entorno urbano denso Se determinan las maacuteximas peacuterdidas de trayecto permitidas tanto para interiores como para exteriores

156 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 7 Caacutelculo del link budget para diferentes velocidades en un entorno urbano

denso

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 157

53 Modelos de propagacioacuten y radio de celda

Las predicciones de los niveles de sentildeal y cobertura son de gran importancia al momento de planificar una red de telefoniacutea moacutevil

Adoptar un modelo de propagacioacuten ayuda a predecir el valor medio de sentildeal o las peacuterdidas generadas en la trayectoria entre un transmisor y un receptor seguacuten la distancia y otros factores que contribuyen a la peacuterdida de trayecto como el perfil del terreno presencia de edificaciones u obstaacuteculos alturas de las antenas transmisoras y receptoras frecuencia de operacioacuten etc

El modelo COST 231 Walfisch-Ikegami es ampliamente usado en modelos empiacutericos de caacutelculo de propagacioacuten [3] Este modelo ha sido adoptado como estaacutendar para sistemas 3G IMT2000UMTS Para determinar los radios de coberturas de las celdas se debe considerar la direccioacuten del enlace el tipo de entorno y la velocidad de transferencia que permitan una menor peacuterdida de trayecto

UMTS depende del intercambio de capacidad y cobertura Estas variables estaacuten descritas por el comportamiento del enlace de subida y de bajada conforme a la peacuterdida de camino que generan y la carga que soportan respectivamente

Con el fin de estudiar este fenoacutemeno se simulo el comportamiento del balance de potencias tanto en el uplink como en el downlink tomando como variable de entrada la carga que soportan provista por las ecuaciones de carga ηUL y ηDL

Figura 8 Intercambio de la capacidad y la cobertura

Como el alcance de la celda estaacute limitado sobre todo por el enlace de subida terminal moacutevil a Nodo B debido a las restricciones que tiene el transmisor en cuanto a potencia tamantildeo de antena y a las interferencias de las sentildeales provenientes de los otros terminales hacia el receptor Nodo B el caacutelculo del enlace realizado se limita al enlace de subida uplink budget

158 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 8 MAPL limitado por el enlace ascendente

URBANO

DENSO

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

MAPL 16238 18282 1638 18203 1635 18324 1636 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1568 17503 1565 17624 1566 17518 1557 17197

MAPL indoor 14538 15582 1468 15503 1465 15624 1464 15518 1457 15197

URBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14618 15982 1468 15903 147 16024 1472 16018 14726 15697

SUBURBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14738 15982 1478 15903 1475 16024 1476 16518 1477 16197

531 Caacutelculo del radio de celda por entorno

Aplicando el modelo de propagacioacuten seleccionado se definen los radios de cobertura de las celdas

msdrtsbf LLLL ++=

minus

+minus+++∆+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stottrtsbf dff

dhLLL

minus

+minus+++minus+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stotrftrtsbf dff

dhhLLL

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

)log(

)log(9)log(925

704)log(1854)1log(18)log(20)log(20432

+

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus=

minus

+minus+++minus+minus+sdot+sdot+=

fdff

hhLL

d

dff

dhhLfdL

srftrts

tot

stotrftrtstot

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

10 +

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus

=

fdff

hhLL

tot

srftrts

d

Como el enlace que limita la cobertura es el uplink se hace uso de la MAPL indoor para determinar el radio de cobertura

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 159

De acuerdo con los resultados obtenidos de los radios de cobertura de las celdas se definieron algunos sitios tentativos para la ubicacioacuten de los nodos b ya que COMTECO es propietaria de dichos sitios

Tabla 9 Resumen de radios de coberturas para diferentes entornos

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

Sitio UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

UD

1 Sucre 2060 3877 2245 3697 2205 3978 2191 3730 2098 3071

2 Centro 2243 4223 2302 4026 2260 4333 2260 4063 2244 3345

U

3 Muyurina 2571 5876 2670 5602 2703 6028 2736 6006 2742 4944

4 Sur 2687 6139 2790 5853 2824 6299 2858 6275 2865 5166

SU 5 Temporal 4129 8774 4236 8365 4160 9002 4185 12142 4205 9996

SU 6 V Bush Sur 3129 7507 3210 7157 3153 7701 3172 10388 3187 8552

SU 7 Pacata 4001 8502 4105 8106 4031 8723 4056 11766 4075 9686

SU 8 Zofraco 5264 8262 5400 7877 5303 8476 5335 11433 5361 9412

SU 9 Pucara 3361 6308 3449 6014 3386 6472 3407 8729 3424 7186

SU 10 Sacaba 2542 5401 2608 5149 2561 5541 2576 7474 2589 6153

U 11 Quillacollo 2333 5597 2467 5336 2351 5742 2365 7745 2376 6376

SU 12 Florida Sur 2969 6308 3045 6014 2991 6472 3009 8729 3023 7186

SU 13 Pintildeami 2983 5965 3060 5687 3005 6120 3023 8255 3038 6796

SU 14 Tiquipaya 3183 5973 3265 5695 3207 6128 3226 8266 3242 6805

SU 15 Feria 3272 6139 2797 5853 3296 6299 3316 8496 3332 6994

SU 16 Valle Hermoso 3227 6857 3311 6538 3251 6702 3271 9489 3287 7812

Seguacuten el entorno se determinoacute que el radio de cobertura de la celda sea el menor permitido de entre todos los diferentes servicios ofertados Para determinar el radio de cobertura de HSDPA se debe considerar que eacuteste variariacutea constantemente dependiendo de las condiciones del canal radio y de su esquema de modulacioacuten las mayores velocidades de transferencia son alcanzadas cuando el UE estaacute maacutes proacuteximo al Nodo B [1]

160 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 9 Modulaciones en UMTSHSDPA

Figura 10 Variacioacuten radio de cobertura HSDPA

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 161

Para clasificar los entornos existentes en el proyecto no es suficiente catalogarlos seguacuten sus caracteriacutesticas geograacuteficas sino maacutes bien tomar en cuenta la densidad de usuarios potenciales que existan en ellos Considerando que en Cochabamba no existe una fuente de informacioacuten que refleje la cantidad de usuarios de servicios de telecomunicaciones distribuidos por zonas se hizo una analogiacutea con el reporte de traacutefico generado por las estaciones base de un operador de telefoniacutea moacutevil del departamento

Asiacute se obtiene los porcentajes de concentracioacuten de usuarios potenciales por entorno urbano denso urbano y suburbano Estos porcentajes fueron adoptados en el disentildeo para distribuir la demanda en los diferentes entornos por provincia

Tabla 10 Distribucioacuten de la demanda

Entorno Densidad 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

CERCADO

URBANO

DENSO 34 5818 11167 15556 18911 21487 23594 25466 2725 29031 3086 32389

URBANO 27 4621 8868 12353 15018 17063 18736 20223 21639 23054 24506 25721

SUBURBANO 39 6674 12809 17844 21693 24647 27064 29211 31257 33301 35398 37152

SACABA

SUBURBANO 100 4655 10234 16778 23398 2918 33717 37363 41143 44905 4901 52497

QUILLACOLLO

URBANO 52 4825 10408 1682 23401 2936 347 39812 45081 50761 57007 62596

SUBURBANO 48 4453 9608 15526 216 27102 32031 36749 41614 46856 52621 57781

54 Caacutelculo del traacutefico por celda

Para calcular el balance de potencias se consideroacute un porcentaje de carga igual a 50 en el uplink y 70 en el downlink

Como se vio en los apartados anteriores en UMTS el enlace descendente es el que limita la capacidad de la celda debido a que el Nodo B debe compartir la potencia entre todos los usuarios que se conectan a la red en la respectiva celda que atiende el Nodo B

Para dimensionar la carga de la celda se hizo uso de Matlab en el que se desarrolloacute un simulador de modelo de traacutefico derivado de las ecuaciones de carga en el downlink Siguiendo la metodologiacutea de planificacioacuten de radio se debe llegar a un equilibrio entre la cobertura y la capacidad mediante la validacioacuten del radio de cobertura ya establecido y otro conforme a un anaacutelisis de carga de la celda

En este apartado se determinaraacute la carga real de la celda seguacuten una cierta penetracioacuten de servicios recomendada por la UIT para redes 3G en Latinoameacuterica y dicha carga real determinaraacute la nueva MAPL de la celda

162 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Penetracioacuten de Servicios

Servicio de videollamadas

32 kbps

Servicio de datos

64 kbps

Servicio de datos

144 kbps

Servicio de datos

384 kbps

Servicio de voz

15 kbps

η1 η2 η3 η4 η5

N1 Usuarios

N2 Usuarios

N 3 Usuarios

N4 Usuarios

N 5 Usuarios

NR1 NR2 NR3 NR4 NR4+ + + +

NRtotal

Carga 1 [ kbps]

Carga 2 [kbps]

Carga 3 [kbps]

Carga 4 [ kbps]

Carga 5 [kbps]

Cargatotal

[kbps]

η

minus+=

vRNoEb

W

i

NulNumDL

)()1( α

sum=

+minus=N

j

iaRjW

jNo

EbvjNdl

1

])1[(

)(

)1

1(log10 10

NdlNR

minus=

)1( BLERRNThroughput minus=+ + + +

sum

sum

Figura 11 Planificacioacuten de capacidad

541 Traacutefico generado por usuario

Para estimar el traacutefico de voz que genera cada usuario se adoptoacute los reportes anuales de un operador de telefoniacutea moacutevil sobre la cantidad de minutos promedio que usa un cliente por mes (Minutes of Use)

diacuteaerdiacuteara lacioacutenlacioacutenMoUmensualTraacutefico

picohoraTraacutefico _int_int ReRe602430

)_(___ =

Donde

diacutearalacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado en la hora pico y el resto de horas del

diacutea

diacuteaerlacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado el diacutea pico y el resto de diacuteas del mes

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 163

El traacutefico generado por videollamadas fue adoptado de valores recomendados por [3] El traacutefico de datos generado por los usuarios fue calculado a partir del tiempo promedio de visita a portales moacuteviles

En la primera fase del proyecto se hizo la simulacioacuten del modelo de traacutefico con los valores de penetracioacuten correspondientes a ese periodo Para describir los caacutelculos realizados se tomaraacute como ejemplo los resultados de una celda de dos sectores

Tabla 11 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 1)

El modelo desarrollado determina la carga en kbps por servicio de acuerdo con una penetracioacuten de entrada y por ende la capacidad total de la celda Seguacuten esa carga es posible determinar los canales simultaacuteneos por usuario Los canales simultaacuteneos generan un cierto nivel de interferencia en toda la celda y por tanto determinan el porcentaje de carga total de la celda

En la primera fase se genera un nivel de carga de 7318 que es muy proacuteximo al valor teoacuterico adoptado en el inicio del dimensionamiento igual a 70 considerado para el caacutelculo de balance de potencias En la segunda fase del proyecto se espera una mayor penetracioacuten de los servicios y un mayor nivel de interferencia en la celda

En la segunda fase del proyecto se hizo la simulacioacuten con mayores niveles de penetracioacuten de donde se obtuvo un nivel de interferencia mayor que en la primera fase Este nivel de interferencia proporciona la carga total de la celda (8747) que si bien es mayor todaviacutea no llegoacute a la unidad y asiacute a la capacidad maacutexima de la celda

164 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 12 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 2)

De acuerdo con el porcentaje de carga real en el downlink determinado desde el punto de vista de capacidad del Nodo B se procedioacute a determinar la variabilidad del radio de cobertura con los nuevos valores de carga

Tabla 13 Variabilidad del radio de celda

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 165

Seguacuten los nuevos valores de los radios de cobertura obtenidos se puede apreciar que no existe una cuantiosa reduccioacuten en el radio de celda Por tanto se puede afinar que se llegoacute al balance entre cobertura y capacidad

Figura 12 Variacioacuten del radio de cobertura conforme al equilibrio entre la cobertura y capacidad

6 Conclusiones

En este trabajo de investigacioacuten se ha abordado el dimensionamiento de la red de acceso radio UTRAN con el objetivo fundamental de optimizar los recursos de transmisioacuten y soporte de QoS Tambieacuten se ha analizado los principales paraacutemetros y alternativas de disentildeo a considerar en un escenario de despliegue real para COMTECO

A lo largo del anaacutelisis se ha puesto de manifiesto la extraordinaria complejidad asociada con el dimensionamiento de UTRAN Asiacute se dio lugar al presente trabajo para solucionar el problema desde un enfoque analiacutetico asegurando el equilibrio entre la cobertura y capacidad Empero se consideroacute necesario para la fase de implantacioacuten del proyecto que se validen los resultados obtenidos mediante el uso de herramientas especiacuteficas de planificacioacuten y optimizacioacuten de redes 3G propias del fabricante En la misma liacutenea se consideroacute acometer un estudio maacutes exhaustivo del impacto que puedan tener los mecanismos de gestioacuten de traacutefico y gestioacuten de recursos de radio

Referencias

[1] Holma H y A Toskala 2007 WCDMA for UMTS-HSPA Evolution and LTE

John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[2] Nawrocki M M Dohler y H Aghvanmi 2006 Understanding UMTS Radio

Network Modelling Planning and Automated Optimization Theory and Practice John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

166 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

[3] Wacker A J Laiho y T Novosad 2006 Radio Network Planning and

Optimization for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[4] Chevallier C 2006 WCDMA (UMTS) Deployment Handbook Planning and

Optimization Aspects John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[5] Holma H y A Toskala 2006 HSDPAHSUPA for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 139

usando paraacutemetros diferentes de planificacioacuten Mientras la aproximacioacuten acadeacutemica reconociacutea la gran cantidad de paraacutemetros que influencian la planificacioacuten de una red UMTS la tarea del operador era maacutes la seleccioacuten apropiada de los sitios 3G y su configuracioacuten estaacutetica Mientras que el consultor sugeriacutea a los ingenieros de la operadora que la principal atencioacuten en la planificacioacuten de 3G se encontraba en el equilibrio entre cobertura y capacidad de la red Entonces en realidad iquesten queacute consiste la planificacioacuten de redes 3G [2]

2 Generaciones de la telefoniacutea moacutevil

Durante la deacutecada de los 90 los servicios e infraestructura de las telecomunicaciones se desarrollaron y evolucionaron raacutepidamente fomentados por los nuevos negocios como tambieacuten respaldados por el crecimiento del uso de Internet y la apertura del mercado de las telecomunicaciones

Actualmente existen varias tecnologiacuteas que estaacuten siendo utilizadas por los operadores moacuteviles alrededor del mundo ver tabla 1

Tabla 1 Evolucioacuten de los servicios de telecomunicaciones

Un desafiacuteo planteado a los desarrolladores de la infraestructura de telecomunicaciones fue satisfacer la creciente demanda de los usuarios por ancho de banda para una oacuteptima transmisioacuten de datos sustentada por las aplicaciones multimedia

140 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Los usuarios no soacutelo buscan la obtencioacuten de texto de las diferentes paacuteginas en Internet sino tambieacuten aplicaciones de muacutesica y video e incluso pretenden realizar comunicaciones que involucren audio y video en tiempo real Otro aspecto importante fue el de la movilidad por lo que raacutepidamente los grupos teacutecnicos comenzaron a investigar nuevas tecnologiacuteas que posibiliten las comunicaciones moacuteviles de banda ancha

Los servicios de la tercera generacioacuten de los sistemas celulares (3G) fueron la respuesta a todas aquellas demandas Eacutestos ofrecen servicios de comunicaciones moacuteviles de banda ancha y procuran adicionalmente la conservacioacuten de los servicios tradicionales de voz Entonces nace esta nueva opcioacuten tecnoloacutegica que brinda aplicaciones como llamadas telefoacutenicas videoconferencias apuestas en liacutenea juegos en liacutenea y navegacioacuten en paacuteginas Web La UIT en este sentido comenzoacute a trabajar para lograr la normalizacioacuten del sistema de telefoniacutea moacutevil de tercera generacioacuten

Las caracteriacutesticas generales de los sistemas 3G son

bull Interfaz de radio mejorada en eficiencia espectral y capacidad de transferencia de informacioacuten

bull Disentildeo de los protocolos de la interfaz de aire para soportar muacuteltiples aplicaciones con muy diferentes requerimientos de tasas de transferencia y calidad de servicio

bull Un gran conjunto de funcionalidades y bien disentildeados modos de capas de radio enlaces para asegurar una muy alta eficiencia espectral

bull Robustez y mecanismos para soportar intensa interferencia considerada en el disentildeo de los sistemas

bull Servicios de conexioacuten en modo paquetes (fundamentalmente protocolo IP) como circuitos

bull Posibilidad de traspaso de redes 3G a 2G para minimizar costos de implementacioacuten y aprovechar la cobertura existente en 2G

bull Posibilidad de compartir infraestructura de sitios con BS de segunda generacioacuten Se pretende utilizar la infraestructura de 2G tanto como sea posible

Dentro del proceso de estandarizacioacuten se fue evaluando las diferentes candidaturas que se presentaron sujetas a variaciones y aproximaciones entre algunas de ellas Una consecuencia del proceso de estandarizacioacuten fue la conformacioacuten de foros de especificacioacuten ligados a las diferentes propuestas como el 3GPP responsable de la confeccioacuten de especificaciones para la propuesta UTRA y el 3GPP2 para la creacioacuten de especificaciones para la propuesta CDMA 2000

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 141

El Release 1999 oacute 99 fue la primera especificacioacuten obtenida para UMTS pero si bien eacutesta mediante la interfaz de aire WCDMA era un gran paso para el acceso radio de las redes GSM el nuacutecleo de red de UMTS no experimentaba mayores cambios

El Release 4 ya incluiacutea modificaciones en el nuacutecleo de la red especialmente en la conmutacioacuten de circuitos (CS) donde el MSC fue dividido en servidor MSC y Media

Gateway (MGW) Tambieacuten el GMSC fue dividido en servidor GMSC y MGW

El Release 5 incluye la primera especificacioacuten para el IMS (IPMultimedia Sub-system) el cual ya pondraacute a disposicioacuten todos los servicios en el dominio PS [1]

3 Arquitectura de red

UMTS se basa en las arquitecturas definidas por los sistemas moacuteviles de anteriores generaciones ver fig 1 A partir del Release 99 funcionalmente los elementos de la red son agrupados en la red de acceso radio (Radio Access Network) o seguacuten definioacute la 3GPP UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) que es el encargado de manejar todos los recursos y funcionalidades relacionados con la interfaz radio el nuacutecleo de red (CNCore Network) responsable de la conmutacioacuten y el enrutamiento y para completar el sistema el equipamiento de usuario (UEUser Equipment) que es el relacionador directo entre el usuario y la red de radio [1]

Figura 1 Arquitectura de red UMTS

31 HSDPA vs Release 99

A partir del Release 5 de UMTS el CN introdujo cambios significativos al considerar una plataforma completamente IP la presencia y mejora con HSDPA se encuentra principalmente en la red de acceso

En Release 99 existiacutean baacutesicamente tres meacutetodos diferentes para el downlink de los paquetes de datos DCH FACH y DSCH

En la especificacioacuten para HSDPA se introducen un nuevo meacutetodo para el downlink el HS-DSCH High Speed Downlink Shared Channel o canal compartido de bajada de alta velocidad

142 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Varios canales complementarios se han introducido para HSDPA como ser el HS-DSCH junto a su correspondiente canal fiacutesico Para la sentildealizacioacuten necesaria se introducen dos nuevos canales High Speed Shared Control Channel (HS-SCCH) en el downlink y High Speed Dedicated Physical Control Channel (HS-DPCCH) en el uplink

La principal labor del canal de alta velocidad es adecuar el esquema de modulacioacuten y codificacioacuten empleado cada intervalo de tiempo de 2 ms de acuerdo a las condiciones de propagacioacuten y asiacute asignar grandes porciones de ancho de banda al usuario

4 Teacutecnicas de acceso al medio

El primer paso para la planificacioacuten de una red celular es considerar y analizar la teacutecnica de acceso al medio utilizada

Se distinguen tres tipos de teacutecnicas de acceso para los sistemas celulares acceso al medio por divisioacuten de frecuencia (Frequency Division Multiple Access ndash FDMA) acceso al medio por divisioacuten de tiempo (Time Division Multiple Access - TDMA) y acceso al medio por divisioacuten de coacutedigo (Code Division Multiple Access - CDMA) [3]

Las teacutecnicas de acceso al medio garantizan que los usuarios concurrentes accedan al medio inalaacutembrico en forma idealmente no-interferente sea en el dominio de tiempo frecuencia o coacutedigo

FDMA posibilita el simultaacuteneo uso de una banda de frecuencia por varios usuarios donde a cada usuario se le asigna una porcioacuten de toda la banda En TDMA se les asigna a los usuarios ranuras de tiempo ortogonales y en CDMA distintos coacutedigos de esparcimiento ver fig 2

En resumen la teacutecnica de acceso facilita un oacuteptimo uso de los recursos disponibles y su faacutecil gestioacuten Para incrementar la flexibilidad teacutecnicas de acceso hibridas han sido desarrolladas y empleadas en diferentes sistemas de comunicacioacuten

Las redes de primera generacioacuten usaron FDMA como teacutecnica de acceso por ello la base del proceso de planificacioacuten consistiacutea en la agregacioacuten de celdas a clusters donde cada celda teniacutea una uacutenica frecuencia El desempentildeo de la red estaba limitado por el nivel de interferencia entre celdas

El proceso de planificacioacuten y optimizacioacuten no cambio dramaacuteticamente con la introduccioacuten de las redes de segunda generacioacuten (2G) Los avances en la tecnologiacutea posibilitaron extensiones hibridas al dominio de tiempo conduciendo a redes mas flexibles FDMATDMA como es el caso de GSM

Para los sistemas 2G nuevas complicaciones surgieron en el proceso de planificacioacuten la sincronizacioacuten la asignacioacuten dinaacutemica de canales y el salto de frecuencias (Frequency Hopping)

Tradicionalmente la principal opcioacuten para la localizacioacuten de los sitios eran las intersecciones de rejillas triangulares concretamente cubriendo con celdas de forma

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 143

hexagonal Existen muchas razones por las cuales esta aproximacioacuten ha sido tan bien aceptada y aplicada para la planificacioacuten de redes celulares

Figura 2 Teacutecnicas de acceso al medio

La principal razoacuten es su simplicidad analiacutetica En efecto las celdas llegariacutean a cubrir uniformemente cualquier superficie y tambieacuten se logra una buena aproximacioacuten a las antenas de las estaciones base La eleccioacuten del aspecto hexagonal es aun maacutes justificada mediante el empleo de antenas de tres sectores Sin embargo la aproximacioacuten de superficies regulares es resultado de una suposicioacuten de un ambiente de propagacioacuten homogeacuteneo es por ello que una vez que se introduce en un escenario de propagacioacuten real la simetriacutea de los arreglos de celdas regulares desaparece

En la comunidad de radio propagacioacuten es ampliamente conocido que las condiciones de propagacioacuten en aacutereas urbanas pueden destruir cualquier arreglo de celdas regulares o planes de frecuencia Como ser las calles angostas que faacutecilmente se pueden convertir en ductos de interferencia

Los arreglos hexagonales tambieacuten se pierden cuando el traacutefico de informacioacuten no es uniforme es decir cuando se habla de multiservicios Este fenoacutemeno no es solamente propio de soluciones CDMA sino tambieacuten en muchas otras tecnologiacuteas celulares aunque en diferentes formas

Por todo esto es que la teacutecnica de acceso al medio realmente impacta en los arreglos de celdas la localizacioacuten de los sitios y en general el proceso de planificacioacuten de red

5 Metodologiacutea de planificacioacuten

Para un sistema de acceso muacuteltiple por divisioacuten de coacutedigo como para cualquier otro sistema de telefoniacutea celular en principio es necesario asegurar una buena calidad de servicio (QoS) mediante una cobertura fiable A diferencia de sistemas FDMA o TDMA el proceso de planificacioacuten en WCDMA la planificacioacuten de cobertura e interferencia

144 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

debe ser realizada al mismo tiempo debido a que incrementos en la cobertura puede llegar a causar mayores niveles de interferencia y cualquier mecanismo para controlar la interferencia podriacutea provocar zonas sin cobertura Tomando en cuenta que en WCDMA se comparte una frecuencia en toda la red el proceso de planificacioacuten de torna arduo al tratar de conseguir el balance entre cobertura y capacidad

Tomando en cuenta estos fenoacutemenos se propone la siguiente metodologiacutea para realizar la planificacioacuten de la red de acceso radio en UMTS

Figura 3 Metodologiacutea de planificacioacuten

Se proponen tres etapas una etapa de pre planificacioacuten otra de disentildeo y por ultimo una etapa de dimensionamiento

El objetivo de la etapa de pre planificacioacuten es tener una clara concepcioacuten de la red a desplegar que clase de recursos pueden ser usados y los aspectos claves para construir un plan de negocios y asiacute asegurar la exitosa existencia de la red por un largo periodo

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 145

La etapa de pre planificacioacuten contempla todos los aspectos necesarios para poder disentildear la red Paraacutemetros necesarios para determinar la cobertura capacidad y calidad de la red para los diferentes tipos de servicio

La etapa de disentildeo contempla la mayor complejidad del proceso de planificacioacuten ya que mediante un link budget (Presupuesto del enlace) vincula el anaacutelisis de cobertura y el de capacidad para asiacute poder aterrizar en el equilibrio entre ambos enfoques

La etapa de dimensionamiento determina el radio de cobertura tanto del enlace uplink como del downlink tambieacuten se obtiene las diferentes configuraciones de los nodos b y de los RNC para asiacute concluir con la propuesta de configuracioacuten de la red de acceso UTRAN

51 Pre planificacioacuten

511 Definicioacuten del escenario de planificacioacuten

Seguacuten el trabajo realizado se limita el aacuterea de cobertura en zonas urbanas y suburbanas de departamento de Cochabamba De acuerdo con los indicadores socio-econoacutemicos provistos en el anexo A se concluye que el proyecto queda limitado a las provincias de Cercado Quillacollo y Sacaba ubicadas en el ASL1 del departamento Esto debido a que las localidades seleccionadas concentran la mayor densidad poblacional del departamento y los menores iacutendices de pobreza Por otro lado en ellas se encuentra un desarrollo industrial elevado que fomenta la circulacioacuten monetaria

5111 Frecuencia de operacioacuten

Un aspecto determinante para la planificacioacuten de redes inalaacutembricas es la frecuencia de operacioacuten de acuerdo a requerimientos de la empresa se solicitoacute que se haga el estudio y dimensionamiento de la red en la banda de 900 MHz La banda de frecuencias elegida para el efecto es la que se encuentra descrita en la siguiente figura por encontrarse libre

146 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Up link (Tx) - MT a Nodo B Down link (Rx) - NodoB a MT894 MHz

Banda solicitada 900 MHz sub bandas B-BCada sub banda puede soportar 2 portadorasEl Ancho de Banda de cada portadora es 5 MHz

905 MHz 939 MHz 950 MHz915 MHz 960 MHz

A

Portadora 2375 MHz

625 KHzGuarda

5 MHz

625 KHzGuarda

915 MHz

Portadora 1375 MHz

625 KHzGuarda

625 KHzGuarda

5 MHz

905 MHz 910 MHz

B A B

Total Ancho de Banda solicitado 20 MHz 10 MHz de subida y 10 MHz de bajada

Sub Banda B Up link de Terminal Moacutevil a Nodo B

Portadora 2375 MHz

625 KHzGuarda

5 MHz

625 KHzGuarda

915 MHz

Portadora 1375 MHz

625 KHzGuarda

625 KHzGuarda

5 MHz

905 MHz 910 MHz

Sub Banda B Down link de Nodo B a Terminal Moacutevil

Figura 4 Banda de frecuencias 900 MHz

5112 Clasificacioacuten de los entornos

El alcance de la celda variacutea de acuerdo con el tipo de aacuterea cubierta urbano denso urbano suburbano o rural Los criterios para clasificar el aacuterea servida por las celdas son los que se muestran en la tabla 2

Tabla 2 Definicioacuten de entornos

Entorno Descripcioacuten

Urbano denso Aacutereas interiores del periacutemetro urbano muy poca vegetacioacuten alta

densidad de edificios calles angostas

Urbano Aacutereas interiores del periacutemetro urbano poca vegetacioacuten densidad

de edificios casas juntas calles poco anchas

Suburbano Aacutereas exteriores del periacutemetro urbano muy poca densidad de

edificios casas con jardines barrios residenciales

Rural Campo abierto con casas aisladas terrenos agriacutecolas y poblaciones

rurales

Seguacuten la definicioacuten de las caracteriacutesticas geograacuteficas de los entornos [2] se obtiene informacioacuten uacutetil sobre la propagacioacuten que tendraacute la sentildeal de acuerdo con su entorno y que se refleja directamente en la cobertura de la celda

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512 Definicioacuten de servicios

Para dar soporte a diferentes clases de servicios los estaacutendares 3G han definido cuatro clases de traacutefico de usuario La tabla abajo muestra un resumen de estas clases

5121 Conversacional

Esta clase se refiere a traacutefico de tiempo real con ancho de banda constante muy sensible al retardo y a la variacioacuten del retardo (jitter) y tiacutepicamente simeacutetrico Las aplicaciones tiacutepicas son la telefoniacutea la videoconferencia VoIP

5122 Streaming

Se refiere a traacutefico de tiempo real con ancho de banda constante sensible al retardo y medianamente sensible al jitter tiacutepicamente unidireccional Las aplicaciones tiacutepicas son el streaming de audio (por ejemplo radio a traveacutes de la red) de video (televisioacuten a traveacutes de la red) y de muacutesica (muacutesica en vivo a traveacutes de la red)

5123 Interactivo

Se refiere a traacutefico de tiempo no real con ancho de banda variable no es sensible al retardo ni al jitter sin embargo requiere un ancho de banda miacutenimo para operar eficientemente Aplicaciones de este tipo son los juegos interactivos online la navegacioacuten Web etc

5124 Background

Se refiere al traacutefico sin calidad de servicio que utiliza el ancho de banda remanente no es sensible al retardo o jitter Tiacutepicamente se asocia a las aplicaciones de mensajeriacutea transferencia de archivos etc

513 Estudio de demanda

El meacutetodo utilizado para estimar la demanda fue el de la curva logiacutestica que es un modelo matemaacutetico usado para expresar la maduracioacuten de un servicio en la poblacioacuten cuya expresioacuten matemaacutetica es la siguiente

( )01ttk

e

Sminusminus+

=ρ (ec 1)

Donde ρ es la penetracioacuten del servicio en abonados por 100 habitantes t es el

tiempo en antildeos S k y t0 son constantes El valor de S se obtiene como el liacutemite de cuando el tiempo t tiende a infinito Este valor es conocido como la penetracioacuten de saturacioacuten Para calcular las constantes k y t0 se requieren dos puntos adicionales Los puntos elegidos fueron el antildeo actual y el antildeo 10 cuando se supone que la penetracioacuten llegaraacute al 60 de la saturacioacuten

La siguiente figura muestra el comportamiento hipoteacutetico que tendraacute la penetracioacuten de los servicios en el futuro

148 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 5 Curva logiacutestica

514 Aspectos de hardware

Los terminales moacuteviles estaacuten cambiando notablemente con la funcioacuten de adaptarse a los nuevos contenidos y servicios asiacute como preparar al usuario a utilizar el moacutevil no solo para realizar llamadas telefoacutenicas sino para otros servicios como multimedia

Los terminales ofertados a los usuarios estaacuten clasificados de acuerdo con sus necesidades o preferencias presentes y futuras que pueden ser englobadas en las siguientes cuatro categoriacuteas [4]

bull Todo en uno (Clase 3-2) Son terminales que poseen todas las funcionalidades posibles actuales y que permiten consultar cualquier contenido y las aplicaciones definidas actualmente

bull Enfocados a las aplicaciones (Clase 3-4) Son dispositivos que permiten cualquier tipo de aplicacioacuten pero estaacuten enfocados en cierto tipo de aplicaciones tales como juegos o mensajeriacutea

bull Modulares (Clase 2-1) Son dispositivos que permiten al usuario particularizar su dispositivo con funcionalidades de hardware Estas funcionalidades incluyen puertos USB tarjetas de memoria etc

bull Descentralizados Son dispositivos que combinan una serie de elementos descentralizados y que se conectan entre siacute para disponer de distintas funcionalidades

En la tabla 3 se definen cuatro clases de potencias para los terminales con sus respectivos valores nominales y tolerancias

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 149

Tabla 3 Potencias de los UE seguacuten clase

Clase Potencia nominal Tolerancia

Clase 1 33 dBm (2 W) +1minus3 dB Clase 2 27 dBm (05 W) +1minus3 dB Clase 3 24 dBm (025 W) +1minus3 dB Clase 4 21 dBm (0125 W) +2minus2 dB

52 Presupuesto del enlace o link budget

Dentro de la planificacioacuten de la UTRAN para UMTS es necesario realizar un balance de potencias o link budget para asiacute poder determinar el maacuteximo radio de la celda En el link budget paraacutemetros como la ganancia de la antena peacuterdidas por cables ganancias por diversidad maacutergenes de desvanecimiento y otros son tomados en cuenta

El resultado de los caacutelculos realizados para link budget es la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto permitida (maximum allowed propagation path loss) que es un valor imprescindible para poder determinar el radio de celda y por ende el nuacutemero de sitios necesarios

MAPL = ERP minus Rxsens + Rxgain+loss + Propagationgain+loss (ec 2)

A diferencia del link budget de tecnologiacuteas basadas en TDMAFDMA y GSM existen algunos paraacutemetros que son especiacuteficos para WCDMA como el margen de interferencia el margen de desvanecimiento raacutepido y la ganancia por soft handover

521 Nivel de sensibilidad de recepcioacuten

El nivel de sensibilidad de recepcioacuten es principalmente limitado por el ruido teacutermico La densidad de potencia teacutermica espectral N normalizada a 1 Hz de ancho de banda se define mediante la siguiente ecuacioacuten [2]

HzdBmNo

dBNo

mWKNo

TkNo

174

601986624

)110381log(10())293log(10(

23

=minus=

+=

=minus

(ec 3)

Donde k= 138 10-23 [WsK] constante de Boltzman

T= 293 K temperatura del conductor

La potencia total de ruido teacutermico N en el detector estaacute limitada por el filtro del ancho de banda Para UMTS el filtro de ancho de banda de chips W es aproximadamente igual a la ocupacioacuten de la frecuencia de enmascarado de coacutedigos (scrambling codes) igual a 384 MHz Asiacute la potencia de ruido teacutermico es igual a

150 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

15108

)843log(10()0174(

dBmN

MHzHzdBmN

WNoN

minus=+minus=

= (ec 4)

La sensibilidad del receptor consiste en el nivel de ruido sobre una sola portadora donde se define la relacioacuten sentildeal-ruido (SNR) en el receptor La sensibilidad contiene la ganancia de procesamiento y las peacuterdidas debido a la carga es decir la carga usada por los diferentes servicios montados sobre una portadora WCDMA

WNSNRS O = (ec 5)

Donde )1(

ηminus

=W

R

NE

SNRo

b

El miacutenimo nivel de sentildeal recibido apto para la demodulacioacuten exitosa se basa en la cantidad de energiacutea recibida y si esta energiacutea estaacute suficientemente por encima del ruido y la interferencia generada por el ruido teacutermico y el de los otros usuarios La sensibilidad puede ser calculada por la siguiente foacutermula

GPNo

EbNadSensibilid sdotsdot= (ec 6)

Donde GP Ganancia de procesamiento

)843(10 RkbpsMchipsLogGP sdot=

Tabla 4 Caacutelculo de la sensibilidad en el balance de potencias

Datos del receptor 122 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

NB UE NB UE NB UE NB UE

Ganancia por diversidad de la antena

RX [dB] 200 200 200 200 200 200 200 200

Ganancia de la antena RX [dBi]

1800 100 1800 100 1800 100 1800 100

Peacuterdida por cables [dB] 300 000 000 000 300 000 300 000

Densidad de ruido teacutermico [dBmHz]

-17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400

Figura de ruido del receptor [dB]

212 000 112 000 212 000 212 000

Potencia de ruido del receptor [dBm]

-10604 -10816 -10704 -10816 -10604 -10816 -10604 -10816

EbNo Requerido [dB] 220 080 220 080 220 080 220 080

Tasa de datos [Kbps] 1220 1220 6400 6400 14400 14400 38400 38400

Nivel de sensibilidad

del receptor[dBm] -12521 -12803 -12152 -12443 -11809 -12161 -11394 -11715

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 151

522 Consideraciones en WCDMA para HSDPA

Para el despliegue de HSDPA es necesario contar como base con el Release 99 de UMTS ya que al constituirse en una mejora y un aprovechamiento de la interfaz de aire de UMTS HSDPA hace uso de todos los canales ya definidos para el Release 99

A pesar que HSDPA es una caracteriacutestica del downlink existen efectos adicionales en el uplink El canal de subida HS-PDCCH que provee una retroalimentacioacuten a la red desde la estacioacuten moacutevil debe ser tomado en cuenta La interferencia adicional no es contemplada por EbNo y por ello cierta potencia de transmisioacuten del moacutevil debe ser reservada para este traacutefico

Otro margen adicional que debe ser tomado en cuenta viene a raiacutez de que el control de potencia para HS-DPCCH no es oacuteptimo para los usuarios HSDPA que se encuentren ejerciendo soft handover

El principal impacto de la introduccioacuten de HSDPA se encuentra en la direccioacuten del downlink La potencia adicional necesaria para las transmisiones HSDPA necesita ser definida de manera que auacuten pueda disponerse de los canales DCH

WCDMA en el Release 99 tiacutepicamente usaba EbNo para denotar la recepcioacuten de energiacutea por bit recibido por razoacuten de ruido El EbNo corresponde uacutenicamente a un bloque de error (BLER) para una cierta tasa donde el uacutenico paraacutemetro de adaptacioacuten es la ganancia de esparcimiento Sin embargo la medida de EbNo no es una medida atractiva para HSDPA debido a que la tasa de datos en HS-DSCH variacutea en cada intervalo de transmisioacuten (TTI) usando diferentes esquemas de modulacioacuten codificacioacuten y un cierto nuacutemero de HS-PDSCH Por ello es necesario definir la relacioacuten promedio sentildeal-interferencia maacutes ruido en HSDSCH (SINR)

+minussdotsdot=

GP

PSFSINR

TOT

HSDPA

11

16

α (ec 7)

Donde SF16 es el factor de ensanchado de HS-PDSCH es el factor de ortogonalidad y otro paraacutemetro comuacutenmente usado es la relacioacuten misma celda vs otras celdas maacutes ruido de interferencia o factor de geometriacutea La 3GPP recomienda que para un entorno macrocelular SINR oscile entre valores de -5dB y -3dB Se debe notar que el SINR HS-DSCH es independiente del nuacutemero de coacutedigos HS-PDSCH usados el esquema de modulacioacuten y la tasa de codificacioacuten

Para el proceso de dimensionamiento del enlace downlink HSDPA se debe encontrar la relacioacuten entre el throughput promedio y la relacioacuten SINR promedio Extendidas las simulaciones a nivel del enlace y de acuerdo con las especificaciones de la 3GPP se consigue determinar una relacioacuten que involucre ambos valores

142100476000390][ 2 +sdot+sdot= SINRSINRMbpsThr dBSINRdB 205 leleminus (ec 8)

Donde Thr representa la carga que genera un usuario con un cierto SINR o la carga combinada de la celda de varios usuarios teniendo como promedio el mismo SNR

152 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 5 Consideraciones para HSDPA

LINK BUDGET HSDPA Caracteriacutesticas teacutecnicas

UL DL Frecuencia [MHz] 900

Transmisor UE NB Potencia para canales HS-DSCH 80

Potencia maacutexima de transmisioacuten 013 300 Tasa de datos uplink [Kbps] 64

Potencia HS-DSCH - 240 Tasa de datos downlink [Kbps] 512

Pot maacutex de transmisioacuten [dBm] 210 438 Factor sobre venta en el uplink 4

Ganancia de la antena [dBi] 20 180 Factor sobre venta en el downlink 8

Cable loss including MHA intersection loss

[dB] 00 30 Carga del uplink 50

EIRP [dBm] 230 588 Carga del downlink 70

Por datos estrateacutegicos en la empresa se definioacute que la vel miacutenima para HSDPA sea 512 Kbps

523 Margen de interferencia

El factor limitante para el desempentildeo y la capacidad de un Nodo B es la recepcioacuten total de interferencia TOTALI La interferencia consiste de dos partes ownI e otherI

como tambieacuten la interferencia de otros sistemas sistemasOtrosI _ y el ruido teacutermico N

NIIII systemsotheotherownTOTAL +++= _

bull Iown Es causada por la interferencia de los mismos usuarios dentro de una celda

bull Iother Es causada por usuarios de otras celdas junto a las estaciones base que los estaacuten atendiendo

bull systemsotherI _ Viene de diferentes sistemas canales adyacentes o fugas

de potencias de otras tecnologiacuteas

Estos conceptos ayudan a definir la relacioacuten i ndash factor

own

other

I

Ii =

Se define como i ndash factor la relacioacuten existente entre la interferencia generada por las otras celdas sobre la interferencia generada por la misma celda El valor i-factor depende del entorno de propagacioacuten aacutereas de solapamiento de las celdas nuacutemero de sectores en el Nodo B intensidad de traacutefico y su distribucioacuten y distancia a las celdas servidoras o celdas que interfieren

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 153

Tabla 6 Valores tiacutepicos de factor i

Microcelda Macrocelda

Omnidireccional Omnidireccional 2 Sectores 3 Sectores 4 sectores 6 Sectores 025lt055 045 055 065 075 085

El margen de interferencia en la celda se define como el total de interferencia sobre el ruido teacutermico

N

I

IMTOTAL

=

Este paraacutemetro limita la sensibilidad de recepcioacuten por lo tanto es importante considerarlo para poder estimar la cobertura Para el propoacutesito de disentildeo y caacutelculo del balance de potencias el IM es expresado como incremento de ruido o noise rise

)log(10 IMNR =

El NR representa la porcioacuten total de potencia recibida en dB Tiacutepicamente este valor debe ir de 2 - 4 [dB] para celdas limitadas en cobertura y de 4 ndash 7 [dB] para celdas limitadas por capacidad [2]

El margen de interferencia es el uacutenico paraacutemetro tomado en cuenta en balance de potencias que viene a estar relacionado directamente con la carga de la celda

El NR tambieacuten puede ser expresado en cuanto a la carga

)1

1log(10

ηminus=NR

El noise rise va a limitar la maacutexima peacuterdida de trayecto entre el moacutevil y el Nodo B Si la carga se aproxima a 100 el NR tiende a infinito por ello el radio de celda se hace cero y el sistema inestable

Es necesario definir el porcentaje de carga de la celda ya que este describiraacute cuaacutenta interferencia es generada en la celda Haciendo el estudio para el uplink cuando ULη se

aproxima a 1 el noise rise generado tiende a infinito y el sistema llega a su capacidad maacutexima e inestable

Seguacuten [1] para una red que se encuentra en la fase inicial de despliegue es recomendable adoptar un porcentaje de carga en el uplink igual a 50-60 Haciendo uso de Matlab se simuloacute el comportamiento de la carga de la celda para diferentes tasas de datos

154 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 6 Nivel de interferencia uplink

En el graacutefico obtenido mediante la simulacioacuten en vez de mostrar los usuarios simultaacuteneos se muestra el caudal de traacutefico o throughput en Kbps

En el caso del enlace descendente el comportamiento es similar soacutelo los paraacutemetros de entrada difieren ligeramente

En comparacioacuten con la ecuacioacuten de carga del uplink el paraacutemetro de suma importancia es el factor de ortogonalidad α UMTS hace uso de coacutedigos de ortogonalidad en el enlace descendente para separar y diferenciar a los usuarios unos de otros La ortogonalidad de 1 corresponde a usuarios perfectamente ortogonales Tiacutepicamente estos valores estaacuten entre 04 y 05 en canales de multitrayecto [2]

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 155

Figura 7 Nivel de interferencia downlink

Para una red UMTS seguacuten [2] en dimensionamiento se recomienda adoptar una carga en el downlink igual a 70-80 Desde un punto de vista praacutectico y experiencia de trabajo con redes 3G dentro un escenario de despliegue real en Bolivia se pudo corroborar que dentro la planificacioacuten y disentildeo de redes UMTS Huawei un fabricante de equipos de telecomunicaciones realiza el dimensionamiento de red considerando un factor de carga igual a 75

Requerimientos de la empresa

Tasa de datos [Kbps] 122 32 64 144 384

Frecuencia [MHz] 900 900 900 900 900

Carga del uplink 50 50 50 50 50

Carga del downlink 70 70 70 70 70

Altura Nodo B [m] 30 30 30 30 30

Altura terminal moacutevil [m] 15 15 15 15 15

524 Caacutelculo de la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto permitida

Haciendo uso de todos los paraacutemetros ya detallados se determina la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto seguacuten diferentes tasas de velocidad y para diferentes entornos Como ejemplo se muestra el caacutelculo de diferentes tasas de velocidad para un entorno urbano denso Se determinan las maacuteximas peacuterdidas de trayecto permitidas tanto para interiores como para exteriores

156 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 7 Caacutelculo del link budget para diferentes velocidades en un entorno urbano

denso

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 157

53 Modelos de propagacioacuten y radio de celda

Las predicciones de los niveles de sentildeal y cobertura son de gran importancia al momento de planificar una red de telefoniacutea moacutevil

Adoptar un modelo de propagacioacuten ayuda a predecir el valor medio de sentildeal o las peacuterdidas generadas en la trayectoria entre un transmisor y un receptor seguacuten la distancia y otros factores que contribuyen a la peacuterdida de trayecto como el perfil del terreno presencia de edificaciones u obstaacuteculos alturas de las antenas transmisoras y receptoras frecuencia de operacioacuten etc

El modelo COST 231 Walfisch-Ikegami es ampliamente usado en modelos empiacutericos de caacutelculo de propagacioacuten [3] Este modelo ha sido adoptado como estaacutendar para sistemas 3G IMT2000UMTS Para determinar los radios de coberturas de las celdas se debe considerar la direccioacuten del enlace el tipo de entorno y la velocidad de transferencia que permitan una menor peacuterdida de trayecto

UMTS depende del intercambio de capacidad y cobertura Estas variables estaacuten descritas por el comportamiento del enlace de subida y de bajada conforme a la peacuterdida de camino que generan y la carga que soportan respectivamente

Con el fin de estudiar este fenoacutemeno se simulo el comportamiento del balance de potencias tanto en el uplink como en el downlink tomando como variable de entrada la carga que soportan provista por las ecuaciones de carga ηUL y ηDL

Figura 8 Intercambio de la capacidad y la cobertura

Como el alcance de la celda estaacute limitado sobre todo por el enlace de subida terminal moacutevil a Nodo B debido a las restricciones que tiene el transmisor en cuanto a potencia tamantildeo de antena y a las interferencias de las sentildeales provenientes de los otros terminales hacia el receptor Nodo B el caacutelculo del enlace realizado se limita al enlace de subida uplink budget

158 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 8 MAPL limitado por el enlace ascendente

URBANO

DENSO

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

MAPL 16238 18282 1638 18203 1635 18324 1636 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1568 17503 1565 17624 1566 17518 1557 17197

MAPL indoor 14538 15582 1468 15503 1465 15624 1464 15518 1457 15197

URBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14618 15982 1468 15903 147 16024 1472 16018 14726 15697

SUBURBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14738 15982 1478 15903 1475 16024 1476 16518 1477 16197

531 Caacutelculo del radio de celda por entorno

Aplicando el modelo de propagacioacuten seleccionado se definen los radios de cobertura de las celdas

msdrtsbf LLLL ++=

minus

+minus+++∆+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stottrtsbf dff

dhLLL

minus

+minus+++minus+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stotrftrtsbf dff

dhhLLL

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

)log(

)log(9)log(925

704)log(1854)1log(18)log(20)log(20432

+

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus=

minus

+minus+++minus+minus+sdot+sdot+=

fdff

hhLL

d

dff

dhhLfdL

srftrts

tot

stotrftrtstot

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

10 +

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus

=

fdff

hhLL

tot

srftrts

d

Como el enlace que limita la cobertura es el uplink se hace uso de la MAPL indoor para determinar el radio de cobertura

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 159

De acuerdo con los resultados obtenidos de los radios de cobertura de las celdas se definieron algunos sitios tentativos para la ubicacioacuten de los nodos b ya que COMTECO es propietaria de dichos sitios

Tabla 9 Resumen de radios de coberturas para diferentes entornos

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

Sitio UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

UD

1 Sucre 2060 3877 2245 3697 2205 3978 2191 3730 2098 3071

2 Centro 2243 4223 2302 4026 2260 4333 2260 4063 2244 3345

U

3 Muyurina 2571 5876 2670 5602 2703 6028 2736 6006 2742 4944

4 Sur 2687 6139 2790 5853 2824 6299 2858 6275 2865 5166

SU 5 Temporal 4129 8774 4236 8365 4160 9002 4185 12142 4205 9996

SU 6 V Bush Sur 3129 7507 3210 7157 3153 7701 3172 10388 3187 8552

SU 7 Pacata 4001 8502 4105 8106 4031 8723 4056 11766 4075 9686

SU 8 Zofraco 5264 8262 5400 7877 5303 8476 5335 11433 5361 9412

SU 9 Pucara 3361 6308 3449 6014 3386 6472 3407 8729 3424 7186

SU 10 Sacaba 2542 5401 2608 5149 2561 5541 2576 7474 2589 6153

U 11 Quillacollo 2333 5597 2467 5336 2351 5742 2365 7745 2376 6376

SU 12 Florida Sur 2969 6308 3045 6014 2991 6472 3009 8729 3023 7186

SU 13 Pintildeami 2983 5965 3060 5687 3005 6120 3023 8255 3038 6796

SU 14 Tiquipaya 3183 5973 3265 5695 3207 6128 3226 8266 3242 6805

SU 15 Feria 3272 6139 2797 5853 3296 6299 3316 8496 3332 6994

SU 16 Valle Hermoso 3227 6857 3311 6538 3251 6702 3271 9489 3287 7812

Seguacuten el entorno se determinoacute que el radio de cobertura de la celda sea el menor permitido de entre todos los diferentes servicios ofertados Para determinar el radio de cobertura de HSDPA se debe considerar que eacuteste variariacutea constantemente dependiendo de las condiciones del canal radio y de su esquema de modulacioacuten las mayores velocidades de transferencia son alcanzadas cuando el UE estaacute maacutes proacuteximo al Nodo B [1]

160 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 9 Modulaciones en UMTSHSDPA

Figura 10 Variacioacuten radio de cobertura HSDPA

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 161

Para clasificar los entornos existentes en el proyecto no es suficiente catalogarlos seguacuten sus caracteriacutesticas geograacuteficas sino maacutes bien tomar en cuenta la densidad de usuarios potenciales que existan en ellos Considerando que en Cochabamba no existe una fuente de informacioacuten que refleje la cantidad de usuarios de servicios de telecomunicaciones distribuidos por zonas se hizo una analogiacutea con el reporte de traacutefico generado por las estaciones base de un operador de telefoniacutea moacutevil del departamento

Asiacute se obtiene los porcentajes de concentracioacuten de usuarios potenciales por entorno urbano denso urbano y suburbano Estos porcentajes fueron adoptados en el disentildeo para distribuir la demanda en los diferentes entornos por provincia

Tabla 10 Distribucioacuten de la demanda

Entorno Densidad 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

CERCADO

URBANO

DENSO 34 5818 11167 15556 18911 21487 23594 25466 2725 29031 3086 32389

URBANO 27 4621 8868 12353 15018 17063 18736 20223 21639 23054 24506 25721

SUBURBANO 39 6674 12809 17844 21693 24647 27064 29211 31257 33301 35398 37152

SACABA

SUBURBANO 100 4655 10234 16778 23398 2918 33717 37363 41143 44905 4901 52497

QUILLACOLLO

URBANO 52 4825 10408 1682 23401 2936 347 39812 45081 50761 57007 62596

SUBURBANO 48 4453 9608 15526 216 27102 32031 36749 41614 46856 52621 57781

54 Caacutelculo del traacutefico por celda

Para calcular el balance de potencias se consideroacute un porcentaje de carga igual a 50 en el uplink y 70 en el downlink

Como se vio en los apartados anteriores en UMTS el enlace descendente es el que limita la capacidad de la celda debido a que el Nodo B debe compartir la potencia entre todos los usuarios que se conectan a la red en la respectiva celda que atiende el Nodo B

Para dimensionar la carga de la celda se hizo uso de Matlab en el que se desarrolloacute un simulador de modelo de traacutefico derivado de las ecuaciones de carga en el downlink Siguiendo la metodologiacutea de planificacioacuten de radio se debe llegar a un equilibrio entre la cobertura y la capacidad mediante la validacioacuten del radio de cobertura ya establecido y otro conforme a un anaacutelisis de carga de la celda

En este apartado se determinaraacute la carga real de la celda seguacuten una cierta penetracioacuten de servicios recomendada por la UIT para redes 3G en Latinoameacuterica y dicha carga real determinaraacute la nueva MAPL de la celda

162 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Penetracioacuten de Servicios

Servicio de videollamadas

32 kbps

Servicio de datos

64 kbps

Servicio de datos

144 kbps

Servicio de datos

384 kbps

Servicio de voz

15 kbps

η1 η2 η3 η4 η5

N1 Usuarios

N2 Usuarios

N 3 Usuarios

N4 Usuarios

N 5 Usuarios

NR1 NR2 NR3 NR4 NR4+ + + +

NRtotal

Carga 1 [ kbps]

Carga 2 [kbps]

Carga 3 [kbps]

Carga 4 [ kbps]

Carga 5 [kbps]

Cargatotal

[kbps]

η

minus+=

vRNoEb

W

i

NulNumDL

)()1( α

sum=

+minus=N

j

iaRjW

jNo

EbvjNdl

1

])1[(

)(

)1

1(log10 10

NdlNR

minus=

)1( BLERRNThroughput minus=+ + + +

sum

sum

Figura 11 Planificacioacuten de capacidad

541 Traacutefico generado por usuario

Para estimar el traacutefico de voz que genera cada usuario se adoptoacute los reportes anuales de un operador de telefoniacutea moacutevil sobre la cantidad de minutos promedio que usa un cliente por mes (Minutes of Use)

diacuteaerdiacuteara lacioacutenlacioacutenMoUmensualTraacutefico

picohoraTraacutefico _int_int ReRe602430

)_(___ =

Donde

diacutearalacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado en la hora pico y el resto de horas del

diacutea

diacuteaerlacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado el diacutea pico y el resto de diacuteas del mes

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 163

El traacutefico generado por videollamadas fue adoptado de valores recomendados por [3] El traacutefico de datos generado por los usuarios fue calculado a partir del tiempo promedio de visita a portales moacuteviles

En la primera fase del proyecto se hizo la simulacioacuten del modelo de traacutefico con los valores de penetracioacuten correspondientes a ese periodo Para describir los caacutelculos realizados se tomaraacute como ejemplo los resultados de una celda de dos sectores

Tabla 11 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 1)

El modelo desarrollado determina la carga en kbps por servicio de acuerdo con una penetracioacuten de entrada y por ende la capacidad total de la celda Seguacuten esa carga es posible determinar los canales simultaacuteneos por usuario Los canales simultaacuteneos generan un cierto nivel de interferencia en toda la celda y por tanto determinan el porcentaje de carga total de la celda

En la primera fase se genera un nivel de carga de 7318 que es muy proacuteximo al valor teoacuterico adoptado en el inicio del dimensionamiento igual a 70 considerado para el caacutelculo de balance de potencias En la segunda fase del proyecto se espera una mayor penetracioacuten de los servicios y un mayor nivel de interferencia en la celda

En la segunda fase del proyecto se hizo la simulacioacuten con mayores niveles de penetracioacuten de donde se obtuvo un nivel de interferencia mayor que en la primera fase Este nivel de interferencia proporciona la carga total de la celda (8747) que si bien es mayor todaviacutea no llegoacute a la unidad y asiacute a la capacidad maacutexima de la celda

164 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 12 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 2)

De acuerdo con el porcentaje de carga real en el downlink determinado desde el punto de vista de capacidad del Nodo B se procedioacute a determinar la variabilidad del radio de cobertura con los nuevos valores de carga

Tabla 13 Variabilidad del radio de celda

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 165

Seguacuten los nuevos valores de los radios de cobertura obtenidos se puede apreciar que no existe una cuantiosa reduccioacuten en el radio de celda Por tanto se puede afinar que se llegoacute al balance entre cobertura y capacidad

Figura 12 Variacioacuten del radio de cobertura conforme al equilibrio entre la cobertura y capacidad

6 Conclusiones

En este trabajo de investigacioacuten se ha abordado el dimensionamiento de la red de acceso radio UTRAN con el objetivo fundamental de optimizar los recursos de transmisioacuten y soporte de QoS Tambieacuten se ha analizado los principales paraacutemetros y alternativas de disentildeo a considerar en un escenario de despliegue real para COMTECO

A lo largo del anaacutelisis se ha puesto de manifiesto la extraordinaria complejidad asociada con el dimensionamiento de UTRAN Asiacute se dio lugar al presente trabajo para solucionar el problema desde un enfoque analiacutetico asegurando el equilibrio entre la cobertura y capacidad Empero se consideroacute necesario para la fase de implantacioacuten del proyecto que se validen los resultados obtenidos mediante el uso de herramientas especiacuteficas de planificacioacuten y optimizacioacuten de redes 3G propias del fabricante En la misma liacutenea se consideroacute acometer un estudio maacutes exhaustivo del impacto que puedan tener los mecanismos de gestioacuten de traacutefico y gestioacuten de recursos de radio

Referencias

[1] Holma H y A Toskala 2007 WCDMA for UMTS-HSPA Evolution and LTE

John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[2] Nawrocki M M Dohler y H Aghvanmi 2006 Understanding UMTS Radio

Network Modelling Planning and Automated Optimization Theory and Practice John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

166 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

[3] Wacker A J Laiho y T Novosad 2006 Radio Network Planning and

Optimization for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[4] Chevallier C 2006 WCDMA (UMTS) Deployment Handbook Planning and

Optimization Aspects John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[5] Holma H y A Toskala 2006 HSDPAHSUPA for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

140 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Los usuarios no soacutelo buscan la obtencioacuten de texto de las diferentes paacuteginas en Internet sino tambieacuten aplicaciones de muacutesica y video e incluso pretenden realizar comunicaciones que involucren audio y video en tiempo real Otro aspecto importante fue el de la movilidad por lo que raacutepidamente los grupos teacutecnicos comenzaron a investigar nuevas tecnologiacuteas que posibiliten las comunicaciones moacuteviles de banda ancha

Los servicios de la tercera generacioacuten de los sistemas celulares (3G) fueron la respuesta a todas aquellas demandas Eacutestos ofrecen servicios de comunicaciones moacuteviles de banda ancha y procuran adicionalmente la conservacioacuten de los servicios tradicionales de voz Entonces nace esta nueva opcioacuten tecnoloacutegica que brinda aplicaciones como llamadas telefoacutenicas videoconferencias apuestas en liacutenea juegos en liacutenea y navegacioacuten en paacuteginas Web La UIT en este sentido comenzoacute a trabajar para lograr la normalizacioacuten del sistema de telefoniacutea moacutevil de tercera generacioacuten

Las caracteriacutesticas generales de los sistemas 3G son

bull Interfaz de radio mejorada en eficiencia espectral y capacidad de transferencia de informacioacuten

bull Disentildeo de los protocolos de la interfaz de aire para soportar muacuteltiples aplicaciones con muy diferentes requerimientos de tasas de transferencia y calidad de servicio

bull Un gran conjunto de funcionalidades y bien disentildeados modos de capas de radio enlaces para asegurar una muy alta eficiencia espectral

bull Robustez y mecanismos para soportar intensa interferencia considerada en el disentildeo de los sistemas

bull Servicios de conexioacuten en modo paquetes (fundamentalmente protocolo IP) como circuitos

bull Posibilidad de traspaso de redes 3G a 2G para minimizar costos de implementacioacuten y aprovechar la cobertura existente en 2G

bull Posibilidad de compartir infraestructura de sitios con BS de segunda generacioacuten Se pretende utilizar la infraestructura de 2G tanto como sea posible

Dentro del proceso de estandarizacioacuten se fue evaluando las diferentes candidaturas que se presentaron sujetas a variaciones y aproximaciones entre algunas de ellas Una consecuencia del proceso de estandarizacioacuten fue la conformacioacuten de foros de especificacioacuten ligados a las diferentes propuestas como el 3GPP responsable de la confeccioacuten de especificaciones para la propuesta UTRA y el 3GPP2 para la creacioacuten de especificaciones para la propuesta CDMA 2000

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 141

El Release 1999 oacute 99 fue la primera especificacioacuten obtenida para UMTS pero si bien eacutesta mediante la interfaz de aire WCDMA era un gran paso para el acceso radio de las redes GSM el nuacutecleo de red de UMTS no experimentaba mayores cambios

El Release 4 ya incluiacutea modificaciones en el nuacutecleo de la red especialmente en la conmutacioacuten de circuitos (CS) donde el MSC fue dividido en servidor MSC y Media

Gateway (MGW) Tambieacuten el GMSC fue dividido en servidor GMSC y MGW

El Release 5 incluye la primera especificacioacuten para el IMS (IPMultimedia Sub-system) el cual ya pondraacute a disposicioacuten todos los servicios en el dominio PS [1]

3 Arquitectura de red

UMTS se basa en las arquitecturas definidas por los sistemas moacuteviles de anteriores generaciones ver fig 1 A partir del Release 99 funcionalmente los elementos de la red son agrupados en la red de acceso radio (Radio Access Network) o seguacuten definioacute la 3GPP UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) que es el encargado de manejar todos los recursos y funcionalidades relacionados con la interfaz radio el nuacutecleo de red (CNCore Network) responsable de la conmutacioacuten y el enrutamiento y para completar el sistema el equipamiento de usuario (UEUser Equipment) que es el relacionador directo entre el usuario y la red de radio [1]

Figura 1 Arquitectura de red UMTS

31 HSDPA vs Release 99

A partir del Release 5 de UMTS el CN introdujo cambios significativos al considerar una plataforma completamente IP la presencia y mejora con HSDPA se encuentra principalmente en la red de acceso

En Release 99 existiacutean baacutesicamente tres meacutetodos diferentes para el downlink de los paquetes de datos DCH FACH y DSCH

En la especificacioacuten para HSDPA se introducen un nuevo meacutetodo para el downlink el HS-DSCH High Speed Downlink Shared Channel o canal compartido de bajada de alta velocidad

142 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Varios canales complementarios se han introducido para HSDPA como ser el HS-DSCH junto a su correspondiente canal fiacutesico Para la sentildealizacioacuten necesaria se introducen dos nuevos canales High Speed Shared Control Channel (HS-SCCH) en el downlink y High Speed Dedicated Physical Control Channel (HS-DPCCH) en el uplink

La principal labor del canal de alta velocidad es adecuar el esquema de modulacioacuten y codificacioacuten empleado cada intervalo de tiempo de 2 ms de acuerdo a las condiciones de propagacioacuten y asiacute asignar grandes porciones de ancho de banda al usuario

4 Teacutecnicas de acceso al medio

El primer paso para la planificacioacuten de una red celular es considerar y analizar la teacutecnica de acceso al medio utilizada

Se distinguen tres tipos de teacutecnicas de acceso para los sistemas celulares acceso al medio por divisioacuten de frecuencia (Frequency Division Multiple Access ndash FDMA) acceso al medio por divisioacuten de tiempo (Time Division Multiple Access - TDMA) y acceso al medio por divisioacuten de coacutedigo (Code Division Multiple Access - CDMA) [3]

Las teacutecnicas de acceso al medio garantizan que los usuarios concurrentes accedan al medio inalaacutembrico en forma idealmente no-interferente sea en el dominio de tiempo frecuencia o coacutedigo

FDMA posibilita el simultaacuteneo uso de una banda de frecuencia por varios usuarios donde a cada usuario se le asigna una porcioacuten de toda la banda En TDMA se les asigna a los usuarios ranuras de tiempo ortogonales y en CDMA distintos coacutedigos de esparcimiento ver fig 2

En resumen la teacutecnica de acceso facilita un oacuteptimo uso de los recursos disponibles y su faacutecil gestioacuten Para incrementar la flexibilidad teacutecnicas de acceso hibridas han sido desarrolladas y empleadas en diferentes sistemas de comunicacioacuten

Las redes de primera generacioacuten usaron FDMA como teacutecnica de acceso por ello la base del proceso de planificacioacuten consistiacutea en la agregacioacuten de celdas a clusters donde cada celda teniacutea una uacutenica frecuencia El desempentildeo de la red estaba limitado por el nivel de interferencia entre celdas

El proceso de planificacioacuten y optimizacioacuten no cambio dramaacuteticamente con la introduccioacuten de las redes de segunda generacioacuten (2G) Los avances en la tecnologiacutea posibilitaron extensiones hibridas al dominio de tiempo conduciendo a redes mas flexibles FDMATDMA como es el caso de GSM

Para los sistemas 2G nuevas complicaciones surgieron en el proceso de planificacioacuten la sincronizacioacuten la asignacioacuten dinaacutemica de canales y el salto de frecuencias (Frequency Hopping)

Tradicionalmente la principal opcioacuten para la localizacioacuten de los sitios eran las intersecciones de rejillas triangulares concretamente cubriendo con celdas de forma

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 143

hexagonal Existen muchas razones por las cuales esta aproximacioacuten ha sido tan bien aceptada y aplicada para la planificacioacuten de redes celulares

Figura 2 Teacutecnicas de acceso al medio

La principal razoacuten es su simplicidad analiacutetica En efecto las celdas llegariacutean a cubrir uniformemente cualquier superficie y tambieacuten se logra una buena aproximacioacuten a las antenas de las estaciones base La eleccioacuten del aspecto hexagonal es aun maacutes justificada mediante el empleo de antenas de tres sectores Sin embargo la aproximacioacuten de superficies regulares es resultado de una suposicioacuten de un ambiente de propagacioacuten homogeacuteneo es por ello que una vez que se introduce en un escenario de propagacioacuten real la simetriacutea de los arreglos de celdas regulares desaparece

En la comunidad de radio propagacioacuten es ampliamente conocido que las condiciones de propagacioacuten en aacutereas urbanas pueden destruir cualquier arreglo de celdas regulares o planes de frecuencia Como ser las calles angostas que faacutecilmente se pueden convertir en ductos de interferencia

Los arreglos hexagonales tambieacuten se pierden cuando el traacutefico de informacioacuten no es uniforme es decir cuando se habla de multiservicios Este fenoacutemeno no es solamente propio de soluciones CDMA sino tambieacuten en muchas otras tecnologiacuteas celulares aunque en diferentes formas

Por todo esto es que la teacutecnica de acceso al medio realmente impacta en los arreglos de celdas la localizacioacuten de los sitios y en general el proceso de planificacioacuten de red

5 Metodologiacutea de planificacioacuten

Para un sistema de acceso muacuteltiple por divisioacuten de coacutedigo como para cualquier otro sistema de telefoniacutea celular en principio es necesario asegurar una buena calidad de servicio (QoS) mediante una cobertura fiable A diferencia de sistemas FDMA o TDMA el proceso de planificacioacuten en WCDMA la planificacioacuten de cobertura e interferencia

144 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

debe ser realizada al mismo tiempo debido a que incrementos en la cobertura puede llegar a causar mayores niveles de interferencia y cualquier mecanismo para controlar la interferencia podriacutea provocar zonas sin cobertura Tomando en cuenta que en WCDMA se comparte una frecuencia en toda la red el proceso de planificacioacuten de torna arduo al tratar de conseguir el balance entre cobertura y capacidad

Tomando en cuenta estos fenoacutemenos se propone la siguiente metodologiacutea para realizar la planificacioacuten de la red de acceso radio en UMTS

Figura 3 Metodologiacutea de planificacioacuten

Se proponen tres etapas una etapa de pre planificacioacuten otra de disentildeo y por ultimo una etapa de dimensionamiento

El objetivo de la etapa de pre planificacioacuten es tener una clara concepcioacuten de la red a desplegar que clase de recursos pueden ser usados y los aspectos claves para construir un plan de negocios y asiacute asegurar la exitosa existencia de la red por un largo periodo

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 145

La etapa de pre planificacioacuten contempla todos los aspectos necesarios para poder disentildear la red Paraacutemetros necesarios para determinar la cobertura capacidad y calidad de la red para los diferentes tipos de servicio

La etapa de disentildeo contempla la mayor complejidad del proceso de planificacioacuten ya que mediante un link budget (Presupuesto del enlace) vincula el anaacutelisis de cobertura y el de capacidad para asiacute poder aterrizar en el equilibrio entre ambos enfoques

La etapa de dimensionamiento determina el radio de cobertura tanto del enlace uplink como del downlink tambieacuten se obtiene las diferentes configuraciones de los nodos b y de los RNC para asiacute concluir con la propuesta de configuracioacuten de la red de acceso UTRAN

51 Pre planificacioacuten

511 Definicioacuten del escenario de planificacioacuten

Seguacuten el trabajo realizado se limita el aacuterea de cobertura en zonas urbanas y suburbanas de departamento de Cochabamba De acuerdo con los indicadores socio-econoacutemicos provistos en el anexo A se concluye que el proyecto queda limitado a las provincias de Cercado Quillacollo y Sacaba ubicadas en el ASL1 del departamento Esto debido a que las localidades seleccionadas concentran la mayor densidad poblacional del departamento y los menores iacutendices de pobreza Por otro lado en ellas se encuentra un desarrollo industrial elevado que fomenta la circulacioacuten monetaria

5111 Frecuencia de operacioacuten

Un aspecto determinante para la planificacioacuten de redes inalaacutembricas es la frecuencia de operacioacuten de acuerdo a requerimientos de la empresa se solicitoacute que se haga el estudio y dimensionamiento de la red en la banda de 900 MHz La banda de frecuencias elegida para el efecto es la que se encuentra descrita en la siguiente figura por encontrarse libre

146 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Up link (Tx) - MT a Nodo B Down link (Rx) - NodoB a MT894 MHz

Banda solicitada 900 MHz sub bandas B-BCada sub banda puede soportar 2 portadorasEl Ancho de Banda de cada portadora es 5 MHz

905 MHz 939 MHz 950 MHz915 MHz 960 MHz

A

Portadora 2375 MHz

625 KHzGuarda

5 MHz

625 KHzGuarda

915 MHz

Portadora 1375 MHz

625 KHzGuarda

625 KHzGuarda

5 MHz

905 MHz 910 MHz

B A B

Total Ancho de Banda solicitado 20 MHz 10 MHz de subida y 10 MHz de bajada

Sub Banda B Up link de Terminal Moacutevil a Nodo B

Portadora 2375 MHz

625 KHzGuarda

5 MHz

625 KHzGuarda

915 MHz

Portadora 1375 MHz

625 KHzGuarda

625 KHzGuarda

5 MHz

905 MHz 910 MHz

Sub Banda B Down link de Nodo B a Terminal Moacutevil

Figura 4 Banda de frecuencias 900 MHz

5112 Clasificacioacuten de los entornos

El alcance de la celda variacutea de acuerdo con el tipo de aacuterea cubierta urbano denso urbano suburbano o rural Los criterios para clasificar el aacuterea servida por las celdas son los que se muestran en la tabla 2

Tabla 2 Definicioacuten de entornos

Entorno Descripcioacuten

Urbano denso Aacutereas interiores del periacutemetro urbano muy poca vegetacioacuten alta

densidad de edificios calles angostas

Urbano Aacutereas interiores del periacutemetro urbano poca vegetacioacuten densidad

de edificios casas juntas calles poco anchas

Suburbano Aacutereas exteriores del periacutemetro urbano muy poca densidad de

edificios casas con jardines barrios residenciales

Rural Campo abierto con casas aisladas terrenos agriacutecolas y poblaciones

rurales

Seguacuten la definicioacuten de las caracteriacutesticas geograacuteficas de los entornos [2] se obtiene informacioacuten uacutetil sobre la propagacioacuten que tendraacute la sentildeal de acuerdo con su entorno y que se refleja directamente en la cobertura de la celda

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 147

512 Definicioacuten de servicios

Para dar soporte a diferentes clases de servicios los estaacutendares 3G han definido cuatro clases de traacutefico de usuario La tabla abajo muestra un resumen de estas clases

5121 Conversacional

Esta clase se refiere a traacutefico de tiempo real con ancho de banda constante muy sensible al retardo y a la variacioacuten del retardo (jitter) y tiacutepicamente simeacutetrico Las aplicaciones tiacutepicas son la telefoniacutea la videoconferencia VoIP

5122 Streaming

Se refiere a traacutefico de tiempo real con ancho de banda constante sensible al retardo y medianamente sensible al jitter tiacutepicamente unidireccional Las aplicaciones tiacutepicas son el streaming de audio (por ejemplo radio a traveacutes de la red) de video (televisioacuten a traveacutes de la red) y de muacutesica (muacutesica en vivo a traveacutes de la red)

5123 Interactivo

Se refiere a traacutefico de tiempo no real con ancho de banda variable no es sensible al retardo ni al jitter sin embargo requiere un ancho de banda miacutenimo para operar eficientemente Aplicaciones de este tipo son los juegos interactivos online la navegacioacuten Web etc

5124 Background

Se refiere al traacutefico sin calidad de servicio que utiliza el ancho de banda remanente no es sensible al retardo o jitter Tiacutepicamente se asocia a las aplicaciones de mensajeriacutea transferencia de archivos etc

513 Estudio de demanda

El meacutetodo utilizado para estimar la demanda fue el de la curva logiacutestica que es un modelo matemaacutetico usado para expresar la maduracioacuten de un servicio en la poblacioacuten cuya expresioacuten matemaacutetica es la siguiente

( )01ttk

e

Sminusminus+

=ρ (ec 1)

Donde ρ es la penetracioacuten del servicio en abonados por 100 habitantes t es el

tiempo en antildeos S k y t0 son constantes El valor de S se obtiene como el liacutemite de cuando el tiempo t tiende a infinito Este valor es conocido como la penetracioacuten de saturacioacuten Para calcular las constantes k y t0 se requieren dos puntos adicionales Los puntos elegidos fueron el antildeo actual y el antildeo 10 cuando se supone que la penetracioacuten llegaraacute al 60 de la saturacioacuten

La siguiente figura muestra el comportamiento hipoteacutetico que tendraacute la penetracioacuten de los servicios en el futuro

148 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 5 Curva logiacutestica

514 Aspectos de hardware

Los terminales moacuteviles estaacuten cambiando notablemente con la funcioacuten de adaptarse a los nuevos contenidos y servicios asiacute como preparar al usuario a utilizar el moacutevil no solo para realizar llamadas telefoacutenicas sino para otros servicios como multimedia

Los terminales ofertados a los usuarios estaacuten clasificados de acuerdo con sus necesidades o preferencias presentes y futuras que pueden ser englobadas en las siguientes cuatro categoriacuteas [4]

bull Todo en uno (Clase 3-2) Son terminales que poseen todas las funcionalidades posibles actuales y que permiten consultar cualquier contenido y las aplicaciones definidas actualmente

bull Enfocados a las aplicaciones (Clase 3-4) Son dispositivos que permiten cualquier tipo de aplicacioacuten pero estaacuten enfocados en cierto tipo de aplicaciones tales como juegos o mensajeriacutea

bull Modulares (Clase 2-1) Son dispositivos que permiten al usuario particularizar su dispositivo con funcionalidades de hardware Estas funcionalidades incluyen puertos USB tarjetas de memoria etc

bull Descentralizados Son dispositivos que combinan una serie de elementos descentralizados y que se conectan entre siacute para disponer de distintas funcionalidades

En la tabla 3 se definen cuatro clases de potencias para los terminales con sus respectivos valores nominales y tolerancias

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 149

Tabla 3 Potencias de los UE seguacuten clase

Clase Potencia nominal Tolerancia

Clase 1 33 dBm (2 W) +1minus3 dB Clase 2 27 dBm (05 W) +1minus3 dB Clase 3 24 dBm (025 W) +1minus3 dB Clase 4 21 dBm (0125 W) +2minus2 dB

52 Presupuesto del enlace o link budget

Dentro de la planificacioacuten de la UTRAN para UMTS es necesario realizar un balance de potencias o link budget para asiacute poder determinar el maacuteximo radio de la celda En el link budget paraacutemetros como la ganancia de la antena peacuterdidas por cables ganancias por diversidad maacutergenes de desvanecimiento y otros son tomados en cuenta

El resultado de los caacutelculos realizados para link budget es la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto permitida (maximum allowed propagation path loss) que es un valor imprescindible para poder determinar el radio de celda y por ende el nuacutemero de sitios necesarios

MAPL = ERP minus Rxsens + Rxgain+loss + Propagationgain+loss (ec 2)

A diferencia del link budget de tecnologiacuteas basadas en TDMAFDMA y GSM existen algunos paraacutemetros que son especiacuteficos para WCDMA como el margen de interferencia el margen de desvanecimiento raacutepido y la ganancia por soft handover

521 Nivel de sensibilidad de recepcioacuten

El nivel de sensibilidad de recepcioacuten es principalmente limitado por el ruido teacutermico La densidad de potencia teacutermica espectral N normalizada a 1 Hz de ancho de banda se define mediante la siguiente ecuacioacuten [2]

HzdBmNo

dBNo

mWKNo

TkNo

174

601986624

)110381log(10())293log(10(

23

=minus=

+=

=minus

(ec 3)

Donde k= 138 10-23 [WsK] constante de Boltzman

T= 293 K temperatura del conductor

La potencia total de ruido teacutermico N en el detector estaacute limitada por el filtro del ancho de banda Para UMTS el filtro de ancho de banda de chips W es aproximadamente igual a la ocupacioacuten de la frecuencia de enmascarado de coacutedigos (scrambling codes) igual a 384 MHz Asiacute la potencia de ruido teacutermico es igual a

150 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

15108

)843log(10()0174(

dBmN

MHzHzdBmN

WNoN

minus=+minus=

= (ec 4)

La sensibilidad del receptor consiste en el nivel de ruido sobre una sola portadora donde se define la relacioacuten sentildeal-ruido (SNR) en el receptor La sensibilidad contiene la ganancia de procesamiento y las peacuterdidas debido a la carga es decir la carga usada por los diferentes servicios montados sobre una portadora WCDMA

WNSNRS O = (ec 5)

Donde )1(

ηminus

=W

R

NE

SNRo

b

El miacutenimo nivel de sentildeal recibido apto para la demodulacioacuten exitosa se basa en la cantidad de energiacutea recibida y si esta energiacutea estaacute suficientemente por encima del ruido y la interferencia generada por el ruido teacutermico y el de los otros usuarios La sensibilidad puede ser calculada por la siguiente foacutermula

GPNo

EbNadSensibilid sdotsdot= (ec 6)

Donde GP Ganancia de procesamiento

)843(10 RkbpsMchipsLogGP sdot=

Tabla 4 Caacutelculo de la sensibilidad en el balance de potencias

Datos del receptor 122 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

NB UE NB UE NB UE NB UE

Ganancia por diversidad de la antena

RX [dB] 200 200 200 200 200 200 200 200

Ganancia de la antena RX [dBi]

1800 100 1800 100 1800 100 1800 100

Peacuterdida por cables [dB] 300 000 000 000 300 000 300 000

Densidad de ruido teacutermico [dBmHz]

-17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400

Figura de ruido del receptor [dB]

212 000 112 000 212 000 212 000

Potencia de ruido del receptor [dBm]

-10604 -10816 -10704 -10816 -10604 -10816 -10604 -10816

EbNo Requerido [dB] 220 080 220 080 220 080 220 080

Tasa de datos [Kbps] 1220 1220 6400 6400 14400 14400 38400 38400

Nivel de sensibilidad

del receptor[dBm] -12521 -12803 -12152 -12443 -11809 -12161 -11394 -11715

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 151

522 Consideraciones en WCDMA para HSDPA

Para el despliegue de HSDPA es necesario contar como base con el Release 99 de UMTS ya que al constituirse en una mejora y un aprovechamiento de la interfaz de aire de UMTS HSDPA hace uso de todos los canales ya definidos para el Release 99

A pesar que HSDPA es una caracteriacutestica del downlink existen efectos adicionales en el uplink El canal de subida HS-PDCCH que provee una retroalimentacioacuten a la red desde la estacioacuten moacutevil debe ser tomado en cuenta La interferencia adicional no es contemplada por EbNo y por ello cierta potencia de transmisioacuten del moacutevil debe ser reservada para este traacutefico

Otro margen adicional que debe ser tomado en cuenta viene a raiacutez de que el control de potencia para HS-DPCCH no es oacuteptimo para los usuarios HSDPA que se encuentren ejerciendo soft handover

El principal impacto de la introduccioacuten de HSDPA se encuentra en la direccioacuten del downlink La potencia adicional necesaria para las transmisiones HSDPA necesita ser definida de manera que auacuten pueda disponerse de los canales DCH

WCDMA en el Release 99 tiacutepicamente usaba EbNo para denotar la recepcioacuten de energiacutea por bit recibido por razoacuten de ruido El EbNo corresponde uacutenicamente a un bloque de error (BLER) para una cierta tasa donde el uacutenico paraacutemetro de adaptacioacuten es la ganancia de esparcimiento Sin embargo la medida de EbNo no es una medida atractiva para HSDPA debido a que la tasa de datos en HS-DSCH variacutea en cada intervalo de transmisioacuten (TTI) usando diferentes esquemas de modulacioacuten codificacioacuten y un cierto nuacutemero de HS-PDSCH Por ello es necesario definir la relacioacuten promedio sentildeal-interferencia maacutes ruido en HSDSCH (SINR)

+minussdotsdot=

GP

PSFSINR

TOT

HSDPA

11

16

α (ec 7)

Donde SF16 es el factor de ensanchado de HS-PDSCH es el factor de ortogonalidad y otro paraacutemetro comuacutenmente usado es la relacioacuten misma celda vs otras celdas maacutes ruido de interferencia o factor de geometriacutea La 3GPP recomienda que para un entorno macrocelular SINR oscile entre valores de -5dB y -3dB Se debe notar que el SINR HS-DSCH es independiente del nuacutemero de coacutedigos HS-PDSCH usados el esquema de modulacioacuten y la tasa de codificacioacuten

Para el proceso de dimensionamiento del enlace downlink HSDPA se debe encontrar la relacioacuten entre el throughput promedio y la relacioacuten SINR promedio Extendidas las simulaciones a nivel del enlace y de acuerdo con las especificaciones de la 3GPP se consigue determinar una relacioacuten que involucre ambos valores

142100476000390][ 2 +sdot+sdot= SINRSINRMbpsThr dBSINRdB 205 leleminus (ec 8)

Donde Thr representa la carga que genera un usuario con un cierto SINR o la carga combinada de la celda de varios usuarios teniendo como promedio el mismo SNR

152 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 5 Consideraciones para HSDPA

LINK BUDGET HSDPA Caracteriacutesticas teacutecnicas

UL DL Frecuencia [MHz] 900

Transmisor UE NB Potencia para canales HS-DSCH 80

Potencia maacutexima de transmisioacuten 013 300 Tasa de datos uplink [Kbps] 64

Potencia HS-DSCH - 240 Tasa de datos downlink [Kbps] 512

Pot maacutex de transmisioacuten [dBm] 210 438 Factor sobre venta en el uplink 4

Ganancia de la antena [dBi] 20 180 Factor sobre venta en el downlink 8

Cable loss including MHA intersection loss

[dB] 00 30 Carga del uplink 50

EIRP [dBm] 230 588 Carga del downlink 70

Por datos estrateacutegicos en la empresa se definioacute que la vel miacutenima para HSDPA sea 512 Kbps

523 Margen de interferencia

El factor limitante para el desempentildeo y la capacidad de un Nodo B es la recepcioacuten total de interferencia TOTALI La interferencia consiste de dos partes ownI e otherI

como tambieacuten la interferencia de otros sistemas sistemasOtrosI _ y el ruido teacutermico N

NIIII systemsotheotherownTOTAL +++= _

bull Iown Es causada por la interferencia de los mismos usuarios dentro de una celda

bull Iother Es causada por usuarios de otras celdas junto a las estaciones base que los estaacuten atendiendo

bull systemsotherI _ Viene de diferentes sistemas canales adyacentes o fugas

de potencias de otras tecnologiacuteas

Estos conceptos ayudan a definir la relacioacuten i ndash factor

own

other

I

Ii =

Se define como i ndash factor la relacioacuten existente entre la interferencia generada por las otras celdas sobre la interferencia generada por la misma celda El valor i-factor depende del entorno de propagacioacuten aacutereas de solapamiento de las celdas nuacutemero de sectores en el Nodo B intensidad de traacutefico y su distribucioacuten y distancia a las celdas servidoras o celdas que interfieren

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 153

Tabla 6 Valores tiacutepicos de factor i

Microcelda Macrocelda

Omnidireccional Omnidireccional 2 Sectores 3 Sectores 4 sectores 6 Sectores 025lt055 045 055 065 075 085

El margen de interferencia en la celda se define como el total de interferencia sobre el ruido teacutermico

N

I

IMTOTAL

=

Este paraacutemetro limita la sensibilidad de recepcioacuten por lo tanto es importante considerarlo para poder estimar la cobertura Para el propoacutesito de disentildeo y caacutelculo del balance de potencias el IM es expresado como incremento de ruido o noise rise

)log(10 IMNR =

El NR representa la porcioacuten total de potencia recibida en dB Tiacutepicamente este valor debe ir de 2 - 4 [dB] para celdas limitadas en cobertura y de 4 ndash 7 [dB] para celdas limitadas por capacidad [2]

El margen de interferencia es el uacutenico paraacutemetro tomado en cuenta en balance de potencias que viene a estar relacionado directamente con la carga de la celda

El NR tambieacuten puede ser expresado en cuanto a la carga

)1

1log(10

ηminus=NR

El noise rise va a limitar la maacutexima peacuterdida de trayecto entre el moacutevil y el Nodo B Si la carga se aproxima a 100 el NR tiende a infinito por ello el radio de celda se hace cero y el sistema inestable

Es necesario definir el porcentaje de carga de la celda ya que este describiraacute cuaacutenta interferencia es generada en la celda Haciendo el estudio para el uplink cuando ULη se

aproxima a 1 el noise rise generado tiende a infinito y el sistema llega a su capacidad maacutexima e inestable

Seguacuten [1] para una red que se encuentra en la fase inicial de despliegue es recomendable adoptar un porcentaje de carga en el uplink igual a 50-60 Haciendo uso de Matlab se simuloacute el comportamiento de la carga de la celda para diferentes tasas de datos

154 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 6 Nivel de interferencia uplink

En el graacutefico obtenido mediante la simulacioacuten en vez de mostrar los usuarios simultaacuteneos se muestra el caudal de traacutefico o throughput en Kbps

En el caso del enlace descendente el comportamiento es similar soacutelo los paraacutemetros de entrada difieren ligeramente

En comparacioacuten con la ecuacioacuten de carga del uplink el paraacutemetro de suma importancia es el factor de ortogonalidad α UMTS hace uso de coacutedigos de ortogonalidad en el enlace descendente para separar y diferenciar a los usuarios unos de otros La ortogonalidad de 1 corresponde a usuarios perfectamente ortogonales Tiacutepicamente estos valores estaacuten entre 04 y 05 en canales de multitrayecto [2]

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 155

Figura 7 Nivel de interferencia downlink

Para una red UMTS seguacuten [2] en dimensionamiento se recomienda adoptar una carga en el downlink igual a 70-80 Desde un punto de vista praacutectico y experiencia de trabajo con redes 3G dentro un escenario de despliegue real en Bolivia se pudo corroborar que dentro la planificacioacuten y disentildeo de redes UMTS Huawei un fabricante de equipos de telecomunicaciones realiza el dimensionamiento de red considerando un factor de carga igual a 75

Requerimientos de la empresa

Tasa de datos [Kbps] 122 32 64 144 384

Frecuencia [MHz] 900 900 900 900 900

Carga del uplink 50 50 50 50 50

Carga del downlink 70 70 70 70 70

Altura Nodo B [m] 30 30 30 30 30

Altura terminal moacutevil [m] 15 15 15 15 15

524 Caacutelculo de la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto permitida

Haciendo uso de todos los paraacutemetros ya detallados se determina la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto seguacuten diferentes tasas de velocidad y para diferentes entornos Como ejemplo se muestra el caacutelculo de diferentes tasas de velocidad para un entorno urbano denso Se determinan las maacuteximas peacuterdidas de trayecto permitidas tanto para interiores como para exteriores

156 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 7 Caacutelculo del link budget para diferentes velocidades en un entorno urbano

denso

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 157

53 Modelos de propagacioacuten y radio de celda

Las predicciones de los niveles de sentildeal y cobertura son de gran importancia al momento de planificar una red de telefoniacutea moacutevil

Adoptar un modelo de propagacioacuten ayuda a predecir el valor medio de sentildeal o las peacuterdidas generadas en la trayectoria entre un transmisor y un receptor seguacuten la distancia y otros factores que contribuyen a la peacuterdida de trayecto como el perfil del terreno presencia de edificaciones u obstaacuteculos alturas de las antenas transmisoras y receptoras frecuencia de operacioacuten etc

El modelo COST 231 Walfisch-Ikegami es ampliamente usado en modelos empiacutericos de caacutelculo de propagacioacuten [3] Este modelo ha sido adoptado como estaacutendar para sistemas 3G IMT2000UMTS Para determinar los radios de coberturas de las celdas se debe considerar la direccioacuten del enlace el tipo de entorno y la velocidad de transferencia que permitan una menor peacuterdida de trayecto

UMTS depende del intercambio de capacidad y cobertura Estas variables estaacuten descritas por el comportamiento del enlace de subida y de bajada conforme a la peacuterdida de camino que generan y la carga que soportan respectivamente

Con el fin de estudiar este fenoacutemeno se simulo el comportamiento del balance de potencias tanto en el uplink como en el downlink tomando como variable de entrada la carga que soportan provista por las ecuaciones de carga ηUL y ηDL

Figura 8 Intercambio de la capacidad y la cobertura

Como el alcance de la celda estaacute limitado sobre todo por el enlace de subida terminal moacutevil a Nodo B debido a las restricciones que tiene el transmisor en cuanto a potencia tamantildeo de antena y a las interferencias de las sentildeales provenientes de los otros terminales hacia el receptor Nodo B el caacutelculo del enlace realizado se limita al enlace de subida uplink budget

158 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 8 MAPL limitado por el enlace ascendente

URBANO

DENSO

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

MAPL 16238 18282 1638 18203 1635 18324 1636 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1568 17503 1565 17624 1566 17518 1557 17197

MAPL indoor 14538 15582 1468 15503 1465 15624 1464 15518 1457 15197

URBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14618 15982 1468 15903 147 16024 1472 16018 14726 15697

SUBURBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14738 15982 1478 15903 1475 16024 1476 16518 1477 16197

531 Caacutelculo del radio de celda por entorno

Aplicando el modelo de propagacioacuten seleccionado se definen los radios de cobertura de las celdas

msdrtsbf LLLL ++=

minus

+minus+++∆+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stottrtsbf dff

dhLLL

minus

+minus+++minus+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stotrftrtsbf dff

dhhLLL

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

)log(

)log(9)log(925

704)log(1854)1log(18)log(20)log(20432

+

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus=

minus

+minus+++minus+minus+sdot+sdot+=

fdff

hhLL

d

dff

dhhLfdL

srftrts

tot

stotrftrtstot

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

10 +

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus

=

fdff

hhLL

tot

srftrts

d

Como el enlace que limita la cobertura es el uplink se hace uso de la MAPL indoor para determinar el radio de cobertura

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 159

De acuerdo con los resultados obtenidos de los radios de cobertura de las celdas se definieron algunos sitios tentativos para la ubicacioacuten de los nodos b ya que COMTECO es propietaria de dichos sitios

Tabla 9 Resumen de radios de coberturas para diferentes entornos

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

Sitio UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

UD

1 Sucre 2060 3877 2245 3697 2205 3978 2191 3730 2098 3071

2 Centro 2243 4223 2302 4026 2260 4333 2260 4063 2244 3345

U

3 Muyurina 2571 5876 2670 5602 2703 6028 2736 6006 2742 4944

4 Sur 2687 6139 2790 5853 2824 6299 2858 6275 2865 5166

SU 5 Temporal 4129 8774 4236 8365 4160 9002 4185 12142 4205 9996

SU 6 V Bush Sur 3129 7507 3210 7157 3153 7701 3172 10388 3187 8552

SU 7 Pacata 4001 8502 4105 8106 4031 8723 4056 11766 4075 9686

SU 8 Zofraco 5264 8262 5400 7877 5303 8476 5335 11433 5361 9412

SU 9 Pucara 3361 6308 3449 6014 3386 6472 3407 8729 3424 7186

SU 10 Sacaba 2542 5401 2608 5149 2561 5541 2576 7474 2589 6153

U 11 Quillacollo 2333 5597 2467 5336 2351 5742 2365 7745 2376 6376

SU 12 Florida Sur 2969 6308 3045 6014 2991 6472 3009 8729 3023 7186

SU 13 Pintildeami 2983 5965 3060 5687 3005 6120 3023 8255 3038 6796

SU 14 Tiquipaya 3183 5973 3265 5695 3207 6128 3226 8266 3242 6805

SU 15 Feria 3272 6139 2797 5853 3296 6299 3316 8496 3332 6994

SU 16 Valle Hermoso 3227 6857 3311 6538 3251 6702 3271 9489 3287 7812

Seguacuten el entorno se determinoacute que el radio de cobertura de la celda sea el menor permitido de entre todos los diferentes servicios ofertados Para determinar el radio de cobertura de HSDPA se debe considerar que eacuteste variariacutea constantemente dependiendo de las condiciones del canal radio y de su esquema de modulacioacuten las mayores velocidades de transferencia son alcanzadas cuando el UE estaacute maacutes proacuteximo al Nodo B [1]

160 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 9 Modulaciones en UMTSHSDPA

Figura 10 Variacioacuten radio de cobertura HSDPA

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 161

Para clasificar los entornos existentes en el proyecto no es suficiente catalogarlos seguacuten sus caracteriacutesticas geograacuteficas sino maacutes bien tomar en cuenta la densidad de usuarios potenciales que existan en ellos Considerando que en Cochabamba no existe una fuente de informacioacuten que refleje la cantidad de usuarios de servicios de telecomunicaciones distribuidos por zonas se hizo una analogiacutea con el reporte de traacutefico generado por las estaciones base de un operador de telefoniacutea moacutevil del departamento

Asiacute se obtiene los porcentajes de concentracioacuten de usuarios potenciales por entorno urbano denso urbano y suburbano Estos porcentajes fueron adoptados en el disentildeo para distribuir la demanda en los diferentes entornos por provincia

Tabla 10 Distribucioacuten de la demanda

Entorno Densidad 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

CERCADO

URBANO

DENSO 34 5818 11167 15556 18911 21487 23594 25466 2725 29031 3086 32389

URBANO 27 4621 8868 12353 15018 17063 18736 20223 21639 23054 24506 25721

SUBURBANO 39 6674 12809 17844 21693 24647 27064 29211 31257 33301 35398 37152

SACABA

SUBURBANO 100 4655 10234 16778 23398 2918 33717 37363 41143 44905 4901 52497

QUILLACOLLO

URBANO 52 4825 10408 1682 23401 2936 347 39812 45081 50761 57007 62596

SUBURBANO 48 4453 9608 15526 216 27102 32031 36749 41614 46856 52621 57781

54 Caacutelculo del traacutefico por celda

Para calcular el balance de potencias se consideroacute un porcentaje de carga igual a 50 en el uplink y 70 en el downlink

Como se vio en los apartados anteriores en UMTS el enlace descendente es el que limita la capacidad de la celda debido a que el Nodo B debe compartir la potencia entre todos los usuarios que se conectan a la red en la respectiva celda que atiende el Nodo B

Para dimensionar la carga de la celda se hizo uso de Matlab en el que se desarrolloacute un simulador de modelo de traacutefico derivado de las ecuaciones de carga en el downlink Siguiendo la metodologiacutea de planificacioacuten de radio se debe llegar a un equilibrio entre la cobertura y la capacidad mediante la validacioacuten del radio de cobertura ya establecido y otro conforme a un anaacutelisis de carga de la celda

En este apartado se determinaraacute la carga real de la celda seguacuten una cierta penetracioacuten de servicios recomendada por la UIT para redes 3G en Latinoameacuterica y dicha carga real determinaraacute la nueva MAPL de la celda

162 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Penetracioacuten de Servicios

Servicio de videollamadas

32 kbps

Servicio de datos

64 kbps

Servicio de datos

144 kbps

Servicio de datos

384 kbps

Servicio de voz

15 kbps

η1 η2 η3 η4 η5

N1 Usuarios

N2 Usuarios

N 3 Usuarios

N4 Usuarios

N 5 Usuarios

NR1 NR2 NR3 NR4 NR4+ + + +

NRtotal

Carga 1 [ kbps]

Carga 2 [kbps]

Carga 3 [kbps]

Carga 4 [ kbps]

Carga 5 [kbps]

Cargatotal

[kbps]

η

minus+=

vRNoEb

W

i

NulNumDL

)()1( α

sum=

+minus=N

j

iaRjW

jNo

EbvjNdl

1

])1[(

)(

)1

1(log10 10

NdlNR

minus=

)1( BLERRNThroughput minus=+ + + +

sum

sum

Figura 11 Planificacioacuten de capacidad

541 Traacutefico generado por usuario

Para estimar el traacutefico de voz que genera cada usuario se adoptoacute los reportes anuales de un operador de telefoniacutea moacutevil sobre la cantidad de minutos promedio que usa un cliente por mes (Minutes of Use)

diacuteaerdiacuteara lacioacutenlacioacutenMoUmensualTraacutefico

picohoraTraacutefico _int_int ReRe602430

)_(___ =

Donde

diacutearalacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado en la hora pico y el resto de horas del

diacutea

diacuteaerlacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado el diacutea pico y el resto de diacuteas del mes

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 163

El traacutefico generado por videollamadas fue adoptado de valores recomendados por [3] El traacutefico de datos generado por los usuarios fue calculado a partir del tiempo promedio de visita a portales moacuteviles

En la primera fase del proyecto se hizo la simulacioacuten del modelo de traacutefico con los valores de penetracioacuten correspondientes a ese periodo Para describir los caacutelculos realizados se tomaraacute como ejemplo los resultados de una celda de dos sectores

Tabla 11 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 1)

El modelo desarrollado determina la carga en kbps por servicio de acuerdo con una penetracioacuten de entrada y por ende la capacidad total de la celda Seguacuten esa carga es posible determinar los canales simultaacuteneos por usuario Los canales simultaacuteneos generan un cierto nivel de interferencia en toda la celda y por tanto determinan el porcentaje de carga total de la celda

En la primera fase se genera un nivel de carga de 7318 que es muy proacuteximo al valor teoacuterico adoptado en el inicio del dimensionamiento igual a 70 considerado para el caacutelculo de balance de potencias En la segunda fase del proyecto se espera una mayor penetracioacuten de los servicios y un mayor nivel de interferencia en la celda

En la segunda fase del proyecto se hizo la simulacioacuten con mayores niveles de penetracioacuten de donde se obtuvo un nivel de interferencia mayor que en la primera fase Este nivel de interferencia proporciona la carga total de la celda (8747) que si bien es mayor todaviacutea no llegoacute a la unidad y asiacute a la capacidad maacutexima de la celda

164 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 12 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 2)

De acuerdo con el porcentaje de carga real en el downlink determinado desde el punto de vista de capacidad del Nodo B se procedioacute a determinar la variabilidad del radio de cobertura con los nuevos valores de carga

Tabla 13 Variabilidad del radio de celda

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 165

Seguacuten los nuevos valores de los radios de cobertura obtenidos se puede apreciar que no existe una cuantiosa reduccioacuten en el radio de celda Por tanto se puede afinar que se llegoacute al balance entre cobertura y capacidad

Figura 12 Variacioacuten del radio de cobertura conforme al equilibrio entre la cobertura y capacidad

6 Conclusiones

En este trabajo de investigacioacuten se ha abordado el dimensionamiento de la red de acceso radio UTRAN con el objetivo fundamental de optimizar los recursos de transmisioacuten y soporte de QoS Tambieacuten se ha analizado los principales paraacutemetros y alternativas de disentildeo a considerar en un escenario de despliegue real para COMTECO

A lo largo del anaacutelisis se ha puesto de manifiesto la extraordinaria complejidad asociada con el dimensionamiento de UTRAN Asiacute se dio lugar al presente trabajo para solucionar el problema desde un enfoque analiacutetico asegurando el equilibrio entre la cobertura y capacidad Empero se consideroacute necesario para la fase de implantacioacuten del proyecto que se validen los resultados obtenidos mediante el uso de herramientas especiacuteficas de planificacioacuten y optimizacioacuten de redes 3G propias del fabricante En la misma liacutenea se consideroacute acometer un estudio maacutes exhaustivo del impacto que puedan tener los mecanismos de gestioacuten de traacutefico y gestioacuten de recursos de radio

Referencias

[1] Holma H y A Toskala 2007 WCDMA for UMTS-HSPA Evolution and LTE

John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[2] Nawrocki M M Dohler y H Aghvanmi 2006 Understanding UMTS Radio

Network Modelling Planning and Automated Optimization Theory and Practice John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

166 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

[3] Wacker A J Laiho y T Novosad 2006 Radio Network Planning and

Optimization for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[4] Chevallier C 2006 WCDMA (UMTS) Deployment Handbook Planning and

Optimization Aspects John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[5] Holma H y A Toskala 2006 HSDPAHSUPA for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 141

El Release 1999 oacute 99 fue la primera especificacioacuten obtenida para UMTS pero si bien eacutesta mediante la interfaz de aire WCDMA era un gran paso para el acceso radio de las redes GSM el nuacutecleo de red de UMTS no experimentaba mayores cambios

El Release 4 ya incluiacutea modificaciones en el nuacutecleo de la red especialmente en la conmutacioacuten de circuitos (CS) donde el MSC fue dividido en servidor MSC y Media

Gateway (MGW) Tambieacuten el GMSC fue dividido en servidor GMSC y MGW

El Release 5 incluye la primera especificacioacuten para el IMS (IPMultimedia Sub-system) el cual ya pondraacute a disposicioacuten todos los servicios en el dominio PS [1]

3 Arquitectura de red

UMTS se basa en las arquitecturas definidas por los sistemas moacuteviles de anteriores generaciones ver fig 1 A partir del Release 99 funcionalmente los elementos de la red son agrupados en la red de acceso radio (Radio Access Network) o seguacuten definioacute la 3GPP UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) que es el encargado de manejar todos los recursos y funcionalidades relacionados con la interfaz radio el nuacutecleo de red (CNCore Network) responsable de la conmutacioacuten y el enrutamiento y para completar el sistema el equipamiento de usuario (UEUser Equipment) que es el relacionador directo entre el usuario y la red de radio [1]

Figura 1 Arquitectura de red UMTS

31 HSDPA vs Release 99

A partir del Release 5 de UMTS el CN introdujo cambios significativos al considerar una plataforma completamente IP la presencia y mejora con HSDPA se encuentra principalmente en la red de acceso

En Release 99 existiacutean baacutesicamente tres meacutetodos diferentes para el downlink de los paquetes de datos DCH FACH y DSCH

En la especificacioacuten para HSDPA se introducen un nuevo meacutetodo para el downlink el HS-DSCH High Speed Downlink Shared Channel o canal compartido de bajada de alta velocidad

142 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Varios canales complementarios se han introducido para HSDPA como ser el HS-DSCH junto a su correspondiente canal fiacutesico Para la sentildealizacioacuten necesaria se introducen dos nuevos canales High Speed Shared Control Channel (HS-SCCH) en el downlink y High Speed Dedicated Physical Control Channel (HS-DPCCH) en el uplink

La principal labor del canal de alta velocidad es adecuar el esquema de modulacioacuten y codificacioacuten empleado cada intervalo de tiempo de 2 ms de acuerdo a las condiciones de propagacioacuten y asiacute asignar grandes porciones de ancho de banda al usuario

4 Teacutecnicas de acceso al medio

El primer paso para la planificacioacuten de una red celular es considerar y analizar la teacutecnica de acceso al medio utilizada

Se distinguen tres tipos de teacutecnicas de acceso para los sistemas celulares acceso al medio por divisioacuten de frecuencia (Frequency Division Multiple Access ndash FDMA) acceso al medio por divisioacuten de tiempo (Time Division Multiple Access - TDMA) y acceso al medio por divisioacuten de coacutedigo (Code Division Multiple Access - CDMA) [3]

Las teacutecnicas de acceso al medio garantizan que los usuarios concurrentes accedan al medio inalaacutembrico en forma idealmente no-interferente sea en el dominio de tiempo frecuencia o coacutedigo

FDMA posibilita el simultaacuteneo uso de una banda de frecuencia por varios usuarios donde a cada usuario se le asigna una porcioacuten de toda la banda En TDMA se les asigna a los usuarios ranuras de tiempo ortogonales y en CDMA distintos coacutedigos de esparcimiento ver fig 2

En resumen la teacutecnica de acceso facilita un oacuteptimo uso de los recursos disponibles y su faacutecil gestioacuten Para incrementar la flexibilidad teacutecnicas de acceso hibridas han sido desarrolladas y empleadas en diferentes sistemas de comunicacioacuten

Las redes de primera generacioacuten usaron FDMA como teacutecnica de acceso por ello la base del proceso de planificacioacuten consistiacutea en la agregacioacuten de celdas a clusters donde cada celda teniacutea una uacutenica frecuencia El desempentildeo de la red estaba limitado por el nivel de interferencia entre celdas

El proceso de planificacioacuten y optimizacioacuten no cambio dramaacuteticamente con la introduccioacuten de las redes de segunda generacioacuten (2G) Los avances en la tecnologiacutea posibilitaron extensiones hibridas al dominio de tiempo conduciendo a redes mas flexibles FDMATDMA como es el caso de GSM

Para los sistemas 2G nuevas complicaciones surgieron en el proceso de planificacioacuten la sincronizacioacuten la asignacioacuten dinaacutemica de canales y el salto de frecuencias (Frequency Hopping)

Tradicionalmente la principal opcioacuten para la localizacioacuten de los sitios eran las intersecciones de rejillas triangulares concretamente cubriendo con celdas de forma

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 143

hexagonal Existen muchas razones por las cuales esta aproximacioacuten ha sido tan bien aceptada y aplicada para la planificacioacuten de redes celulares

Figura 2 Teacutecnicas de acceso al medio

La principal razoacuten es su simplicidad analiacutetica En efecto las celdas llegariacutean a cubrir uniformemente cualquier superficie y tambieacuten se logra una buena aproximacioacuten a las antenas de las estaciones base La eleccioacuten del aspecto hexagonal es aun maacutes justificada mediante el empleo de antenas de tres sectores Sin embargo la aproximacioacuten de superficies regulares es resultado de una suposicioacuten de un ambiente de propagacioacuten homogeacuteneo es por ello que una vez que se introduce en un escenario de propagacioacuten real la simetriacutea de los arreglos de celdas regulares desaparece

En la comunidad de radio propagacioacuten es ampliamente conocido que las condiciones de propagacioacuten en aacutereas urbanas pueden destruir cualquier arreglo de celdas regulares o planes de frecuencia Como ser las calles angostas que faacutecilmente se pueden convertir en ductos de interferencia

Los arreglos hexagonales tambieacuten se pierden cuando el traacutefico de informacioacuten no es uniforme es decir cuando se habla de multiservicios Este fenoacutemeno no es solamente propio de soluciones CDMA sino tambieacuten en muchas otras tecnologiacuteas celulares aunque en diferentes formas

Por todo esto es que la teacutecnica de acceso al medio realmente impacta en los arreglos de celdas la localizacioacuten de los sitios y en general el proceso de planificacioacuten de red

5 Metodologiacutea de planificacioacuten

Para un sistema de acceso muacuteltiple por divisioacuten de coacutedigo como para cualquier otro sistema de telefoniacutea celular en principio es necesario asegurar una buena calidad de servicio (QoS) mediante una cobertura fiable A diferencia de sistemas FDMA o TDMA el proceso de planificacioacuten en WCDMA la planificacioacuten de cobertura e interferencia

144 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

debe ser realizada al mismo tiempo debido a que incrementos en la cobertura puede llegar a causar mayores niveles de interferencia y cualquier mecanismo para controlar la interferencia podriacutea provocar zonas sin cobertura Tomando en cuenta que en WCDMA se comparte una frecuencia en toda la red el proceso de planificacioacuten de torna arduo al tratar de conseguir el balance entre cobertura y capacidad

Tomando en cuenta estos fenoacutemenos se propone la siguiente metodologiacutea para realizar la planificacioacuten de la red de acceso radio en UMTS

Figura 3 Metodologiacutea de planificacioacuten

Se proponen tres etapas una etapa de pre planificacioacuten otra de disentildeo y por ultimo una etapa de dimensionamiento

El objetivo de la etapa de pre planificacioacuten es tener una clara concepcioacuten de la red a desplegar que clase de recursos pueden ser usados y los aspectos claves para construir un plan de negocios y asiacute asegurar la exitosa existencia de la red por un largo periodo

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 145

La etapa de pre planificacioacuten contempla todos los aspectos necesarios para poder disentildear la red Paraacutemetros necesarios para determinar la cobertura capacidad y calidad de la red para los diferentes tipos de servicio

La etapa de disentildeo contempla la mayor complejidad del proceso de planificacioacuten ya que mediante un link budget (Presupuesto del enlace) vincula el anaacutelisis de cobertura y el de capacidad para asiacute poder aterrizar en el equilibrio entre ambos enfoques

La etapa de dimensionamiento determina el radio de cobertura tanto del enlace uplink como del downlink tambieacuten se obtiene las diferentes configuraciones de los nodos b y de los RNC para asiacute concluir con la propuesta de configuracioacuten de la red de acceso UTRAN

51 Pre planificacioacuten

511 Definicioacuten del escenario de planificacioacuten

Seguacuten el trabajo realizado se limita el aacuterea de cobertura en zonas urbanas y suburbanas de departamento de Cochabamba De acuerdo con los indicadores socio-econoacutemicos provistos en el anexo A se concluye que el proyecto queda limitado a las provincias de Cercado Quillacollo y Sacaba ubicadas en el ASL1 del departamento Esto debido a que las localidades seleccionadas concentran la mayor densidad poblacional del departamento y los menores iacutendices de pobreza Por otro lado en ellas se encuentra un desarrollo industrial elevado que fomenta la circulacioacuten monetaria

5111 Frecuencia de operacioacuten

Un aspecto determinante para la planificacioacuten de redes inalaacutembricas es la frecuencia de operacioacuten de acuerdo a requerimientos de la empresa se solicitoacute que se haga el estudio y dimensionamiento de la red en la banda de 900 MHz La banda de frecuencias elegida para el efecto es la que se encuentra descrita en la siguiente figura por encontrarse libre

146 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Up link (Tx) - MT a Nodo B Down link (Rx) - NodoB a MT894 MHz

Banda solicitada 900 MHz sub bandas B-BCada sub banda puede soportar 2 portadorasEl Ancho de Banda de cada portadora es 5 MHz

905 MHz 939 MHz 950 MHz915 MHz 960 MHz

A

Portadora 2375 MHz

625 KHzGuarda

5 MHz

625 KHzGuarda

915 MHz

Portadora 1375 MHz

625 KHzGuarda

625 KHzGuarda

5 MHz

905 MHz 910 MHz

B A B

Total Ancho de Banda solicitado 20 MHz 10 MHz de subida y 10 MHz de bajada

Sub Banda B Up link de Terminal Moacutevil a Nodo B

Portadora 2375 MHz

625 KHzGuarda

5 MHz

625 KHzGuarda

915 MHz

Portadora 1375 MHz

625 KHzGuarda

625 KHzGuarda

5 MHz

905 MHz 910 MHz

Sub Banda B Down link de Nodo B a Terminal Moacutevil

Figura 4 Banda de frecuencias 900 MHz

5112 Clasificacioacuten de los entornos

El alcance de la celda variacutea de acuerdo con el tipo de aacuterea cubierta urbano denso urbano suburbano o rural Los criterios para clasificar el aacuterea servida por las celdas son los que se muestran en la tabla 2

Tabla 2 Definicioacuten de entornos

Entorno Descripcioacuten

Urbano denso Aacutereas interiores del periacutemetro urbano muy poca vegetacioacuten alta

densidad de edificios calles angostas

Urbano Aacutereas interiores del periacutemetro urbano poca vegetacioacuten densidad

de edificios casas juntas calles poco anchas

Suburbano Aacutereas exteriores del periacutemetro urbano muy poca densidad de

edificios casas con jardines barrios residenciales

Rural Campo abierto con casas aisladas terrenos agriacutecolas y poblaciones

rurales

Seguacuten la definicioacuten de las caracteriacutesticas geograacuteficas de los entornos [2] se obtiene informacioacuten uacutetil sobre la propagacioacuten que tendraacute la sentildeal de acuerdo con su entorno y que se refleja directamente en la cobertura de la celda

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 147

512 Definicioacuten de servicios

Para dar soporte a diferentes clases de servicios los estaacutendares 3G han definido cuatro clases de traacutefico de usuario La tabla abajo muestra un resumen de estas clases

5121 Conversacional

Esta clase se refiere a traacutefico de tiempo real con ancho de banda constante muy sensible al retardo y a la variacioacuten del retardo (jitter) y tiacutepicamente simeacutetrico Las aplicaciones tiacutepicas son la telefoniacutea la videoconferencia VoIP

5122 Streaming

Se refiere a traacutefico de tiempo real con ancho de banda constante sensible al retardo y medianamente sensible al jitter tiacutepicamente unidireccional Las aplicaciones tiacutepicas son el streaming de audio (por ejemplo radio a traveacutes de la red) de video (televisioacuten a traveacutes de la red) y de muacutesica (muacutesica en vivo a traveacutes de la red)

5123 Interactivo

Se refiere a traacutefico de tiempo no real con ancho de banda variable no es sensible al retardo ni al jitter sin embargo requiere un ancho de banda miacutenimo para operar eficientemente Aplicaciones de este tipo son los juegos interactivos online la navegacioacuten Web etc

5124 Background

Se refiere al traacutefico sin calidad de servicio que utiliza el ancho de banda remanente no es sensible al retardo o jitter Tiacutepicamente se asocia a las aplicaciones de mensajeriacutea transferencia de archivos etc

513 Estudio de demanda

El meacutetodo utilizado para estimar la demanda fue el de la curva logiacutestica que es un modelo matemaacutetico usado para expresar la maduracioacuten de un servicio en la poblacioacuten cuya expresioacuten matemaacutetica es la siguiente

( )01ttk

e

Sminusminus+

=ρ (ec 1)

Donde ρ es la penetracioacuten del servicio en abonados por 100 habitantes t es el

tiempo en antildeos S k y t0 son constantes El valor de S se obtiene como el liacutemite de cuando el tiempo t tiende a infinito Este valor es conocido como la penetracioacuten de saturacioacuten Para calcular las constantes k y t0 se requieren dos puntos adicionales Los puntos elegidos fueron el antildeo actual y el antildeo 10 cuando se supone que la penetracioacuten llegaraacute al 60 de la saturacioacuten

La siguiente figura muestra el comportamiento hipoteacutetico que tendraacute la penetracioacuten de los servicios en el futuro

148 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 5 Curva logiacutestica

514 Aspectos de hardware

Los terminales moacuteviles estaacuten cambiando notablemente con la funcioacuten de adaptarse a los nuevos contenidos y servicios asiacute como preparar al usuario a utilizar el moacutevil no solo para realizar llamadas telefoacutenicas sino para otros servicios como multimedia

Los terminales ofertados a los usuarios estaacuten clasificados de acuerdo con sus necesidades o preferencias presentes y futuras que pueden ser englobadas en las siguientes cuatro categoriacuteas [4]

bull Todo en uno (Clase 3-2) Son terminales que poseen todas las funcionalidades posibles actuales y que permiten consultar cualquier contenido y las aplicaciones definidas actualmente

bull Enfocados a las aplicaciones (Clase 3-4) Son dispositivos que permiten cualquier tipo de aplicacioacuten pero estaacuten enfocados en cierto tipo de aplicaciones tales como juegos o mensajeriacutea

bull Modulares (Clase 2-1) Son dispositivos que permiten al usuario particularizar su dispositivo con funcionalidades de hardware Estas funcionalidades incluyen puertos USB tarjetas de memoria etc

bull Descentralizados Son dispositivos que combinan una serie de elementos descentralizados y que se conectan entre siacute para disponer de distintas funcionalidades

En la tabla 3 se definen cuatro clases de potencias para los terminales con sus respectivos valores nominales y tolerancias

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 149

Tabla 3 Potencias de los UE seguacuten clase

Clase Potencia nominal Tolerancia

Clase 1 33 dBm (2 W) +1minus3 dB Clase 2 27 dBm (05 W) +1minus3 dB Clase 3 24 dBm (025 W) +1minus3 dB Clase 4 21 dBm (0125 W) +2minus2 dB

52 Presupuesto del enlace o link budget

Dentro de la planificacioacuten de la UTRAN para UMTS es necesario realizar un balance de potencias o link budget para asiacute poder determinar el maacuteximo radio de la celda En el link budget paraacutemetros como la ganancia de la antena peacuterdidas por cables ganancias por diversidad maacutergenes de desvanecimiento y otros son tomados en cuenta

El resultado de los caacutelculos realizados para link budget es la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto permitida (maximum allowed propagation path loss) que es un valor imprescindible para poder determinar el radio de celda y por ende el nuacutemero de sitios necesarios

MAPL = ERP minus Rxsens + Rxgain+loss + Propagationgain+loss (ec 2)

A diferencia del link budget de tecnologiacuteas basadas en TDMAFDMA y GSM existen algunos paraacutemetros que son especiacuteficos para WCDMA como el margen de interferencia el margen de desvanecimiento raacutepido y la ganancia por soft handover

521 Nivel de sensibilidad de recepcioacuten

El nivel de sensibilidad de recepcioacuten es principalmente limitado por el ruido teacutermico La densidad de potencia teacutermica espectral N normalizada a 1 Hz de ancho de banda se define mediante la siguiente ecuacioacuten [2]

HzdBmNo

dBNo

mWKNo

TkNo

174

601986624

)110381log(10())293log(10(

23

=minus=

+=

=minus

(ec 3)

Donde k= 138 10-23 [WsK] constante de Boltzman

T= 293 K temperatura del conductor

La potencia total de ruido teacutermico N en el detector estaacute limitada por el filtro del ancho de banda Para UMTS el filtro de ancho de banda de chips W es aproximadamente igual a la ocupacioacuten de la frecuencia de enmascarado de coacutedigos (scrambling codes) igual a 384 MHz Asiacute la potencia de ruido teacutermico es igual a

150 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

15108

)843log(10()0174(

dBmN

MHzHzdBmN

WNoN

minus=+minus=

= (ec 4)

La sensibilidad del receptor consiste en el nivel de ruido sobre una sola portadora donde se define la relacioacuten sentildeal-ruido (SNR) en el receptor La sensibilidad contiene la ganancia de procesamiento y las peacuterdidas debido a la carga es decir la carga usada por los diferentes servicios montados sobre una portadora WCDMA

WNSNRS O = (ec 5)

Donde )1(

ηminus

=W

R

NE

SNRo

b

El miacutenimo nivel de sentildeal recibido apto para la demodulacioacuten exitosa se basa en la cantidad de energiacutea recibida y si esta energiacutea estaacute suficientemente por encima del ruido y la interferencia generada por el ruido teacutermico y el de los otros usuarios La sensibilidad puede ser calculada por la siguiente foacutermula

GPNo

EbNadSensibilid sdotsdot= (ec 6)

Donde GP Ganancia de procesamiento

)843(10 RkbpsMchipsLogGP sdot=

Tabla 4 Caacutelculo de la sensibilidad en el balance de potencias

Datos del receptor 122 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

NB UE NB UE NB UE NB UE

Ganancia por diversidad de la antena

RX [dB] 200 200 200 200 200 200 200 200

Ganancia de la antena RX [dBi]

1800 100 1800 100 1800 100 1800 100

Peacuterdida por cables [dB] 300 000 000 000 300 000 300 000

Densidad de ruido teacutermico [dBmHz]

-17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400

Figura de ruido del receptor [dB]

212 000 112 000 212 000 212 000

Potencia de ruido del receptor [dBm]

-10604 -10816 -10704 -10816 -10604 -10816 -10604 -10816

EbNo Requerido [dB] 220 080 220 080 220 080 220 080

Tasa de datos [Kbps] 1220 1220 6400 6400 14400 14400 38400 38400

Nivel de sensibilidad

del receptor[dBm] -12521 -12803 -12152 -12443 -11809 -12161 -11394 -11715

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 151

522 Consideraciones en WCDMA para HSDPA

Para el despliegue de HSDPA es necesario contar como base con el Release 99 de UMTS ya que al constituirse en una mejora y un aprovechamiento de la interfaz de aire de UMTS HSDPA hace uso de todos los canales ya definidos para el Release 99

A pesar que HSDPA es una caracteriacutestica del downlink existen efectos adicionales en el uplink El canal de subida HS-PDCCH que provee una retroalimentacioacuten a la red desde la estacioacuten moacutevil debe ser tomado en cuenta La interferencia adicional no es contemplada por EbNo y por ello cierta potencia de transmisioacuten del moacutevil debe ser reservada para este traacutefico

Otro margen adicional que debe ser tomado en cuenta viene a raiacutez de que el control de potencia para HS-DPCCH no es oacuteptimo para los usuarios HSDPA que se encuentren ejerciendo soft handover

El principal impacto de la introduccioacuten de HSDPA se encuentra en la direccioacuten del downlink La potencia adicional necesaria para las transmisiones HSDPA necesita ser definida de manera que auacuten pueda disponerse de los canales DCH

WCDMA en el Release 99 tiacutepicamente usaba EbNo para denotar la recepcioacuten de energiacutea por bit recibido por razoacuten de ruido El EbNo corresponde uacutenicamente a un bloque de error (BLER) para una cierta tasa donde el uacutenico paraacutemetro de adaptacioacuten es la ganancia de esparcimiento Sin embargo la medida de EbNo no es una medida atractiva para HSDPA debido a que la tasa de datos en HS-DSCH variacutea en cada intervalo de transmisioacuten (TTI) usando diferentes esquemas de modulacioacuten codificacioacuten y un cierto nuacutemero de HS-PDSCH Por ello es necesario definir la relacioacuten promedio sentildeal-interferencia maacutes ruido en HSDSCH (SINR)

+minussdotsdot=

GP

PSFSINR

TOT

HSDPA

11

16

α (ec 7)

Donde SF16 es el factor de ensanchado de HS-PDSCH es el factor de ortogonalidad y otro paraacutemetro comuacutenmente usado es la relacioacuten misma celda vs otras celdas maacutes ruido de interferencia o factor de geometriacutea La 3GPP recomienda que para un entorno macrocelular SINR oscile entre valores de -5dB y -3dB Se debe notar que el SINR HS-DSCH es independiente del nuacutemero de coacutedigos HS-PDSCH usados el esquema de modulacioacuten y la tasa de codificacioacuten

Para el proceso de dimensionamiento del enlace downlink HSDPA se debe encontrar la relacioacuten entre el throughput promedio y la relacioacuten SINR promedio Extendidas las simulaciones a nivel del enlace y de acuerdo con las especificaciones de la 3GPP se consigue determinar una relacioacuten que involucre ambos valores

142100476000390][ 2 +sdot+sdot= SINRSINRMbpsThr dBSINRdB 205 leleminus (ec 8)

Donde Thr representa la carga que genera un usuario con un cierto SINR o la carga combinada de la celda de varios usuarios teniendo como promedio el mismo SNR

152 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 5 Consideraciones para HSDPA

LINK BUDGET HSDPA Caracteriacutesticas teacutecnicas

UL DL Frecuencia [MHz] 900

Transmisor UE NB Potencia para canales HS-DSCH 80

Potencia maacutexima de transmisioacuten 013 300 Tasa de datos uplink [Kbps] 64

Potencia HS-DSCH - 240 Tasa de datos downlink [Kbps] 512

Pot maacutex de transmisioacuten [dBm] 210 438 Factor sobre venta en el uplink 4

Ganancia de la antena [dBi] 20 180 Factor sobre venta en el downlink 8

Cable loss including MHA intersection loss

[dB] 00 30 Carga del uplink 50

EIRP [dBm] 230 588 Carga del downlink 70

Por datos estrateacutegicos en la empresa se definioacute que la vel miacutenima para HSDPA sea 512 Kbps

523 Margen de interferencia

El factor limitante para el desempentildeo y la capacidad de un Nodo B es la recepcioacuten total de interferencia TOTALI La interferencia consiste de dos partes ownI e otherI

como tambieacuten la interferencia de otros sistemas sistemasOtrosI _ y el ruido teacutermico N

NIIII systemsotheotherownTOTAL +++= _

bull Iown Es causada por la interferencia de los mismos usuarios dentro de una celda

bull Iother Es causada por usuarios de otras celdas junto a las estaciones base que los estaacuten atendiendo

bull systemsotherI _ Viene de diferentes sistemas canales adyacentes o fugas

de potencias de otras tecnologiacuteas

Estos conceptos ayudan a definir la relacioacuten i ndash factor

own

other

I

Ii =

Se define como i ndash factor la relacioacuten existente entre la interferencia generada por las otras celdas sobre la interferencia generada por la misma celda El valor i-factor depende del entorno de propagacioacuten aacutereas de solapamiento de las celdas nuacutemero de sectores en el Nodo B intensidad de traacutefico y su distribucioacuten y distancia a las celdas servidoras o celdas que interfieren

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 153

Tabla 6 Valores tiacutepicos de factor i

Microcelda Macrocelda

Omnidireccional Omnidireccional 2 Sectores 3 Sectores 4 sectores 6 Sectores 025lt055 045 055 065 075 085

El margen de interferencia en la celda se define como el total de interferencia sobre el ruido teacutermico

N

I

IMTOTAL

=

Este paraacutemetro limita la sensibilidad de recepcioacuten por lo tanto es importante considerarlo para poder estimar la cobertura Para el propoacutesito de disentildeo y caacutelculo del balance de potencias el IM es expresado como incremento de ruido o noise rise

)log(10 IMNR =

El NR representa la porcioacuten total de potencia recibida en dB Tiacutepicamente este valor debe ir de 2 - 4 [dB] para celdas limitadas en cobertura y de 4 ndash 7 [dB] para celdas limitadas por capacidad [2]

El margen de interferencia es el uacutenico paraacutemetro tomado en cuenta en balance de potencias que viene a estar relacionado directamente con la carga de la celda

El NR tambieacuten puede ser expresado en cuanto a la carga

)1

1log(10

ηminus=NR

El noise rise va a limitar la maacutexima peacuterdida de trayecto entre el moacutevil y el Nodo B Si la carga se aproxima a 100 el NR tiende a infinito por ello el radio de celda se hace cero y el sistema inestable

Es necesario definir el porcentaje de carga de la celda ya que este describiraacute cuaacutenta interferencia es generada en la celda Haciendo el estudio para el uplink cuando ULη se

aproxima a 1 el noise rise generado tiende a infinito y el sistema llega a su capacidad maacutexima e inestable

Seguacuten [1] para una red que se encuentra en la fase inicial de despliegue es recomendable adoptar un porcentaje de carga en el uplink igual a 50-60 Haciendo uso de Matlab se simuloacute el comportamiento de la carga de la celda para diferentes tasas de datos

154 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 6 Nivel de interferencia uplink

En el graacutefico obtenido mediante la simulacioacuten en vez de mostrar los usuarios simultaacuteneos se muestra el caudal de traacutefico o throughput en Kbps

En el caso del enlace descendente el comportamiento es similar soacutelo los paraacutemetros de entrada difieren ligeramente

En comparacioacuten con la ecuacioacuten de carga del uplink el paraacutemetro de suma importancia es el factor de ortogonalidad α UMTS hace uso de coacutedigos de ortogonalidad en el enlace descendente para separar y diferenciar a los usuarios unos de otros La ortogonalidad de 1 corresponde a usuarios perfectamente ortogonales Tiacutepicamente estos valores estaacuten entre 04 y 05 en canales de multitrayecto [2]

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 155

Figura 7 Nivel de interferencia downlink

Para una red UMTS seguacuten [2] en dimensionamiento se recomienda adoptar una carga en el downlink igual a 70-80 Desde un punto de vista praacutectico y experiencia de trabajo con redes 3G dentro un escenario de despliegue real en Bolivia se pudo corroborar que dentro la planificacioacuten y disentildeo de redes UMTS Huawei un fabricante de equipos de telecomunicaciones realiza el dimensionamiento de red considerando un factor de carga igual a 75

Requerimientos de la empresa

Tasa de datos [Kbps] 122 32 64 144 384

Frecuencia [MHz] 900 900 900 900 900

Carga del uplink 50 50 50 50 50

Carga del downlink 70 70 70 70 70

Altura Nodo B [m] 30 30 30 30 30

Altura terminal moacutevil [m] 15 15 15 15 15

524 Caacutelculo de la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto permitida

Haciendo uso de todos los paraacutemetros ya detallados se determina la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto seguacuten diferentes tasas de velocidad y para diferentes entornos Como ejemplo se muestra el caacutelculo de diferentes tasas de velocidad para un entorno urbano denso Se determinan las maacuteximas peacuterdidas de trayecto permitidas tanto para interiores como para exteriores

156 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 7 Caacutelculo del link budget para diferentes velocidades en un entorno urbano

denso

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 157

53 Modelos de propagacioacuten y radio de celda

Las predicciones de los niveles de sentildeal y cobertura son de gran importancia al momento de planificar una red de telefoniacutea moacutevil

Adoptar un modelo de propagacioacuten ayuda a predecir el valor medio de sentildeal o las peacuterdidas generadas en la trayectoria entre un transmisor y un receptor seguacuten la distancia y otros factores que contribuyen a la peacuterdida de trayecto como el perfil del terreno presencia de edificaciones u obstaacuteculos alturas de las antenas transmisoras y receptoras frecuencia de operacioacuten etc

El modelo COST 231 Walfisch-Ikegami es ampliamente usado en modelos empiacutericos de caacutelculo de propagacioacuten [3] Este modelo ha sido adoptado como estaacutendar para sistemas 3G IMT2000UMTS Para determinar los radios de coberturas de las celdas se debe considerar la direccioacuten del enlace el tipo de entorno y la velocidad de transferencia que permitan una menor peacuterdida de trayecto

UMTS depende del intercambio de capacidad y cobertura Estas variables estaacuten descritas por el comportamiento del enlace de subida y de bajada conforme a la peacuterdida de camino que generan y la carga que soportan respectivamente

Con el fin de estudiar este fenoacutemeno se simulo el comportamiento del balance de potencias tanto en el uplink como en el downlink tomando como variable de entrada la carga que soportan provista por las ecuaciones de carga ηUL y ηDL

Figura 8 Intercambio de la capacidad y la cobertura

Como el alcance de la celda estaacute limitado sobre todo por el enlace de subida terminal moacutevil a Nodo B debido a las restricciones que tiene el transmisor en cuanto a potencia tamantildeo de antena y a las interferencias de las sentildeales provenientes de los otros terminales hacia el receptor Nodo B el caacutelculo del enlace realizado se limita al enlace de subida uplink budget

158 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 8 MAPL limitado por el enlace ascendente

URBANO

DENSO

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

MAPL 16238 18282 1638 18203 1635 18324 1636 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1568 17503 1565 17624 1566 17518 1557 17197

MAPL indoor 14538 15582 1468 15503 1465 15624 1464 15518 1457 15197

URBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14618 15982 1468 15903 147 16024 1472 16018 14726 15697

SUBURBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14738 15982 1478 15903 1475 16024 1476 16518 1477 16197

531 Caacutelculo del radio de celda por entorno

Aplicando el modelo de propagacioacuten seleccionado se definen los radios de cobertura de las celdas

msdrtsbf LLLL ++=

minus

+minus+++∆+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stottrtsbf dff

dhLLL

minus

+minus+++minus+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stotrftrtsbf dff

dhhLLL

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

)log(

)log(9)log(925

704)log(1854)1log(18)log(20)log(20432

+

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus=

minus

+minus+++minus+minus+sdot+sdot+=

fdff

hhLL

d

dff

dhhLfdL

srftrts

tot

stotrftrtstot

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

10 +

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus

=

fdff

hhLL

tot

srftrts

d

Como el enlace que limita la cobertura es el uplink se hace uso de la MAPL indoor para determinar el radio de cobertura

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 159

De acuerdo con los resultados obtenidos de los radios de cobertura de las celdas se definieron algunos sitios tentativos para la ubicacioacuten de los nodos b ya que COMTECO es propietaria de dichos sitios

Tabla 9 Resumen de radios de coberturas para diferentes entornos

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

Sitio UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

UD

1 Sucre 2060 3877 2245 3697 2205 3978 2191 3730 2098 3071

2 Centro 2243 4223 2302 4026 2260 4333 2260 4063 2244 3345

U

3 Muyurina 2571 5876 2670 5602 2703 6028 2736 6006 2742 4944

4 Sur 2687 6139 2790 5853 2824 6299 2858 6275 2865 5166

SU 5 Temporal 4129 8774 4236 8365 4160 9002 4185 12142 4205 9996

SU 6 V Bush Sur 3129 7507 3210 7157 3153 7701 3172 10388 3187 8552

SU 7 Pacata 4001 8502 4105 8106 4031 8723 4056 11766 4075 9686

SU 8 Zofraco 5264 8262 5400 7877 5303 8476 5335 11433 5361 9412

SU 9 Pucara 3361 6308 3449 6014 3386 6472 3407 8729 3424 7186

SU 10 Sacaba 2542 5401 2608 5149 2561 5541 2576 7474 2589 6153

U 11 Quillacollo 2333 5597 2467 5336 2351 5742 2365 7745 2376 6376

SU 12 Florida Sur 2969 6308 3045 6014 2991 6472 3009 8729 3023 7186

SU 13 Pintildeami 2983 5965 3060 5687 3005 6120 3023 8255 3038 6796

SU 14 Tiquipaya 3183 5973 3265 5695 3207 6128 3226 8266 3242 6805

SU 15 Feria 3272 6139 2797 5853 3296 6299 3316 8496 3332 6994

SU 16 Valle Hermoso 3227 6857 3311 6538 3251 6702 3271 9489 3287 7812

Seguacuten el entorno se determinoacute que el radio de cobertura de la celda sea el menor permitido de entre todos los diferentes servicios ofertados Para determinar el radio de cobertura de HSDPA se debe considerar que eacuteste variariacutea constantemente dependiendo de las condiciones del canal radio y de su esquema de modulacioacuten las mayores velocidades de transferencia son alcanzadas cuando el UE estaacute maacutes proacuteximo al Nodo B [1]

160 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 9 Modulaciones en UMTSHSDPA

Figura 10 Variacioacuten radio de cobertura HSDPA

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 161

Para clasificar los entornos existentes en el proyecto no es suficiente catalogarlos seguacuten sus caracteriacutesticas geograacuteficas sino maacutes bien tomar en cuenta la densidad de usuarios potenciales que existan en ellos Considerando que en Cochabamba no existe una fuente de informacioacuten que refleje la cantidad de usuarios de servicios de telecomunicaciones distribuidos por zonas se hizo una analogiacutea con el reporte de traacutefico generado por las estaciones base de un operador de telefoniacutea moacutevil del departamento

Asiacute se obtiene los porcentajes de concentracioacuten de usuarios potenciales por entorno urbano denso urbano y suburbano Estos porcentajes fueron adoptados en el disentildeo para distribuir la demanda en los diferentes entornos por provincia

Tabla 10 Distribucioacuten de la demanda

Entorno Densidad 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

CERCADO

URBANO

DENSO 34 5818 11167 15556 18911 21487 23594 25466 2725 29031 3086 32389

URBANO 27 4621 8868 12353 15018 17063 18736 20223 21639 23054 24506 25721

SUBURBANO 39 6674 12809 17844 21693 24647 27064 29211 31257 33301 35398 37152

SACABA

SUBURBANO 100 4655 10234 16778 23398 2918 33717 37363 41143 44905 4901 52497

QUILLACOLLO

URBANO 52 4825 10408 1682 23401 2936 347 39812 45081 50761 57007 62596

SUBURBANO 48 4453 9608 15526 216 27102 32031 36749 41614 46856 52621 57781

54 Caacutelculo del traacutefico por celda

Para calcular el balance de potencias se consideroacute un porcentaje de carga igual a 50 en el uplink y 70 en el downlink

Como se vio en los apartados anteriores en UMTS el enlace descendente es el que limita la capacidad de la celda debido a que el Nodo B debe compartir la potencia entre todos los usuarios que se conectan a la red en la respectiva celda que atiende el Nodo B

Para dimensionar la carga de la celda se hizo uso de Matlab en el que se desarrolloacute un simulador de modelo de traacutefico derivado de las ecuaciones de carga en el downlink Siguiendo la metodologiacutea de planificacioacuten de radio se debe llegar a un equilibrio entre la cobertura y la capacidad mediante la validacioacuten del radio de cobertura ya establecido y otro conforme a un anaacutelisis de carga de la celda

En este apartado se determinaraacute la carga real de la celda seguacuten una cierta penetracioacuten de servicios recomendada por la UIT para redes 3G en Latinoameacuterica y dicha carga real determinaraacute la nueva MAPL de la celda

162 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Penetracioacuten de Servicios

Servicio de videollamadas

32 kbps

Servicio de datos

64 kbps

Servicio de datos

144 kbps

Servicio de datos

384 kbps

Servicio de voz

15 kbps

η1 η2 η3 η4 η5

N1 Usuarios

N2 Usuarios

N 3 Usuarios

N4 Usuarios

N 5 Usuarios

NR1 NR2 NR3 NR4 NR4+ + + +

NRtotal

Carga 1 [ kbps]

Carga 2 [kbps]

Carga 3 [kbps]

Carga 4 [ kbps]

Carga 5 [kbps]

Cargatotal

[kbps]

η

minus+=

vRNoEb

W

i

NulNumDL

)()1( α

sum=

+minus=N

j

iaRjW

jNo

EbvjNdl

1

])1[(

)(

)1

1(log10 10

NdlNR

minus=

)1( BLERRNThroughput minus=+ + + +

sum

sum

Figura 11 Planificacioacuten de capacidad

541 Traacutefico generado por usuario

Para estimar el traacutefico de voz que genera cada usuario se adoptoacute los reportes anuales de un operador de telefoniacutea moacutevil sobre la cantidad de minutos promedio que usa un cliente por mes (Minutes of Use)

diacuteaerdiacuteara lacioacutenlacioacutenMoUmensualTraacutefico

picohoraTraacutefico _int_int ReRe602430

)_(___ =

Donde

diacutearalacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado en la hora pico y el resto de horas del

diacutea

diacuteaerlacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado el diacutea pico y el resto de diacuteas del mes

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 163

El traacutefico generado por videollamadas fue adoptado de valores recomendados por [3] El traacutefico de datos generado por los usuarios fue calculado a partir del tiempo promedio de visita a portales moacuteviles

En la primera fase del proyecto se hizo la simulacioacuten del modelo de traacutefico con los valores de penetracioacuten correspondientes a ese periodo Para describir los caacutelculos realizados se tomaraacute como ejemplo los resultados de una celda de dos sectores

Tabla 11 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 1)

El modelo desarrollado determina la carga en kbps por servicio de acuerdo con una penetracioacuten de entrada y por ende la capacidad total de la celda Seguacuten esa carga es posible determinar los canales simultaacuteneos por usuario Los canales simultaacuteneos generan un cierto nivel de interferencia en toda la celda y por tanto determinan el porcentaje de carga total de la celda

En la primera fase se genera un nivel de carga de 7318 que es muy proacuteximo al valor teoacuterico adoptado en el inicio del dimensionamiento igual a 70 considerado para el caacutelculo de balance de potencias En la segunda fase del proyecto se espera una mayor penetracioacuten de los servicios y un mayor nivel de interferencia en la celda

En la segunda fase del proyecto se hizo la simulacioacuten con mayores niveles de penetracioacuten de donde se obtuvo un nivel de interferencia mayor que en la primera fase Este nivel de interferencia proporciona la carga total de la celda (8747) que si bien es mayor todaviacutea no llegoacute a la unidad y asiacute a la capacidad maacutexima de la celda

164 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 12 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 2)

De acuerdo con el porcentaje de carga real en el downlink determinado desde el punto de vista de capacidad del Nodo B se procedioacute a determinar la variabilidad del radio de cobertura con los nuevos valores de carga

Tabla 13 Variabilidad del radio de celda

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 165

Seguacuten los nuevos valores de los radios de cobertura obtenidos se puede apreciar que no existe una cuantiosa reduccioacuten en el radio de celda Por tanto se puede afinar que se llegoacute al balance entre cobertura y capacidad

Figura 12 Variacioacuten del radio de cobertura conforme al equilibrio entre la cobertura y capacidad

6 Conclusiones

En este trabajo de investigacioacuten se ha abordado el dimensionamiento de la red de acceso radio UTRAN con el objetivo fundamental de optimizar los recursos de transmisioacuten y soporte de QoS Tambieacuten se ha analizado los principales paraacutemetros y alternativas de disentildeo a considerar en un escenario de despliegue real para COMTECO

A lo largo del anaacutelisis se ha puesto de manifiesto la extraordinaria complejidad asociada con el dimensionamiento de UTRAN Asiacute se dio lugar al presente trabajo para solucionar el problema desde un enfoque analiacutetico asegurando el equilibrio entre la cobertura y capacidad Empero se consideroacute necesario para la fase de implantacioacuten del proyecto que se validen los resultados obtenidos mediante el uso de herramientas especiacuteficas de planificacioacuten y optimizacioacuten de redes 3G propias del fabricante En la misma liacutenea se consideroacute acometer un estudio maacutes exhaustivo del impacto que puedan tener los mecanismos de gestioacuten de traacutefico y gestioacuten de recursos de radio

Referencias

[1] Holma H y A Toskala 2007 WCDMA for UMTS-HSPA Evolution and LTE

John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[2] Nawrocki M M Dohler y H Aghvanmi 2006 Understanding UMTS Radio

Network Modelling Planning and Automated Optimization Theory and Practice John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

166 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

[3] Wacker A J Laiho y T Novosad 2006 Radio Network Planning and

Optimization for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[4] Chevallier C 2006 WCDMA (UMTS) Deployment Handbook Planning and

Optimization Aspects John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[5] Holma H y A Toskala 2006 HSDPAHSUPA for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

142 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Varios canales complementarios se han introducido para HSDPA como ser el HS-DSCH junto a su correspondiente canal fiacutesico Para la sentildealizacioacuten necesaria se introducen dos nuevos canales High Speed Shared Control Channel (HS-SCCH) en el downlink y High Speed Dedicated Physical Control Channel (HS-DPCCH) en el uplink

La principal labor del canal de alta velocidad es adecuar el esquema de modulacioacuten y codificacioacuten empleado cada intervalo de tiempo de 2 ms de acuerdo a las condiciones de propagacioacuten y asiacute asignar grandes porciones de ancho de banda al usuario

4 Teacutecnicas de acceso al medio

El primer paso para la planificacioacuten de una red celular es considerar y analizar la teacutecnica de acceso al medio utilizada

Se distinguen tres tipos de teacutecnicas de acceso para los sistemas celulares acceso al medio por divisioacuten de frecuencia (Frequency Division Multiple Access ndash FDMA) acceso al medio por divisioacuten de tiempo (Time Division Multiple Access - TDMA) y acceso al medio por divisioacuten de coacutedigo (Code Division Multiple Access - CDMA) [3]

Las teacutecnicas de acceso al medio garantizan que los usuarios concurrentes accedan al medio inalaacutembrico en forma idealmente no-interferente sea en el dominio de tiempo frecuencia o coacutedigo

FDMA posibilita el simultaacuteneo uso de una banda de frecuencia por varios usuarios donde a cada usuario se le asigna una porcioacuten de toda la banda En TDMA se les asigna a los usuarios ranuras de tiempo ortogonales y en CDMA distintos coacutedigos de esparcimiento ver fig 2

En resumen la teacutecnica de acceso facilita un oacuteptimo uso de los recursos disponibles y su faacutecil gestioacuten Para incrementar la flexibilidad teacutecnicas de acceso hibridas han sido desarrolladas y empleadas en diferentes sistemas de comunicacioacuten

Las redes de primera generacioacuten usaron FDMA como teacutecnica de acceso por ello la base del proceso de planificacioacuten consistiacutea en la agregacioacuten de celdas a clusters donde cada celda teniacutea una uacutenica frecuencia El desempentildeo de la red estaba limitado por el nivel de interferencia entre celdas

El proceso de planificacioacuten y optimizacioacuten no cambio dramaacuteticamente con la introduccioacuten de las redes de segunda generacioacuten (2G) Los avances en la tecnologiacutea posibilitaron extensiones hibridas al dominio de tiempo conduciendo a redes mas flexibles FDMATDMA como es el caso de GSM

Para los sistemas 2G nuevas complicaciones surgieron en el proceso de planificacioacuten la sincronizacioacuten la asignacioacuten dinaacutemica de canales y el salto de frecuencias (Frequency Hopping)

Tradicionalmente la principal opcioacuten para la localizacioacuten de los sitios eran las intersecciones de rejillas triangulares concretamente cubriendo con celdas de forma

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 143

hexagonal Existen muchas razones por las cuales esta aproximacioacuten ha sido tan bien aceptada y aplicada para la planificacioacuten de redes celulares

Figura 2 Teacutecnicas de acceso al medio

La principal razoacuten es su simplicidad analiacutetica En efecto las celdas llegariacutean a cubrir uniformemente cualquier superficie y tambieacuten se logra una buena aproximacioacuten a las antenas de las estaciones base La eleccioacuten del aspecto hexagonal es aun maacutes justificada mediante el empleo de antenas de tres sectores Sin embargo la aproximacioacuten de superficies regulares es resultado de una suposicioacuten de un ambiente de propagacioacuten homogeacuteneo es por ello que una vez que se introduce en un escenario de propagacioacuten real la simetriacutea de los arreglos de celdas regulares desaparece

En la comunidad de radio propagacioacuten es ampliamente conocido que las condiciones de propagacioacuten en aacutereas urbanas pueden destruir cualquier arreglo de celdas regulares o planes de frecuencia Como ser las calles angostas que faacutecilmente se pueden convertir en ductos de interferencia

Los arreglos hexagonales tambieacuten se pierden cuando el traacutefico de informacioacuten no es uniforme es decir cuando se habla de multiservicios Este fenoacutemeno no es solamente propio de soluciones CDMA sino tambieacuten en muchas otras tecnologiacuteas celulares aunque en diferentes formas

Por todo esto es que la teacutecnica de acceso al medio realmente impacta en los arreglos de celdas la localizacioacuten de los sitios y en general el proceso de planificacioacuten de red

5 Metodologiacutea de planificacioacuten

Para un sistema de acceso muacuteltiple por divisioacuten de coacutedigo como para cualquier otro sistema de telefoniacutea celular en principio es necesario asegurar una buena calidad de servicio (QoS) mediante una cobertura fiable A diferencia de sistemas FDMA o TDMA el proceso de planificacioacuten en WCDMA la planificacioacuten de cobertura e interferencia

144 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

debe ser realizada al mismo tiempo debido a que incrementos en la cobertura puede llegar a causar mayores niveles de interferencia y cualquier mecanismo para controlar la interferencia podriacutea provocar zonas sin cobertura Tomando en cuenta que en WCDMA se comparte una frecuencia en toda la red el proceso de planificacioacuten de torna arduo al tratar de conseguir el balance entre cobertura y capacidad

Tomando en cuenta estos fenoacutemenos se propone la siguiente metodologiacutea para realizar la planificacioacuten de la red de acceso radio en UMTS

Figura 3 Metodologiacutea de planificacioacuten

Se proponen tres etapas una etapa de pre planificacioacuten otra de disentildeo y por ultimo una etapa de dimensionamiento

El objetivo de la etapa de pre planificacioacuten es tener una clara concepcioacuten de la red a desplegar que clase de recursos pueden ser usados y los aspectos claves para construir un plan de negocios y asiacute asegurar la exitosa existencia de la red por un largo periodo

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 145

La etapa de pre planificacioacuten contempla todos los aspectos necesarios para poder disentildear la red Paraacutemetros necesarios para determinar la cobertura capacidad y calidad de la red para los diferentes tipos de servicio

La etapa de disentildeo contempla la mayor complejidad del proceso de planificacioacuten ya que mediante un link budget (Presupuesto del enlace) vincula el anaacutelisis de cobertura y el de capacidad para asiacute poder aterrizar en el equilibrio entre ambos enfoques

La etapa de dimensionamiento determina el radio de cobertura tanto del enlace uplink como del downlink tambieacuten se obtiene las diferentes configuraciones de los nodos b y de los RNC para asiacute concluir con la propuesta de configuracioacuten de la red de acceso UTRAN

51 Pre planificacioacuten

511 Definicioacuten del escenario de planificacioacuten

Seguacuten el trabajo realizado se limita el aacuterea de cobertura en zonas urbanas y suburbanas de departamento de Cochabamba De acuerdo con los indicadores socio-econoacutemicos provistos en el anexo A se concluye que el proyecto queda limitado a las provincias de Cercado Quillacollo y Sacaba ubicadas en el ASL1 del departamento Esto debido a que las localidades seleccionadas concentran la mayor densidad poblacional del departamento y los menores iacutendices de pobreza Por otro lado en ellas se encuentra un desarrollo industrial elevado que fomenta la circulacioacuten monetaria

5111 Frecuencia de operacioacuten

Un aspecto determinante para la planificacioacuten de redes inalaacutembricas es la frecuencia de operacioacuten de acuerdo a requerimientos de la empresa se solicitoacute que se haga el estudio y dimensionamiento de la red en la banda de 900 MHz La banda de frecuencias elegida para el efecto es la que se encuentra descrita en la siguiente figura por encontrarse libre

146 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Up link (Tx) - MT a Nodo B Down link (Rx) - NodoB a MT894 MHz

Banda solicitada 900 MHz sub bandas B-BCada sub banda puede soportar 2 portadorasEl Ancho de Banda de cada portadora es 5 MHz

905 MHz 939 MHz 950 MHz915 MHz 960 MHz

A

Portadora 2375 MHz

625 KHzGuarda

5 MHz

625 KHzGuarda

915 MHz

Portadora 1375 MHz

625 KHzGuarda

625 KHzGuarda

5 MHz

905 MHz 910 MHz

B A B

Total Ancho de Banda solicitado 20 MHz 10 MHz de subida y 10 MHz de bajada

Sub Banda B Up link de Terminal Moacutevil a Nodo B

Portadora 2375 MHz

625 KHzGuarda

5 MHz

625 KHzGuarda

915 MHz

Portadora 1375 MHz

625 KHzGuarda

625 KHzGuarda

5 MHz

905 MHz 910 MHz

Sub Banda B Down link de Nodo B a Terminal Moacutevil

Figura 4 Banda de frecuencias 900 MHz

5112 Clasificacioacuten de los entornos

El alcance de la celda variacutea de acuerdo con el tipo de aacuterea cubierta urbano denso urbano suburbano o rural Los criterios para clasificar el aacuterea servida por las celdas son los que se muestran en la tabla 2

Tabla 2 Definicioacuten de entornos

Entorno Descripcioacuten

Urbano denso Aacutereas interiores del periacutemetro urbano muy poca vegetacioacuten alta

densidad de edificios calles angostas

Urbano Aacutereas interiores del periacutemetro urbano poca vegetacioacuten densidad

de edificios casas juntas calles poco anchas

Suburbano Aacutereas exteriores del periacutemetro urbano muy poca densidad de

edificios casas con jardines barrios residenciales

Rural Campo abierto con casas aisladas terrenos agriacutecolas y poblaciones

rurales

Seguacuten la definicioacuten de las caracteriacutesticas geograacuteficas de los entornos [2] se obtiene informacioacuten uacutetil sobre la propagacioacuten que tendraacute la sentildeal de acuerdo con su entorno y que se refleja directamente en la cobertura de la celda

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 147

512 Definicioacuten de servicios

Para dar soporte a diferentes clases de servicios los estaacutendares 3G han definido cuatro clases de traacutefico de usuario La tabla abajo muestra un resumen de estas clases

5121 Conversacional

Esta clase se refiere a traacutefico de tiempo real con ancho de banda constante muy sensible al retardo y a la variacioacuten del retardo (jitter) y tiacutepicamente simeacutetrico Las aplicaciones tiacutepicas son la telefoniacutea la videoconferencia VoIP

5122 Streaming

Se refiere a traacutefico de tiempo real con ancho de banda constante sensible al retardo y medianamente sensible al jitter tiacutepicamente unidireccional Las aplicaciones tiacutepicas son el streaming de audio (por ejemplo radio a traveacutes de la red) de video (televisioacuten a traveacutes de la red) y de muacutesica (muacutesica en vivo a traveacutes de la red)

5123 Interactivo

Se refiere a traacutefico de tiempo no real con ancho de banda variable no es sensible al retardo ni al jitter sin embargo requiere un ancho de banda miacutenimo para operar eficientemente Aplicaciones de este tipo son los juegos interactivos online la navegacioacuten Web etc

5124 Background

Se refiere al traacutefico sin calidad de servicio que utiliza el ancho de banda remanente no es sensible al retardo o jitter Tiacutepicamente se asocia a las aplicaciones de mensajeriacutea transferencia de archivos etc

513 Estudio de demanda

El meacutetodo utilizado para estimar la demanda fue el de la curva logiacutestica que es un modelo matemaacutetico usado para expresar la maduracioacuten de un servicio en la poblacioacuten cuya expresioacuten matemaacutetica es la siguiente

( )01ttk

e

Sminusminus+

=ρ (ec 1)

Donde ρ es la penetracioacuten del servicio en abonados por 100 habitantes t es el

tiempo en antildeos S k y t0 son constantes El valor de S se obtiene como el liacutemite de cuando el tiempo t tiende a infinito Este valor es conocido como la penetracioacuten de saturacioacuten Para calcular las constantes k y t0 se requieren dos puntos adicionales Los puntos elegidos fueron el antildeo actual y el antildeo 10 cuando se supone que la penetracioacuten llegaraacute al 60 de la saturacioacuten

La siguiente figura muestra el comportamiento hipoteacutetico que tendraacute la penetracioacuten de los servicios en el futuro

148 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 5 Curva logiacutestica

514 Aspectos de hardware

Los terminales moacuteviles estaacuten cambiando notablemente con la funcioacuten de adaptarse a los nuevos contenidos y servicios asiacute como preparar al usuario a utilizar el moacutevil no solo para realizar llamadas telefoacutenicas sino para otros servicios como multimedia

Los terminales ofertados a los usuarios estaacuten clasificados de acuerdo con sus necesidades o preferencias presentes y futuras que pueden ser englobadas en las siguientes cuatro categoriacuteas [4]

bull Todo en uno (Clase 3-2) Son terminales que poseen todas las funcionalidades posibles actuales y que permiten consultar cualquier contenido y las aplicaciones definidas actualmente

bull Enfocados a las aplicaciones (Clase 3-4) Son dispositivos que permiten cualquier tipo de aplicacioacuten pero estaacuten enfocados en cierto tipo de aplicaciones tales como juegos o mensajeriacutea

bull Modulares (Clase 2-1) Son dispositivos que permiten al usuario particularizar su dispositivo con funcionalidades de hardware Estas funcionalidades incluyen puertos USB tarjetas de memoria etc

bull Descentralizados Son dispositivos que combinan una serie de elementos descentralizados y que se conectan entre siacute para disponer de distintas funcionalidades

En la tabla 3 se definen cuatro clases de potencias para los terminales con sus respectivos valores nominales y tolerancias

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 149

Tabla 3 Potencias de los UE seguacuten clase

Clase Potencia nominal Tolerancia

Clase 1 33 dBm (2 W) +1minus3 dB Clase 2 27 dBm (05 W) +1minus3 dB Clase 3 24 dBm (025 W) +1minus3 dB Clase 4 21 dBm (0125 W) +2minus2 dB

52 Presupuesto del enlace o link budget

Dentro de la planificacioacuten de la UTRAN para UMTS es necesario realizar un balance de potencias o link budget para asiacute poder determinar el maacuteximo radio de la celda En el link budget paraacutemetros como la ganancia de la antena peacuterdidas por cables ganancias por diversidad maacutergenes de desvanecimiento y otros son tomados en cuenta

El resultado de los caacutelculos realizados para link budget es la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto permitida (maximum allowed propagation path loss) que es un valor imprescindible para poder determinar el radio de celda y por ende el nuacutemero de sitios necesarios

MAPL = ERP minus Rxsens + Rxgain+loss + Propagationgain+loss (ec 2)

A diferencia del link budget de tecnologiacuteas basadas en TDMAFDMA y GSM existen algunos paraacutemetros que son especiacuteficos para WCDMA como el margen de interferencia el margen de desvanecimiento raacutepido y la ganancia por soft handover

521 Nivel de sensibilidad de recepcioacuten

El nivel de sensibilidad de recepcioacuten es principalmente limitado por el ruido teacutermico La densidad de potencia teacutermica espectral N normalizada a 1 Hz de ancho de banda se define mediante la siguiente ecuacioacuten [2]

HzdBmNo

dBNo

mWKNo

TkNo

174

601986624

)110381log(10())293log(10(

23

=minus=

+=

=minus

(ec 3)

Donde k= 138 10-23 [WsK] constante de Boltzman

T= 293 K temperatura del conductor

La potencia total de ruido teacutermico N en el detector estaacute limitada por el filtro del ancho de banda Para UMTS el filtro de ancho de banda de chips W es aproximadamente igual a la ocupacioacuten de la frecuencia de enmascarado de coacutedigos (scrambling codes) igual a 384 MHz Asiacute la potencia de ruido teacutermico es igual a

150 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

15108

)843log(10()0174(

dBmN

MHzHzdBmN

WNoN

minus=+minus=

= (ec 4)

La sensibilidad del receptor consiste en el nivel de ruido sobre una sola portadora donde se define la relacioacuten sentildeal-ruido (SNR) en el receptor La sensibilidad contiene la ganancia de procesamiento y las peacuterdidas debido a la carga es decir la carga usada por los diferentes servicios montados sobre una portadora WCDMA

WNSNRS O = (ec 5)

Donde )1(

ηminus

=W

R

NE

SNRo

b

El miacutenimo nivel de sentildeal recibido apto para la demodulacioacuten exitosa se basa en la cantidad de energiacutea recibida y si esta energiacutea estaacute suficientemente por encima del ruido y la interferencia generada por el ruido teacutermico y el de los otros usuarios La sensibilidad puede ser calculada por la siguiente foacutermula

GPNo

EbNadSensibilid sdotsdot= (ec 6)

Donde GP Ganancia de procesamiento

)843(10 RkbpsMchipsLogGP sdot=

Tabla 4 Caacutelculo de la sensibilidad en el balance de potencias

Datos del receptor 122 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

NB UE NB UE NB UE NB UE

Ganancia por diversidad de la antena

RX [dB] 200 200 200 200 200 200 200 200

Ganancia de la antena RX [dBi]

1800 100 1800 100 1800 100 1800 100

Peacuterdida por cables [dB] 300 000 000 000 300 000 300 000

Densidad de ruido teacutermico [dBmHz]

-17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400

Figura de ruido del receptor [dB]

212 000 112 000 212 000 212 000

Potencia de ruido del receptor [dBm]

-10604 -10816 -10704 -10816 -10604 -10816 -10604 -10816

EbNo Requerido [dB] 220 080 220 080 220 080 220 080

Tasa de datos [Kbps] 1220 1220 6400 6400 14400 14400 38400 38400

Nivel de sensibilidad

del receptor[dBm] -12521 -12803 -12152 -12443 -11809 -12161 -11394 -11715

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 151

522 Consideraciones en WCDMA para HSDPA

Para el despliegue de HSDPA es necesario contar como base con el Release 99 de UMTS ya que al constituirse en una mejora y un aprovechamiento de la interfaz de aire de UMTS HSDPA hace uso de todos los canales ya definidos para el Release 99

A pesar que HSDPA es una caracteriacutestica del downlink existen efectos adicionales en el uplink El canal de subida HS-PDCCH que provee una retroalimentacioacuten a la red desde la estacioacuten moacutevil debe ser tomado en cuenta La interferencia adicional no es contemplada por EbNo y por ello cierta potencia de transmisioacuten del moacutevil debe ser reservada para este traacutefico

Otro margen adicional que debe ser tomado en cuenta viene a raiacutez de que el control de potencia para HS-DPCCH no es oacuteptimo para los usuarios HSDPA que se encuentren ejerciendo soft handover

El principal impacto de la introduccioacuten de HSDPA se encuentra en la direccioacuten del downlink La potencia adicional necesaria para las transmisiones HSDPA necesita ser definida de manera que auacuten pueda disponerse de los canales DCH

WCDMA en el Release 99 tiacutepicamente usaba EbNo para denotar la recepcioacuten de energiacutea por bit recibido por razoacuten de ruido El EbNo corresponde uacutenicamente a un bloque de error (BLER) para una cierta tasa donde el uacutenico paraacutemetro de adaptacioacuten es la ganancia de esparcimiento Sin embargo la medida de EbNo no es una medida atractiva para HSDPA debido a que la tasa de datos en HS-DSCH variacutea en cada intervalo de transmisioacuten (TTI) usando diferentes esquemas de modulacioacuten codificacioacuten y un cierto nuacutemero de HS-PDSCH Por ello es necesario definir la relacioacuten promedio sentildeal-interferencia maacutes ruido en HSDSCH (SINR)

+minussdotsdot=

GP

PSFSINR

TOT

HSDPA

11

16

α (ec 7)

Donde SF16 es el factor de ensanchado de HS-PDSCH es el factor de ortogonalidad y otro paraacutemetro comuacutenmente usado es la relacioacuten misma celda vs otras celdas maacutes ruido de interferencia o factor de geometriacutea La 3GPP recomienda que para un entorno macrocelular SINR oscile entre valores de -5dB y -3dB Se debe notar que el SINR HS-DSCH es independiente del nuacutemero de coacutedigos HS-PDSCH usados el esquema de modulacioacuten y la tasa de codificacioacuten

Para el proceso de dimensionamiento del enlace downlink HSDPA se debe encontrar la relacioacuten entre el throughput promedio y la relacioacuten SINR promedio Extendidas las simulaciones a nivel del enlace y de acuerdo con las especificaciones de la 3GPP se consigue determinar una relacioacuten que involucre ambos valores

142100476000390][ 2 +sdot+sdot= SINRSINRMbpsThr dBSINRdB 205 leleminus (ec 8)

Donde Thr representa la carga que genera un usuario con un cierto SINR o la carga combinada de la celda de varios usuarios teniendo como promedio el mismo SNR

152 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 5 Consideraciones para HSDPA

LINK BUDGET HSDPA Caracteriacutesticas teacutecnicas

UL DL Frecuencia [MHz] 900

Transmisor UE NB Potencia para canales HS-DSCH 80

Potencia maacutexima de transmisioacuten 013 300 Tasa de datos uplink [Kbps] 64

Potencia HS-DSCH - 240 Tasa de datos downlink [Kbps] 512

Pot maacutex de transmisioacuten [dBm] 210 438 Factor sobre venta en el uplink 4

Ganancia de la antena [dBi] 20 180 Factor sobre venta en el downlink 8

Cable loss including MHA intersection loss

[dB] 00 30 Carga del uplink 50

EIRP [dBm] 230 588 Carga del downlink 70

Por datos estrateacutegicos en la empresa se definioacute que la vel miacutenima para HSDPA sea 512 Kbps

523 Margen de interferencia

El factor limitante para el desempentildeo y la capacidad de un Nodo B es la recepcioacuten total de interferencia TOTALI La interferencia consiste de dos partes ownI e otherI

como tambieacuten la interferencia de otros sistemas sistemasOtrosI _ y el ruido teacutermico N

NIIII systemsotheotherownTOTAL +++= _

bull Iown Es causada por la interferencia de los mismos usuarios dentro de una celda

bull Iother Es causada por usuarios de otras celdas junto a las estaciones base que los estaacuten atendiendo

bull systemsotherI _ Viene de diferentes sistemas canales adyacentes o fugas

de potencias de otras tecnologiacuteas

Estos conceptos ayudan a definir la relacioacuten i ndash factor

own

other

I

Ii =

Se define como i ndash factor la relacioacuten existente entre la interferencia generada por las otras celdas sobre la interferencia generada por la misma celda El valor i-factor depende del entorno de propagacioacuten aacutereas de solapamiento de las celdas nuacutemero de sectores en el Nodo B intensidad de traacutefico y su distribucioacuten y distancia a las celdas servidoras o celdas que interfieren

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 153

Tabla 6 Valores tiacutepicos de factor i

Microcelda Macrocelda

Omnidireccional Omnidireccional 2 Sectores 3 Sectores 4 sectores 6 Sectores 025lt055 045 055 065 075 085

El margen de interferencia en la celda se define como el total de interferencia sobre el ruido teacutermico

N

I

IMTOTAL

=

Este paraacutemetro limita la sensibilidad de recepcioacuten por lo tanto es importante considerarlo para poder estimar la cobertura Para el propoacutesito de disentildeo y caacutelculo del balance de potencias el IM es expresado como incremento de ruido o noise rise

)log(10 IMNR =

El NR representa la porcioacuten total de potencia recibida en dB Tiacutepicamente este valor debe ir de 2 - 4 [dB] para celdas limitadas en cobertura y de 4 ndash 7 [dB] para celdas limitadas por capacidad [2]

El margen de interferencia es el uacutenico paraacutemetro tomado en cuenta en balance de potencias que viene a estar relacionado directamente con la carga de la celda

El NR tambieacuten puede ser expresado en cuanto a la carga

)1

1log(10

ηminus=NR

El noise rise va a limitar la maacutexima peacuterdida de trayecto entre el moacutevil y el Nodo B Si la carga se aproxima a 100 el NR tiende a infinito por ello el radio de celda se hace cero y el sistema inestable

Es necesario definir el porcentaje de carga de la celda ya que este describiraacute cuaacutenta interferencia es generada en la celda Haciendo el estudio para el uplink cuando ULη se

aproxima a 1 el noise rise generado tiende a infinito y el sistema llega a su capacidad maacutexima e inestable

Seguacuten [1] para una red que se encuentra en la fase inicial de despliegue es recomendable adoptar un porcentaje de carga en el uplink igual a 50-60 Haciendo uso de Matlab se simuloacute el comportamiento de la carga de la celda para diferentes tasas de datos

154 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 6 Nivel de interferencia uplink

En el graacutefico obtenido mediante la simulacioacuten en vez de mostrar los usuarios simultaacuteneos se muestra el caudal de traacutefico o throughput en Kbps

En el caso del enlace descendente el comportamiento es similar soacutelo los paraacutemetros de entrada difieren ligeramente

En comparacioacuten con la ecuacioacuten de carga del uplink el paraacutemetro de suma importancia es el factor de ortogonalidad α UMTS hace uso de coacutedigos de ortogonalidad en el enlace descendente para separar y diferenciar a los usuarios unos de otros La ortogonalidad de 1 corresponde a usuarios perfectamente ortogonales Tiacutepicamente estos valores estaacuten entre 04 y 05 en canales de multitrayecto [2]

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 155

Figura 7 Nivel de interferencia downlink

Para una red UMTS seguacuten [2] en dimensionamiento se recomienda adoptar una carga en el downlink igual a 70-80 Desde un punto de vista praacutectico y experiencia de trabajo con redes 3G dentro un escenario de despliegue real en Bolivia se pudo corroborar que dentro la planificacioacuten y disentildeo de redes UMTS Huawei un fabricante de equipos de telecomunicaciones realiza el dimensionamiento de red considerando un factor de carga igual a 75

Requerimientos de la empresa

Tasa de datos [Kbps] 122 32 64 144 384

Frecuencia [MHz] 900 900 900 900 900

Carga del uplink 50 50 50 50 50

Carga del downlink 70 70 70 70 70

Altura Nodo B [m] 30 30 30 30 30

Altura terminal moacutevil [m] 15 15 15 15 15

524 Caacutelculo de la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto permitida

Haciendo uso de todos los paraacutemetros ya detallados se determina la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto seguacuten diferentes tasas de velocidad y para diferentes entornos Como ejemplo se muestra el caacutelculo de diferentes tasas de velocidad para un entorno urbano denso Se determinan las maacuteximas peacuterdidas de trayecto permitidas tanto para interiores como para exteriores

156 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 7 Caacutelculo del link budget para diferentes velocidades en un entorno urbano

denso

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 157

53 Modelos de propagacioacuten y radio de celda

Las predicciones de los niveles de sentildeal y cobertura son de gran importancia al momento de planificar una red de telefoniacutea moacutevil

Adoptar un modelo de propagacioacuten ayuda a predecir el valor medio de sentildeal o las peacuterdidas generadas en la trayectoria entre un transmisor y un receptor seguacuten la distancia y otros factores que contribuyen a la peacuterdida de trayecto como el perfil del terreno presencia de edificaciones u obstaacuteculos alturas de las antenas transmisoras y receptoras frecuencia de operacioacuten etc

El modelo COST 231 Walfisch-Ikegami es ampliamente usado en modelos empiacutericos de caacutelculo de propagacioacuten [3] Este modelo ha sido adoptado como estaacutendar para sistemas 3G IMT2000UMTS Para determinar los radios de coberturas de las celdas se debe considerar la direccioacuten del enlace el tipo de entorno y la velocidad de transferencia que permitan una menor peacuterdida de trayecto

UMTS depende del intercambio de capacidad y cobertura Estas variables estaacuten descritas por el comportamiento del enlace de subida y de bajada conforme a la peacuterdida de camino que generan y la carga que soportan respectivamente

Con el fin de estudiar este fenoacutemeno se simulo el comportamiento del balance de potencias tanto en el uplink como en el downlink tomando como variable de entrada la carga que soportan provista por las ecuaciones de carga ηUL y ηDL

Figura 8 Intercambio de la capacidad y la cobertura

Como el alcance de la celda estaacute limitado sobre todo por el enlace de subida terminal moacutevil a Nodo B debido a las restricciones que tiene el transmisor en cuanto a potencia tamantildeo de antena y a las interferencias de las sentildeales provenientes de los otros terminales hacia el receptor Nodo B el caacutelculo del enlace realizado se limita al enlace de subida uplink budget

158 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 8 MAPL limitado por el enlace ascendente

URBANO

DENSO

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

MAPL 16238 18282 1638 18203 1635 18324 1636 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1568 17503 1565 17624 1566 17518 1557 17197

MAPL indoor 14538 15582 1468 15503 1465 15624 1464 15518 1457 15197

URBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14618 15982 1468 15903 147 16024 1472 16018 14726 15697

SUBURBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14738 15982 1478 15903 1475 16024 1476 16518 1477 16197

531 Caacutelculo del radio de celda por entorno

Aplicando el modelo de propagacioacuten seleccionado se definen los radios de cobertura de las celdas

msdrtsbf LLLL ++=

minus

+minus+++∆+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stottrtsbf dff

dhLLL

minus

+minus+++minus+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stotrftrtsbf dff

dhhLLL

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

)log(

)log(9)log(925

704)log(1854)1log(18)log(20)log(20432

+

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus=

minus

+minus+++minus+minus+sdot+sdot+=

fdff

hhLL

d

dff

dhhLfdL

srftrts

tot

stotrftrtstot

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

10 +

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus

=

fdff

hhLL

tot

srftrts

d

Como el enlace que limita la cobertura es el uplink se hace uso de la MAPL indoor para determinar el radio de cobertura

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De acuerdo con los resultados obtenidos de los radios de cobertura de las celdas se definieron algunos sitios tentativos para la ubicacioacuten de los nodos b ya que COMTECO es propietaria de dichos sitios

Tabla 9 Resumen de radios de coberturas para diferentes entornos

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

Sitio UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

UD

1 Sucre 2060 3877 2245 3697 2205 3978 2191 3730 2098 3071

2 Centro 2243 4223 2302 4026 2260 4333 2260 4063 2244 3345

U

3 Muyurina 2571 5876 2670 5602 2703 6028 2736 6006 2742 4944

4 Sur 2687 6139 2790 5853 2824 6299 2858 6275 2865 5166

SU 5 Temporal 4129 8774 4236 8365 4160 9002 4185 12142 4205 9996

SU 6 V Bush Sur 3129 7507 3210 7157 3153 7701 3172 10388 3187 8552

SU 7 Pacata 4001 8502 4105 8106 4031 8723 4056 11766 4075 9686

SU 8 Zofraco 5264 8262 5400 7877 5303 8476 5335 11433 5361 9412

SU 9 Pucara 3361 6308 3449 6014 3386 6472 3407 8729 3424 7186

SU 10 Sacaba 2542 5401 2608 5149 2561 5541 2576 7474 2589 6153

U 11 Quillacollo 2333 5597 2467 5336 2351 5742 2365 7745 2376 6376

SU 12 Florida Sur 2969 6308 3045 6014 2991 6472 3009 8729 3023 7186

SU 13 Pintildeami 2983 5965 3060 5687 3005 6120 3023 8255 3038 6796

SU 14 Tiquipaya 3183 5973 3265 5695 3207 6128 3226 8266 3242 6805

SU 15 Feria 3272 6139 2797 5853 3296 6299 3316 8496 3332 6994

SU 16 Valle Hermoso 3227 6857 3311 6538 3251 6702 3271 9489 3287 7812

Seguacuten el entorno se determinoacute que el radio de cobertura de la celda sea el menor permitido de entre todos los diferentes servicios ofertados Para determinar el radio de cobertura de HSDPA se debe considerar que eacuteste variariacutea constantemente dependiendo de las condiciones del canal radio y de su esquema de modulacioacuten las mayores velocidades de transferencia son alcanzadas cuando el UE estaacute maacutes proacuteximo al Nodo B [1]

160 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 9 Modulaciones en UMTSHSDPA

Figura 10 Variacioacuten radio de cobertura HSDPA

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 161

Para clasificar los entornos existentes en el proyecto no es suficiente catalogarlos seguacuten sus caracteriacutesticas geograacuteficas sino maacutes bien tomar en cuenta la densidad de usuarios potenciales que existan en ellos Considerando que en Cochabamba no existe una fuente de informacioacuten que refleje la cantidad de usuarios de servicios de telecomunicaciones distribuidos por zonas se hizo una analogiacutea con el reporte de traacutefico generado por las estaciones base de un operador de telefoniacutea moacutevil del departamento

Asiacute se obtiene los porcentajes de concentracioacuten de usuarios potenciales por entorno urbano denso urbano y suburbano Estos porcentajes fueron adoptados en el disentildeo para distribuir la demanda en los diferentes entornos por provincia

Tabla 10 Distribucioacuten de la demanda

Entorno Densidad 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

CERCADO

URBANO

DENSO 34 5818 11167 15556 18911 21487 23594 25466 2725 29031 3086 32389

URBANO 27 4621 8868 12353 15018 17063 18736 20223 21639 23054 24506 25721

SUBURBANO 39 6674 12809 17844 21693 24647 27064 29211 31257 33301 35398 37152

SACABA

SUBURBANO 100 4655 10234 16778 23398 2918 33717 37363 41143 44905 4901 52497

QUILLACOLLO

URBANO 52 4825 10408 1682 23401 2936 347 39812 45081 50761 57007 62596

SUBURBANO 48 4453 9608 15526 216 27102 32031 36749 41614 46856 52621 57781

54 Caacutelculo del traacutefico por celda

Para calcular el balance de potencias se consideroacute un porcentaje de carga igual a 50 en el uplink y 70 en el downlink

Como se vio en los apartados anteriores en UMTS el enlace descendente es el que limita la capacidad de la celda debido a que el Nodo B debe compartir la potencia entre todos los usuarios que se conectan a la red en la respectiva celda que atiende el Nodo B

Para dimensionar la carga de la celda se hizo uso de Matlab en el que se desarrolloacute un simulador de modelo de traacutefico derivado de las ecuaciones de carga en el downlink Siguiendo la metodologiacutea de planificacioacuten de radio se debe llegar a un equilibrio entre la cobertura y la capacidad mediante la validacioacuten del radio de cobertura ya establecido y otro conforme a un anaacutelisis de carga de la celda

En este apartado se determinaraacute la carga real de la celda seguacuten una cierta penetracioacuten de servicios recomendada por la UIT para redes 3G en Latinoameacuterica y dicha carga real determinaraacute la nueva MAPL de la celda

162 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Penetracioacuten de Servicios

Servicio de videollamadas

32 kbps

Servicio de datos

64 kbps

Servicio de datos

144 kbps

Servicio de datos

384 kbps

Servicio de voz

15 kbps

η1 η2 η3 η4 η5

N1 Usuarios

N2 Usuarios

N 3 Usuarios

N4 Usuarios

N 5 Usuarios

NR1 NR2 NR3 NR4 NR4+ + + +

NRtotal

Carga 1 [ kbps]

Carga 2 [kbps]

Carga 3 [kbps]

Carga 4 [ kbps]

Carga 5 [kbps]

Cargatotal

[kbps]

η

minus+=

vRNoEb

W

i

NulNumDL

)()1( α

sum=

+minus=N

j

iaRjW

jNo

EbvjNdl

1

])1[(

)(

)1

1(log10 10

NdlNR

minus=

)1( BLERRNThroughput minus=+ + + +

sum

sum

Figura 11 Planificacioacuten de capacidad

541 Traacutefico generado por usuario

Para estimar el traacutefico de voz que genera cada usuario se adoptoacute los reportes anuales de un operador de telefoniacutea moacutevil sobre la cantidad de minutos promedio que usa un cliente por mes (Minutes of Use)

diacuteaerdiacuteara lacioacutenlacioacutenMoUmensualTraacutefico

picohoraTraacutefico _int_int ReRe602430

)_(___ =

Donde

diacutearalacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado en la hora pico y el resto de horas del

diacutea

diacuteaerlacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado el diacutea pico y el resto de diacuteas del mes

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El traacutefico generado por videollamadas fue adoptado de valores recomendados por [3] El traacutefico de datos generado por los usuarios fue calculado a partir del tiempo promedio de visita a portales moacuteviles

En la primera fase del proyecto se hizo la simulacioacuten del modelo de traacutefico con los valores de penetracioacuten correspondientes a ese periodo Para describir los caacutelculos realizados se tomaraacute como ejemplo los resultados de una celda de dos sectores

Tabla 11 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 1)

El modelo desarrollado determina la carga en kbps por servicio de acuerdo con una penetracioacuten de entrada y por ende la capacidad total de la celda Seguacuten esa carga es posible determinar los canales simultaacuteneos por usuario Los canales simultaacuteneos generan un cierto nivel de interferencia en toda la celda y por tanto determinan el porcentaje de carga total de la celda

En la primera fase se genera un nivel de carga de 7318 que es muy proacuteximo al valor teoacuterico adoptado en el inicio del dimensionamiento igual a 70 considerado para el caacutelculo de balance de potencias En la segunda fase del proyecto se espera una mayor penetracioacuten de los servicios y un mayor nivel de interferencia en la celda

En la segunda fase del proyecto se hizo la simulacioacuten con mayores niveles de penetracioacuten de donde se obtuvo un nivel de interferencia mayor que en la primera fase Este nivel de interferencia proporciona la carga total de la celda (8747) que si bien es mayor todaviacutea no llegoacute a la unidad y asiacute a la capacidad maacutexima de la celda

164 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 12 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 2)

De acuerdo con el porcentaje de carga real en el downlink determinado desde el punto de vista de capacidad del Nodo B se procedioacute a determinar la variabilidad del radio de cobertura con los nuevos valores de carga

Tabla 13 Variabilidad del radio de celda

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Seguacuten los nuevos valores de los radios de cobertura obtenidos se puede apreciar que no existe una cuantiosa reduccioacuten en el radio de celda Por tanto se puede afinar que se llegoacute al balance entre cobertura y capacidad

Figura 12 Variacioacuten del radio de cobertura conforme al equilibrio entre la cobertura y capacidad

6 Conclusiones

En este trabajo de investigacioacuten se ha abordado el dimensionamiento de la red de acceso radio UTRAN con el objetivo fundamental de optimizar los recursos de transmisioacuten y soporte de QoS Tambieacuten se ha analizado los principales paraacutemetros y alternativas de disentildeo a considerar en un escenario de despliegue real para COMTECO

A lo largo del anaacutelisis se ha puesto de manifiesto la extraordinaria complejidad asociada con el dimensionamiento de UTRAN Asiacute se dio lugar al presente trabajo para solucionar el problema desde un enfoque analiacutetico asegurando el equilibrio entre la cobertura y capacidad Empero se consideroacute necesario para la fase de implantacioacuten del proyecto que se validen los resultados obtenidos mediante el uso de herramientas especiacuteficas de planificacioacuten y optimizacioacuten de redes 3G propias del fabricante En la misma liacutenea se consideroacute acometer un estudio maacutes exhaustivo del impacto que puedan tener los mecanismos de gestioacuten de traacutefico y gestioacuten de recursos de radio

Referencias

[1] Holma H y A Toskala 2007 WCDMA for UMTS-HSPA Evolution and LTE

John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[2] Nawrocki M M Dohler y H Aghvanmi 2006 Understanding UMTS Radio

Network Modelling Planning and Automated Optimization Theory and Practice John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

166 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

[3] Wacker A J Laiho y T Novosad 2006 Radio Network Planning and

Optimization for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[4] Chevallier C 2006 WCDMA (UMTS) Deployment Handbook Planning and

Optimization Aspects John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[5] Holma H y A Toskala 2006 HSDPAHSUPA for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

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hexagonal Existen muchas razones por las cuales esta aproximacioacuten ha sido tan bien aceptada y aplicada para la planificacioacuten de redes celulares

Figura 2 Teacutecnicas de acceso al medio

La principal razoacuten es su simplicidad analiacutetica En efecto las celdas llegariacutean a cubrir uniformemente cualquier superficie y tambieacuten se logra una buena aproximacioacuten a las antenas de las estaciones base La eleccioacuten del aspecto hexagonal es aun maacutes justificada mediante el empleo de antenas de tres sectores Sin embargo la aproximacioacuten de superficies regulares es resultado de una suposicioacuten de un ambiente de propagacioacuten homogeacuteneo es por ello que una vez que se introduce en un escenario de propagacioacuten real la simetriacutea de los arreglos de celdas regulares desaparece

En la comunidad de radio propagacioacuten es ampliamente conocido que las condiciones de propagacioacuten en aacutereas urbanas pueden destruir cualquier arreglo de celdas regulares o planes de frecuencia Como ser las calles angostas que faacutecilmente se pueden convertir en ductos de interferencia

Los arreglos hexagonales tambieacuten se pierden cuando el traacutefico de informacioacuten no es uniforme es decir cuando se habla de multiservicios Este fenoacutemeno no es solamente propio de soluciones CDMA sino tambieacuten en muchas otras tecnologiacuteas celulares aunque en diferentes formas

Por todo esto es que la teacutecnica de acceso al medio realmente impacta en los arreglos de celdas la localizacioacuten de los sitios y en general el proceso de planificacioacuten de red

5 Metodologiacutea de planificacioacuten

Para un sistema de acceso muacuteltiple por divisioacuten de coacutedigo como para cualquier otro sistema de telefoniacutea celular en principio es necesario asegurar una buena calidad de servicio (QoS) mediante una cobertura fiable A diferencia de sistemas FDMA o TDMA el proceso de planificacioacuten en WCDMA la planificacioacuten de cobertura e interferencia

144 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

debe ser realizada al mismo tiempo debido a que incrementos en la cobertura puede llegar a causar mayores niveles de interferencia y cualquier mecanismo para controlar la interferencia podriacutea provocar zonas sin cobertura Tomando en cuenta que en WCDMA se comparte una frecuencia en toda la red el proceso de planificacioacuten de torna arduo al tratar de conseguir el balance entre cobertura y capacidad

Tomando en cuenta estos fenoacutemenos se propone la siguiente metodologiacutea para realizar la planificacioacuten de la red de acceso radio en UMTS

Figura 3 Metodologiacutea de planificacioacuten

Se proponen tres etapas una etapa de pre planificacioacuten otra de disentildeo y por ultimo una etapa de dimensionamiento

El objetivo de la etapa de pre planificacioacuten es tener una clara concepcioacuten de la red a desplegar que clase de recursos pueden ser usados y los aspectos claves para construir un plan de negocios y asiacute asegurar la exitosa existencia de la red por un largo periodo

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 145

La etapa de pre planificacioacuten contempla todos los aspectos necesarios para poder disentildear la red Paraacutemetros necesarios para determinar la cobertura capacidad y calidad de la red para los diferentes tipos de servicio

La etapa de disentildeo contempla la mayor complejidad del proceso de planificacioacuten ya que mediante un link budget (Presupuesto del enlace) vincula el anaacutelisis de cobertura y el de capacidad para asiacute poder aterrizar en el equilibrio entre ambos enfoques

La etapa de dimensionamiento determina el radio de cobertura tanto del enlace uplink como del downlink tambieacuten se obtiene las diferentes configuraciones de los nodos b y de los RNC para asiacute concluir con la propuesta de configuracioacuten de la red de acceso UTRAN

51 Pre planificacioacuten

511 Definicioacuten del escenario de planificacioacuten

Seguacuten el trabajo realizado se limita el aacuterea de cobertura en zonas urbanas y suburbanas de departamento de Cochabamba De acuerdo con los indicadores socio-econoacutemicos provistos en el anexo A se concluye que el proyecto queda limitado a las provincias de Cercado Quillacollo y Sacaba ubicadas en el ASL1 del departamento Esto debido a que las localidades seleccionadas concentran la mayor densidad poblacional del departamento y los menores iacutendices de pobreza Por otro lado en ellas se encuentra un desarrollo industrial elevado que fomenta la circulacioacuten monetaria

5111 Frecuencia de operacioacuten

Un aspecto determinante para la planificacioacuten de redes inalaacutembricas es la frecuencia de operacioacuten de acuerdo a requerimientos de la empresa se solicitoacute que se haga el estudio y dimensionamiento de la red en la banda de 900 MHz La banda de frecuencias elegida para el efecto es la que se encuentra descrita en la siguiente figura por encontrarse libre

146 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Up link (Tx) - MT a Nodo B Down link (Rx) - NodoB a MT894 MHz

Banda solicitada 900 MHz sub bandas B-BCada sub banda puede soportar 2 portadorasEl Ancho de Banda de cada portadora es 5 MHz

905 MHz 939 MHz 950 MHz915 MHz 960 MHz

A

Portadora 2375 MHz

625 KHzGuarda

5 MHz

625 KHzGuarda

915 MHz

Portadora 1375 MHz

625 KHzGuarda

625 KHzGuarda

5 MHz

905 MHz 910 MHz

B A B

Total Ancho de Banda solicitado 20 MHz 10 MHz de subida y 10 MHz de bajada

Sub Banda B Up link de Terminal Moacutevil a Nodo B

Portadora 2375 MHz

625 KHzGuarda

5 MHz

625 KHzGuarda

915 MHz

Portadora 1375 MHz

625 KHzGuarda

625 KHzGuarda

5 MHz

905 MHz 910 MHz

Sub Banda B Down link de Nodo B a Terminal Moacutevil

Figura 4 Banda de frecuencias 900 MHz

5112 Clasificacioacuten de los entornos

El alcance de la celda variacutea de acuerdo con el tipo de aacuterea cubierta urbano denso urbano suburbano o rural Los criterios para clasificar el aacuterea servida por las celdas son los que se muestran en la tabla 2

Tabla 2 Definicioacuten de entornos

Entorno Descripcioacuten

Urbano denso Aacutereas interiores del periacutemetro urbano muy poca vegetacioacuten alta

densidad de edificios calles angostas

Urbano Aacutereas interiores del periacutemetro urbano poca vegetacioacuten densidad

de edificios casas juntas calles poco anchas

Suburbano Aacutereas exteriores del periacutemetro urbano muy poca densidad de

edificios casas con jardines barrios residenciales

Rural Campo abierto con casas aisladas terrenos agriacutecolas y poblaciones

rurales

Seguacuten la definicioacuten de las caracteriacutesticas geograacuteficas de los entornos [2] se obtiene informacioacuten uacutetil sobre la propagacioacuten que tendraacute la sentildeal de acuerdo con su entorno y que se refleja directamente en la cobertura de la celda

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 147

512 Definicioacuten de servicios

Para dar soporte a diferentes clases de servicios los estaacutendares 3G han definido cuatro clases de traacutefico de usuario La tabla abajo muestra un resumen de estas clases

5121 Conversacional

Esta clase se refiere a traacutefico de tiempo real con ancho de banda constante muy sensible al retardo y a la variacioacuten del retardo (jitter) y tiacutepicamente simeacutetrico Las aplicaciones tiacutepicas son la telefoniacutea la videoconferencia VoIP

5122 Streaming

Se refiere a traacutefico de tiempo real con ancho de banda constante sensible al retardo y medianamente sensible al jitter tiacutepicamente unidireccional Las aplicaciones tiacutepicas son el streaming de audio (por ejemplo radio a traveacutes de la red) de video (televisioacuten a traveacutes de la red) y de muacutesica (muacutesica en vivo a traveacutes de la red)

5123 Interactivo

Se refiere a traacutefico de tiempo no real con ancho de banda variable no es sensible al retardo ni al jitter sin embargo requiere un ancho de banda miacutenimo para operar eficientemente Aplicaciones de este tipo son los juegos interactivos online la navegacioacuten Web etc

5124 Background

Se refiere al traacutefico sin calidad de servicio que utiliza el ancho de banda remanente no es sensible al retardo o jitter Tiacutepicamente se asocia a las aplicaciones de mensajeriacutea transferencia de archivos etc

513 Estudio de demanda

El meacutetodo utilizado para estimar la demanda fue el de la curva logiacutestica que es un modelo matemaacutetico usado para expresar la maduracioacuten de un servicio en la poblacioacuten cuya expresioacuten matemaacutetica es la siguiente

( )01ttk

e

Sminusminus+

=ρ (ec 1)

Donde ρ es la penetracioacuten del servicio en abonados por 100 habitantes t es el

tiempo en antildeos S k y t0 son constantes El valor de S se obtiene como el liacutemite de cuando el tiempo t tiende a infinito Este valor es conocido como la penetracioacuten de saturacioacuten Para calcular las constantes k y t0 se requieren dos puntos adicionales Los puntos elegidos fueron el antildeo actual y el antildeo 10 cuando se supone que la penetracioacuten llegaraacute al 60 de la saturacioacuten

La siguiente figura muestra el comportamiento hipoteacutetico que tendraacute la penetracioacuten de los servicios en el futuro

148 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 5 Curva logiacutestica

514 Aspectos de hardware

Los terminales moacuteviles estaacuten cambiando notablemente con la funcioacuten de adaptarse a los nuevos contenidos y servicios asiacute como preparar al usuario a utilizar el moacutevil no solo para realizar llamadas telefoacutenicas sino para otros servicios como multimedia

Los terminales ofertados a los usuarios estaacuten clasificados de acuerdo con sus necesidades o preferencias presentes y futuras que pueden ser englobadas en las siguientes cuatro categoriacuteas [4]

bull Todo en uno (Clase 3-2) Son terminales que poseen todas las funcionalidades posibles actuales y que permiten consultar cualquier contenido y las aplicaciones definidas actualmente

bull Enfocados a las aplicaciones (Clase 3-4) Son dispositivos que permiten cualquier tipo de aplicacioacuten pero estaacuten enfocados en cierto tipo de aplicaciones tales como juegos o mensajeriacutea

bull Modulares (Clase 2-1) Son dispositivos que permiten al usuario particularizar su dispositivo con funcionalidades de hardware Estas funcionalidades incluyen puertos USB tarjetas de memoria etc

bull Descentralizados Son dispositivos que combinan una serie de elementos descentralizados y que se conectan entre siacute para disponer de distintas funcionalidades

En la tabla 3 se definen cuatro clases de potencias para los terminales con sus respectivos valores nominales y tolerancias

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 149

Tabla 3 Potencias de los UE seguacuten clase

Clase Potencia nominal Tolerancia

Clase 1 33 dBm (2 W) +1minus3 dB Clase 2 27 dBm (05 W) +1minus3 dB Clase 3 24 dBm (025 W) +1minus3 dB Clase 4 21 dBm (0125 W) +2minus2 dB

52 Presupuesto del enlace o link budget

Dentro de la planificacioacuten de la UTRAN para UMTS es necesario realizar un balance de potencias o link budget para asiacute poder determinar el maacuteximo radio de la celda En el link budget paraacutemetros como la ganancia de la antena peacuterdidas por cables ganancias por diversidad maacutergenes de desvanecimiento y otros son tomados en cuenta

El resultado de los caacutelculos realizados para link budget es la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto permitida (maximum allowed propagation path loss) que es un valor imprescindible para poder determinar el radio de celda y por ende el nuacutemero de sitios necesarios

MAPL = ERP minus Rxsens + Rxgain+loss + Propagationgain+loss (ec 2)

A diferencia del link budget de tecnologiacuteas basadas en TDMAFDMA y GSM existen algunos paraacutemetros que son especiacuteficos para WCDMA como el margen de interferencia el margen de desvanecimiento raacutepido y la ganancia por soft handover

521 Nivel de sensibilidad de recepcioacuten

El nivel de sensibilidad de recepcioacuten es principalmente limitado por el ruido teacutermico La densidad de potencia teacutermica espectral N normalizada a 1 Hz de ancho de banda se define mediante la siguiente ecuacioacuten [2]

HzdBmNo

dBNo

mWKNo

TkNo

174

601986624

)110381log(10())293log(10(

23

=minus=

+=

=minus

(ec 3)

Donde k= 138 10-23 [WsK] constante de Boltzman

T= 293 K temperatura del conductor

La potencia total de ruido teacutermico N en el detector estaacute limitada por el filtro del ancho de banda Para UMTS el filtro de ancho de banda de chips W es aproximadamente igual a la ocupacioacuten de la frecuencia de enmascarado de coacutedigos (scrambling codes) igual a 384 MHz Asiacute la potencia de ruido teacutermico es igual a

150 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

15108

)843log(10()0174(

dBmN

MHzHzdBmN

WNoN

minus=+minus=

= (ec 4)

La sensibilidad del receptor consiste en el nivel de ruido sobre una sola portadora donde se define la relacioacuten sentildeal-ruido (SNR) en el receptor La sensibilidad contiene la ganancia de procesamiento y las peacuterdidas debido a la carga es decir la carga usada por los diferentes servicios montados sobre una portadora WCDMA

WNSNRS O = (ec 5)

Donde )1(

ηminus

=W

R

NE

SNRo

b

El miacutenimo nivel de sentildeal recibido apto para la demodulacioacuten exitosa se basa en la cantidad de energiacutea recibida y si esta energiacutea estaacute suficientemente por encima del ruido y la interferencia generada por el ruido teacutermico y el de los otros usuarios La sensibilidad puede ser calculada por la siguiente foacutermula

GPNo

EbNadSensibilid sdotsdot= (ec 6)

Donde GP Ganancia de procesamiento

)843(10 RkbpsMchipsLogGP sdot=

Tabla 4 Caacutelculo de la sensibilidad en el balance de potencias

Datos del receptor 122 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

NB UE NB UE NB UE NB UE

Ganancia por diversidad de la antena

RX [dB] 200 200 200 200 200 200 200 200

Ganancia de la antena RX [dBi]

1800 100 1800 100 1800 100 1800 100

Peacuterdida por cables [dB] 300 000 000 000 300 000 300 000

Densidad de ruido teacutermico [dBmHz]

-17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400

Figura de ruido del receptor [dB]

212 000 112 000 212 000 212 000

Potencia de ruido del receptor [dBm]

-10604 -10816 -10704 -10816 -10604 -10816 -10604 -10816

EbNo Requerido [dB] 220 080 220 080 220 080 220 080

Tasa de datos [Kbps] 1220 1220 6400 6400 14400 14400 38400 38400

Nivel de sensibilidad

del receptor[dBm] -12521 -12803 -12152 -12443 -11809 -12161 -11394 -11715

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 151

522 Consideraciones en WCDMA para HSDPA

Para el despliegue de HSDPA es necesario contar como base con el Release 99 de UMTS ya que al constituirse en una mejora y un aprovechamiento de la interfaz de aire de UMTS HSDPA hace uso de todos los canales ya definidos para el Release 99

A pesar que HSDPA es una caracteriacutestica del downlink existen efectos adicionales en el uplink El canal de subida HS-PDCCH que provee una retroalimentacioacuten a la red desde la estacioacuten moacutevil debe ser tomado en cuenta La interferencia adicional no es contemplada por EbNo y por ello cierta potencia de transmisioacuten del moacutevil debe ser reservada para este traacutefico

Otro margen adicional que debe ser tomado en cuenta viene a raiacutez de que el control de potencia para HS-DPCCH no es oacuteptimo para los usuarios HSDPA que se encuentren ejerciendo soft handover

El principal impacto de la introduccioacuten de HSDPA se encuentra en la direccioacuten del downlink La potencia adicional necesaria para las transmisiones HSDPA necesita ser definida de manera que auacuten pueda disponerse de los canales DCH

WCDMA en el Release 99 tiacutepicamente usaba EbNo para denotar la recepcioacuten de energiacutea por bit recibido por razoacuten de ruido El EbNo corresponde uacutenicamente a un bloque de error (BLER) para una cierta tasa donde el uacutenico paraacutemetro de adaptacioacuten es la ganancia de esparcimiento Sin embargo la medida de EbNo no es una medida atractiva para HSDPA debido a que la tasa de datos en HS-DSCH variacutea en cada intervalo de transmisioacuten (TTI) usando diferentes esquemas de modulacioacuten codificacioacuten y un cierto nuacutemero de HS-PDSCH Por ello es necesario definir la relacioacuten promedio sentildeal-interferencia maacutes ruido en HSDSCH (SINR)

+minussdotsdot=

GP

PSFSINR

TOT

HSDPA

11

16

α (ec 7)

Donde SF16 es el factor de ensanchado de HS-PDSCH es el factor de ortogonalidad y otro paraacutemetro comuacutenmente usado es la relacioacuten misma celda vs otras celdas maacutes ruido de interferencia o factor de geometriacutea La 3GPP recomienda que para un entorno macrocelular SINR oscile entre valores de -5dB y -3dB Se debe notar que el SINR HS-DSCH es independiente del nuacutemero de coacutedigos HS-PDSCH usados el esquema de modulacioacuten y la tasa de codificacioacuten

Para el proceso de dimensionamiento del enlace downlink HSDPA se debe encontrar la relacioacuten entre el throughput promedio y la relacioacuten SINR promedio Extendidas las simulaciones a nivel del enlace y de acuerdo con las especificaciones de la 3GPP se consigue determinar una relacioacuten que involucre ambos valores

142100476000390][ 2 +sdot+sdot= SINRSINRMbpsThr dBSINRdB 205 leleminus (ec 8)

Donde Thr representa la carga que genera un usuario con un cierto SINR o la carga combinada de la celda de varios usuarios teniendo como promedio el mismo SNR

152 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 5 Consideraciones para HSDPA

LINK BUDGET HSDPA Caracteriacutesticas teacutecnicas

UL DL Frecuencia [MHz] 900

Transmisor UE NB Potencia para canales HS-DSCH 80

Potencia maacutexima de transmisioacuten 013 300 Tasa de datos uplink [Kbps] 64

Potencia HS-DSCH - 240 Tasa de datos downlink [Kbps] 512

Pot maacutex de transmisioacuten [dBm] 210 438 Factor sobre venta en el uplink 4

Ganancia de la antena [dBi] 20 180 Factor sobre venta en el downlink 8

Cable loss including MHA intersection loss

[dB] 00 30 Carga del uplink 50

EIRP [dBm] 230 588 Carga del downlink 70

Por datos estrateacutegicos en la empresa se definioacute que la vel miacutenima para HSDPA sea 512 Kbps

523 Margen de interferencia

El factor limitante para el desempentildeo y la capacidad de un Nodo B es la recepcioacuten total de interferencia TOTALI La interferencia consiste de dos partes ownI e otherI

como tambieacuten la interferencia de otros sistemas sistemasOtrosI _ y el ruido teacutermico N

NIIII systemsotheotherownTOTAL +++= _

bull Iown Es causada por la interferencia de los mismos usuarios dentro de una celda

bull Iother Es causada por usuarios de otras celdas junto a las estaciones base que los estaacuten atendiendo

bull systemsotherI _ Viene de diferentes sistemas canales adyacentes o fugas

de potencias de otras tecnologiacuteas

Estos conceptos ayudan a definir la relacioacuten i ndash factor

own

other

I

Ii =

Se define como i ndash factor la relacioacuten existente entre la interferencia generada por las otras celdas sobre la interferencia generada por la misma celda El valor i-factor depende del entorno de propagacioacuten aacutereas de solapamiento de las celdas nuacutemero de sectores en el Nodo B intensidad de traacutefico y su distribucioacuten y distancia a las celdas servidoras o celdas que interfieren

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 153

Tabla 6 Valores tiacutepicos de factor i

Microcelda Macrocelda

Omnidireccional Omnidireccional 2 Sectores 3 Sectores 4 sectores 6 Sectores 025lt055 045 055 065 075 085

El margen de interferencia en la celda se define como el total de interferencia sobre el ruido teacutermico

N

I

IMTOTAL

=

Este paraacutemetro limita la sensibilidad de recepcioacuten por lo tanto es importante considerarlo para poder estimar la cobertura Para el propoacutesito de disentildeo y caacutelculo del balance de potencias el IM es expresado como incremento de ruido o noise rise

)log(10 IMNR =

El NR representa la porcioacuten total de potencia recibida en dB Tiacutepicamente este valor debe ir de 2 - 4 [dB] para celdas limitadas en cobertura y de 4 ndash 7 [dB] para celdas limitadas por capacidad [2]

El margen de interferencia es el uacutenico paraacutemetro tomado en cuenta en balance de potencias que viene a estar relacionado directamente con la carga de la celda

El NR tambieacuten puede ser expresado en cuanto a la carga

)1

1log(10

ηminus=NR

El noise rise va a limitar la maacutexima peacuterdida de trayecto entre el moacutevil y el Nodo B Si la carga se aproxima a 100 el NR tiende a infinito por ello el radio de celda se hace cero y el sistema inestable

Es necesario definir el porcentaje de carga de la celda ya que este describiraacute cuaacutenta interferencia es generada en la celda Haciendo el estudio para el uplink cuando ULη se

aproxima a 1 el noise rise generado tiende a infinito y el sistema llega a su capacidad maacutexima e inestable

Seguacuten [1] para una red que se encuentra en la fase inicial de despliegue es recomendable adoptar un porcentaje de carga en el uplink igual a 50-60 Haciendo uso de Matlab se simuloacute el comportamiento de la carga de la celda para diferentes tasas de datos

154 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 6 Nivel de interferencia uplink

En el graacutefico obtenido mediante la simulacioacuten en vez de mostrar los usuarios simultaacuteneos se muestra el caudal de traacutefico o throughput en Kbps

En el caso del enlace descendente el comportamiento es similar soacutelo los paraacutemetros de entrada difieren ligeramente

En comparacioacuten con la ecuacioacuten de carga del uplink el paraacutemetro de suma importancia es el factor de ortogonalidad α UMTS hace uso de coacutedigos de ortogonalidad en el enlace descendente para separar y diferenciar a los usuarios unos de otros La ortogonalidad de 1 corresponde a usuarios perfectamente ortogonales Tiacutepicamente estos valores estaacuten entre 04 y 05 en canales de multitrayecto [2]

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 155

Figura 7 Nivel de interferencia downlink

Para una red UMTS seguacuten [2] en dimensionamiento se recomienda adoptar una carga en el downlink igual a 70-80 Desde un punto de vista praacutectico y experiencia de trabajo con redes 3G dentro un escenario de despliegue real en Bolivia se pudo corroborar que dentro la planificacioacuten y disentildeo de redes UMTS Huawei un fabricante de equipos de telecomunicaciones realiza el dimensionamiento de red considerando un factor de carga igual a 75

Requerimientos de la empresa

Tasa de datos [Kbps] 122 32 64 144 384

Frecuencia [MHz] 900 900 900 900 900

Carga del uplink 50 50 50 50 50

Carga del downlink 70 70 70 70 70

Altura Nodo B [m] 30 30 30 30 30

Altura terminal moacutevil [m] 15 15 15 15 15

524 Caacutelculo de la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto permitida

Haciendo uso de todos los paraacutemetros ya detallados se determina la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto seguacuten diferentes tasas de velocidad y para diferentes entornos Como ejemplo se muestra el caacutelculo de diferentes tasas de velocidad para un entorno urbano denso Se determinan las maacuteximas peacuterdidas de trayecto permitidas tanto para interiores como para exteriores

156 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 7 Caacutelculo del link budget para diferentes velocidades en un entorno urbano

denso

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 157

53 Modelos de propagacioacuten y radio de celda

Las predicciones de los niveles de sentildeal y cobertura son de gran importancia al momento de planificar una red de telefoniacutea moacutevil

Adoptar un modelo de propagacioacuten ayuda a predecir el valor medio de sentildeal o las peacuterdidas generadas en la trayectoria entre un transmisor y un receptor seguacuten la distancia y otros factores que contribuyen a la peacuterdida de trayecto como el perfil del terreno presencia de edificaciones u obstaacuteculos alturas de las antenas transmisoras y receptoras frecuencia de operacioacuten etc

El modelo COST 231 Walfisch-Ikegami es ampliamente usado en modelos empiacutericos de caacutelculo de propagacioacuten [3] Este modelo ha sido adoptado como estaacutendar para sistemas 3G IMT2000UMTS Para determinar los radios de coberturas de las celdas se debe considerar la direccioacuten del enlace el tipo de entorno y la velocidad de transferencia que permitan una menor peacuterdida de trayecto

UMTS depende del intercambio de capacidad y cobertura Estas variables estaacuten descritas por el comportamiento del enlace de subida y de bajada conforme a la peacuterdida de camino que generan y la carga que soportan respectivamente

Con el fin de estudiar este fenoacutemeno se simulo el comportamiento del balance de potencias tanto en el uplink como en el downlink tomando como variable de entrada la carga que soportan provista por las ecuaciones de carga ηUL y ηDL

Figura 8 Intercambio de la capacidad y la cobertura

Como el alcance de la celda estaacute limitado sobre todo por el enlace de subida terminal moacutevil a Nodo B debido a las restricciones que tiene el transmisor en cuanto a potencia tamantildeo de antena y a las interferencias de las sentildeales provenientes de los otros terminales hacia el receptor Nodo B el caacutelculo del enlace realizado se limita al enlace de subida uplink budget

158 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 8 MAPL limitado por el enlace ascendente

URBANO

DENSO

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

MAPL 16238 18282 1638 18203 1635 18324 1636 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1568 17503 1565 17624 1566 17518 1557 17197

MAPL indoor 14538 15582 1468 15503 1465 15624 1464 15518 1457 15197

URBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14618 15982 1468 15903 147 16024 1472 16018 14726 15697

SUBURBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14738 15982 1478 15903 1475 16024 1476 16518 1477 16197

531 Caacutelculo del radio de celda por entorno

Aplicando el modelo de propagacioacuten seleccionado se definen los radios de cobertura de las celdas

msdrtsbf LLLL ++=

minus

+minus+++∆+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stottrtsbf dff

dhLLL

minus

+minus+++minus+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stotrftrtsbf dff

dhhLLL

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

)log(

)log(9)log(925

704)log(1854)1log(18)log(20)log(20432

+

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus=

minus

+minus+++minus+minus+sdot+sdot+=

fdff

hhLL

d

dff

dhhLfdL

srftrts

tot

stotrftrtstot

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

10 +

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus

=

fdff

hhLL

tot

srftrts

d

Como el enlace que limita la cobertura es el uplink se hace uso de la MAPL indoor para determinar el radio de cobertura

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 159

De acuerdo con los resultados obtenidos de los radios de cobertura de las celdas se definieron algunos sitios tentativos para la ubicacioacuten de los nodos b ya que COMTECO es propietaria de dichos sitios

Tabla 9 Resumen de radios de coberturas para diferentes entornos

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

Sitio UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

UD

1 Sucre 2060 3877 2245 3697 2205 3978 2191 3730 2098 3071

2 Centro 2243 4223 2302 4026 2260 4333 2260 4063 2244 3345

U

3 Muyurina 2571 5876 2670 5602 2703 6028 2736 6006 2742 4944

4 Sur 2687 6139 2790 5853 2824 6299 2858 6275 2865 5166

SU 5 Temporal 4129 8774 4236 8365 4160 9002 4185 12142 4205 9996

SU 6 V Bush Sur 3129 7507 3210 7157 3153 7701 3172 10388 3187 8552

SU 7 Pacata 4001 8502 4105 8106 4031 8723 4056 11766 4075 9686

SU 8 Zofraco 5264 8262 5400 7877 5303 8476 5335 11433 5361 9412

SU 9 Pucara 3361 6308 3449 6014 3386 6472 3407 8729 3424 7186

SU 10 Sacaba 2542 5401 2608 5149 2561 5541 2576 7474 2589 6153

U 11 Quillacollo 2333 5597 2467 5336 2351 5742 2365 7745 2376 6376

SU 12 Florida Sur 2969 6308 3045 6014 2991 6472 3009 8729 3023 7186

SU 13 Pintildeami 2983 5965 3060 5687 3005 6120 3023 8255 3038 6796

SU 14 Tiquipaya 3183 5973 3265 5695 3207 6128 3226 8266 3242 6805

SU 15 Feria 3272 6139 2797 5853 3296 6299 3316 8496 3332 6994

SU 16 Valle Hermoso 3227 6857 3311 6538 3251 6702 3271 9489 3287 7812

Seguacuten el entorno se determinoacute que el radio de cobertura de la celda sea el menor permitido de entre todos los diferentes servicios ofertados Para determinar el radio de cobertura de HSDPA se debe considerar que eacuteste variariacutea constantemente dependiendo de las condiciones del canal radio y de su esquema de modulacioacuten las mayores velocidades de transferencia son alcanzadas cuando el UE estaacute maacutes proacuteximo al Nodo B [1]

160 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 9 Modulaciones en UMTSHSDPA

Figura 10 Variacioacuten radio de cobertura HSDPA

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 161

Para clasificar los entornos existentes en el proyecto no es suficiente catalogarlos seguacuten sus caracteriacutesticas geograacuteficas sino maacutes bien tomar en cuenta la densidad de usuarios potenciales que existan en ellos Considerando que en Cochabamba no existe una fuente de informacioacuten que refleje la cantidad de usuarios de servicios de telecomunicaciones distribuidos por zonas se hizo una analogiacutea con el reporte de traacutefico generado por las estaciones base de un operador de telefoniacutea moacutevil del departamento

Asiacute se obtiene los porcentajes de concentracioacuten de usuarios potenciales por entorno urbano denso urbano y suburbano Estos porcentajes fueron adoptados en el disentildeo para distribuir la demanda en los diferentes entornos por provincia

Tabla 10 Distribucioacuten de la demanda

Entorno Densidad 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

CERCADO

URBANO

DENSO 34 5818 11167 15556 18911 21487 23594 25466 2725 29031 3086 32389

URBANO 27 4621 8868 12353 15018 17063 18736 20223 21639 23054 24506 25721

SUBURBANO 39 6674 12809 17844 21693 24647 27064 29211 31257 33301 35398 37152

SACABA

SUBURBANO 100 4655 10234 16778 23398 2918 33717 37363 41143 44905 4901 52497

QUILLACOLLO

URBANO 52 4825 10408 1682 23401 2936 347 39812 45081 50761 57007 62596

SUBURBANO 48 4453 9608 15526 216 27102 32031 36749 41614 46856 52621 57781

54 Caacutelculo del traacutefico por celda

Para calcular el balance de potencias se consideroacute un porcentaje de carga igual a 50 en el uplink y 70 en el downlink

Como se vio en los apartados anteriores en UMTS el enlace descendente es el que limita la capacidad de la celda debido a que el Nodo B debe compartir la potencia entre todos los usuarios que se conectan a la red en la respectiva celda que atiende el Nodo B

Para dimensionar la carga de la celda se hizo uso de Matlab en el que se desarrolloacute un simulador de modelo de traacutefico derivado de las ecuaciones de carga en el downlink Siguiendo la metodologiacutea de planificacioacuten de radio se debe llegar a un equilibrio entre la cobertura y la capacidad mediante la validacioacuten del radio de cobertura ya establecido y otro conforme a un anaacutelisis de carga de la celda

En este apartado se determinaraacute la carga real de la celda seguacuten una cierta penetracioacuten de servicios recomendada por la UIT para redes 3G en Latinoameacuterica y dicha carga real determinaraacute la nueva MAPL de la celda

162 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Penetracioacuten de Servicios

Servicio de videollamadas

32 kbps

Servicio de datos

64 kbps

Servicio de datos

144 kbps

Servicio de datos

384 kbps

Servicio de voz

15 kbps

η1 η2 η3 η4 η5

N1 Usuarios

N2 Usuarios

N 3 Usuarios

N4 Usuarios

N 5 Usuarios

NR1 NR2 NR3 NR4 NR4+ + + +

NRtotal

Carga 1 [ kbps]

Carga 2 [kbps]

Carga 3 [kbps]

Carga 4 [ kbps]

Carga 5 [kbps]

Cargatotal

[kbps]

η

minus+=

vRNoEb

W

i

NulNumDL

)()1( α

sum=

+minus=N

j

iaRjW

jNo

EbvjNdl

1

])1[(

)(

)1

1(log10 10

NdlNR

minus=

)1( BLERRNThroughput minus=+ + + +

sum

sum

Figura 11 Planificacioacuten de capacidad

541 Traacutefico generado por usuario

Para estimar el traacutefico de voz que genera cada usuario se adoptoacute los reportes anuales de un operador de telefoniacutea moacutevil sobre la cantidad de minutos promedio que usa un cliente por mes (Minutes of Use)

diacuteaerdiacuteara lacioacutenlacioacutenMoUmensualTraacutefico

picohoraTraacutefico _int_int ReRe602430

)_(___ =

Donde

diacutearalacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado en la hora pico y el resto de horas del

diacutea

diacuteaerlacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado el diacutea pico y el resto de diacuteas del mes

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 163

El traacutefico generado por videollamadas fue adoptado de valores recomendados por [3] El traacutefico de datos generado por los usuarios fue calculado a partir del tiempo promedio de visita a portales moacuteviles

En la primera fase del proyecto se hizo la simulacioacuten del modelo de traacutefico con los valores de penetracioacuten correspondientes a ese periodo Para describir los caacutelculos realizados se tomaraacute como ejemplo los resultados de una celda de dos sectores

Tabla 11 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 1)

El modelo desarrollado determina la carga en kbps por servicio de acuerdo con una penetracioacuten de entrada y por ende la capacidad total de la celda Seguacuten esa carga es posible determinar los canales simultaacuteneos por usuario Los canales simultaacuteneos generan un cierto nivel de interferencia en toda la celda y por tanto determinan el porcentaje de carga total de la celda

En la primera fase se genera un nivel de carga de 7318 que es muy proacuteximo al valor teoacuterico adoptado en el inicio del dimensionamiento igual a 70 considerado para el caacutelculo de balance de potencias En la segunda fase del proyecto se espera una mayor penetracioacuten de los servicios y un mayor nivel de interferencia en la celda

En la segunda fase del proyecto se hizo la simulacioacuten con mayores niveles de penetracioacuten de donde se obtuvo un nivel de interferencia mayor que en la primera fase Este nivel de interferencia proporciona la carga total de la celda (8747) que si bien es mayor todaviacutea no llegoacute a la unidad y asiacute a la capacidad maacutexima de la celda

164 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 12 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 2)

De acuerdo con el porcentaje de carga real en el downlink determinado desde el punto de vista de capacidad del Nodo B se procedioacute a determinar la variabilidad del radio de cobertura con los nuevos valores de carga

Tabla 13 Variabilidad del radio de celda

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 165

Seguacuten los nuevos valores de los radios de cobertura obtenidos se puede apreciar que no existe una cuantiosa reduccioacuten en el radio de celda Por tanto se puede afinar que se llegoacute al balance entre cobertura y capacidad

Figura 12 Variacioacuten del radio de cobertura conforme al equilibrio entre la cobertura y capacidad

6 Conclusiones

En este trabajo de investigacioacuten se ha abordado el dimensionamiento de la red de acceso radio UTRAN con el objetivo fundamental de optimizar los recursos de transmisioacuten y soporte de QoS Tambieacuten se ha analizado los principales paraacutemetros y alternativas de disentildeo a considerar en un escenario de despliegue real para COMTECO

A lo largo del anaacutelisis se ha puesto de manifiesto la extraordinaria complejidad asociada con el dimensionamiento de UTRAN Asiacute se dio lugar al presente trabajo para solucionar el problema desde un enfoque analiacutetico asegurando el equilibrio entre la cobertura y capacidad Empero se consideroacute necesario para la fase de implantacioacuten del proyecto que se validen los resultados obtenidos mediante el uso de herramientas especiacuteficas de planificacioacuten y optimizacioacuten de redes 3G propias del fabricante En la misma liacutenea se consideroacute acometer un estudio maacutes exhaustivo del impacto que puedan tener los mecanismos de gestioacuten de traacutefico y gestioacuten de recursos de radio

Referencias

[1] Holma H y A Toskala 2007 WCDMA for UMTS-HSPA Evolution and LTE

John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[2] Nawrocki M M Dohler y H Aghvanmi 2006 Understanding UMTS Radio

Network Modelling Planning and Automated Optimization Theory and Practice John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

166 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

[3] Wacker A J Laiho y T Novosad 2006 Radio Network Planning and

Optimization for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[4] Chevallier C 2006 WCDMA (UMTS) Deployment Handbook Planning and

Optimization Aspects John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[5] Holma H y A Toskala 2006 HSDPAHSUPA for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

144 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

debe ser realizada al mismo tiempo debido a que incrementos en la cobertura puede llegar a causar mayores niveles de interferencia y cualquier mecanismo para controlar la interferencia podriacutea provocar zonas sin cobertura Tomando en cuenta que en WCDMA se comparte una frecuencia en toda la red el proceso de planificacioacuten de torna arduo al tratar de conseguir el balance entre cobertura y capacidad

Tomando en cuenta estos fenoacutemenos se propone la siguiente metodologiacutea para realizar la planificacioacuten de la red de acceso radio en UMTS

Figura 3 Metodologiacutea de planificacioacuten

Se proponen tres etapas una etapa de pre planificacioacuten otra de disentildeo y por ultimo una etapa de dimensionamiento

El objetivo de la etapa de pre planificacioacuten es tener una clara concepcioacuten de la red a desplegar que clase de recursos pueden ser usados y los aspectos claves para construir un plan de negocios y asiacute asegurar la exitosa existencia de la red por un largo periodo

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 145

La etapa de pre planificacioacuten contempla todos los aspectos necesarios para poder disentildear la red Paraacutemetros necesarios para determinar la cobertura capacidad y calidad de la red para los diferentes tipos de servicio

La etapa de disentildeo contempla la mayor complejidad del proceso de planificacioacuten ya que mediante un link budget (Presupuesto del enlace) vincula el anaacutelisis de cobertura y el de capacidad para asiacute poder aterrizar en el equilibrio entre ambos enfoques

La etapa de dimensionamiento determina el radio de cobertura tanto del enlace uplink como del downlink tambieacuten se obtiene las diferentes configuraciones de los nodos b y de los RNC para asiacute concluir con la propuesta de configuracioacuten de la red de acceso UTRAN

51 Pre planificacioacuten

511 Definicioacuten del escenario de planificacioacuten

Seguacuten el trabajo realizado se limita el aacuterea de cobertura en zonas urbanas y suburbanas de departamento de Cochabamba De acuerdo con los indicadores socio-econoacutemicos provistos en el anexo A se concluye que el proyecto queda limitado a las provincias de Cercado Quillacollo y Sacaba ubicadas en el ASL1 del departamento Esto debido a que las localidades seleccionadas concentran la mayor densidad poblacional del departamento y los menores iacutendices de pobreza Por otro lado en ellas se encuentra un desarrollo industrial elevado que fomenta la circulacioacuten monetaria

5111 Frecuencia de operacioacuten

Un aspecto determinante para la planificacioacuten de redes inalaacutembricas es la frecuencia de operacioacuten de acuerdo a requerimientos de la empresa se solicitoacute que se haga el estudio y dimensionamiento de la red en la banda de 900 MHz La banda de frecuencias elegida para el efecto es la que se encuentra descrita en la siguiente figura por encontrarse libre

146 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Up link (Tx) - MT a Nodo B Down link (Rx) - NodoB a MT894 MHz

Banda solicitada 900 MHz sub bandas B-BCada sub banda puede soportar 2 portadorasEl Ancho de Banda de cada portadora es 5 MHz

905 MHz 939 MHz 950 MHz915 MHz 960 MHz

A

Portadora 2375 MHz

625 KHzGuarda

5 MHz

625 KHzGuarda

915 MHz

Portadora 1375 MHz

625 KHzGuarda

625 KHzGuarda

5 MHz

905 MHz 910 MHz

B A B

Total Ancho de Banda solicitado 20 MHz 10 MHz de subida y 10 MHz de bajada

Sub Banda B Up link de Terminal Moacutevil a Nodo B

Portadora 2375 MHz

625 KHzGuarda

5 MHz

625 KHzGuarda

915 MHz

Portadora 1375 MHz

625 KHzGuarda

625 KHzGuarda

5 MHz

905 MHz 910 MHz

Sub Banda B Down link de Nodo B a Terminal Moacutevil

Figura 4 Banda de frecuencias 900 MHz

5112 Clasificacioacuten de los entornos

El alcance de la celda variacutea de acuerdo con el tipo de aacuterea cubierta urbano denso urbano suburbano o rural Los criterios para clasificar el aacuterea servida por las celdas son los que se muestran en la tabla 2

Tabla 2 Definicioacuten de entornos

Entorno Descripcioacuten

Urbano denso Aacutereas interiores del periacutemetro urbano muy poca vegetacioacuten alta

densidad de edificios calles angostas

Urbano Aacutereas interiores del periacutemetro urbano poca vegetacioacuten densidad

de edificios casas juntas calles poco anchas

Suburbano Aacutereas exteriores del periacutemetro urbano muy poca densidad de

edificios casas con jardines barrios residenciales

Rural Campo abierto con casas aisladas terrenos agriacutecolas y poblaciones

rurales

Seguacuten la definicioacuten de las caracteriacutesticas geograacuteficas de los entornos [2] se obtiene informacioacuten uacutetil sobre la propagacioacuten que tendraacute la sentildeal de acuerdo con su entorno y que se refleja directamente en la cobertura de la celda

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 147

512 Definicioacuten de servicios

Para dar soporte a diferentes clases de servicios los estaacutendares 3G han definido cuatro clases de traacutefico de usuario La tabla abajo muestra un resumen de estas clases

5121 Conversacional

Esta clase se refiere a traacutefico de tiempo real con ancho de banda constante muy sensible al retardo y a la variacioacuten del retardo (jitter) y tiacutepicamente simeacutetrico Las aplicaciones tiacutepicas son la telefoniacutea la videoconferencia VoIP

5122 Streaming

Se refiere a traacutefico de tiempo real con ancho de banda constante sensible al retardo y medianamente sensible al jitter tiacutepicamente unidireccional Las aplicaciones tiacutepicas son el streaming de audio (por ejemplo radio a traveacutes de la red) de video (televisioacuten a traveacutes de la red) y de muacutesica (muacutesica en vivo a traveacutes de la red)

5123 Interactivo

Se refiere a traacutefico de tiempo no real con ancho de banda variable no es sensible al retardo ni al jitter sin embargo requiere un ancho de banda miacutenimo para operar eficientemente Aplicaciones de este tipo son los juegos interactivos online la navegacioacuten Web etc

5124 Background

Se refiere al traacutefico sin calidad de servicio que utiliza el ancho de banda remanente no es sensible al retardo o jitter Tiacutepicamente se asocia a las aplicaciones de mensajeriacutea transferencia de archivos etc

513 Estudio de demanda

El meacutetodo utilizado para estimar la demanda fue el de la curva logiacutestica que es un modelo matemaacutetico usado para expresar la maduracioacuten de un servicio en la poblacioacuten cuya expresioacuten matemaacutetica es la siguiente

( )01ttk

e

Sminusminus+

=ρ (ec 1)

Donde ρ es la penetracioacuten del servicio en abonados por 100 habitantes t es el

tiempo en antildeos S k y t0 son constantes El valor de S se obtiene como el liacutemite de cuando el tiempo t tiende a infinito Este valor es conocido como la penetracioacuten de saturacioacuten Para calcular las constantes k y t0 se requieren dos puntos adicionales Los puntos elegidos fueron el antildeo actual y el antildeo 10 cuando se supone que la penetracioacuten llegaraacute al 60 de la saturacioacuten

La siguiente figura muestra el comportamiento hipoteacutetico que tendraacute la penetracioacuten de los servicios en el futuro

148 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 5 Curva logiacutestica

514 Aspectos de hardware

Los terminales moacuteviles estaacuten cambiando notablemente con la funcioacuten de adaptarse a los nuevos contenidos y servicios asiacute como preparar al usuario a utilizar el moacutevil no solo para realizar llamadas telefoacutenicas sino para otros servicios como multimedia

Los terminales ofertados a los usuarios estaacuten clasificados de acuerdo con sus necesidades o preferencias presentes y futuras que pueden ser englobadas en las siguientes cuatro categoriacuteas [4]

bull Todo en uno (Clase 3-2) Son terminales que poseen todas las funcionalidades posibles actuales y que permiten consultar cualquier contenido y las aplicaciones definidas actualmente

bull Enfocados a las aplicaciones (Clase 3-4) Son dispositivos que permiten cualquier tipo de aplicacioacuten pero estaacuten enfocados en cierto tipo de aplicaciones tales como juegos o mensajeriacutea

bull Modulares (Clase 2-1) Son dispositivos que permiten al usuario particularizar su dispositivo con funcionalidades de hardware Estas funcionalidades incluyen puertos USB tarjetas de memoria etc

bull Descentralizados Son dispositivos que combinan una serie de elementos descentralizados y que se conectan entre siacute para disponer de distintas funcionalidades

En la tabla 3 se definen cuatro clases de potencias para los terminales con sus respectivos valores nominales y tolerancias

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 149

Tabla 3 Potencias de los UE seguacuten clase

Clase Potencia nominal Tolerancia

Clase 1 33 dBm (2 W) +1minus3 dB Clase 2 27 dBm (05 W) +1minus3 dB Clase 3 24 dBm (025 W) +1minus3 dB Clase 4 21 dBm (0125 W) +2minus2 dB

52 Presupuesto del enlace o link budget

Dentro de la planificacioacuten de la UTRAN para UMTS es necesario realizar un balance de potencias o link budget para asiacute poder determinar el maacuteximo radio de la celda En el link budget paraacutemetros como la ganancia de la antena peacuterdidas por cables ganancias por diversidad maacutergenes de desvanecimiento y otros son tomados en cuenta

El resultado de los caacutelculos realizados para link budget es la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto permitida (maximum allowed propagation path loss) que es un valor imprescindible para poder determinar el radio de celda y por ende el nuacutemero de sitios necesarios

MAPL = ERP minus Rxsens + Rxgain+loss + Propagationgain+loss (ec 2)

A diferencia del link budget de tecnologiacuteas basadas en TDMAFDMA y GSM existen algunos paraacutemetros que son especiacuteficos para WCDMA como el margen de interferencia el margen de desvanecimiento raacutepido y la ganancia por soft handover

521 Nivel de sensibilidad de recepcioacuten

El nivel de sensibilidad de recepcioacuten es principalmente limitado por el ruido teacutermico La densidad de potencia teacutermica espectral N normalizada a 1 Hz de ancho de banda se define mediante la siguiente ecuacioacuten [2]

HzdBmNo

dBNo

mWKNo

TkNo

174

601986624

)110381log(10())293log(10(

23

=minus=

+=

=minus

(ec 3)

Donde k= 138 10-23 [WsK] constante de Boltzman

T= 293 K temperatura del conductor

La potencia total de ruido teacutermico N en el detector estaacute limitada por el filtro del ancho de banda Para UMTS el filtro de ancho de banda de chips W es aproximadamente igual a la ocupacioacuten de la frecuencia de enmascarado de coacutedigos (scrambling codes) igual a 384 MHz Asiacute la potencia de ruido teacutermico es igual a

150 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

15108

)843log(10()0174(

dBmN

MHzHzdBmN

WNoN

minus=+minus=

= (ec 4)

La sensibilidad del receptor consiste en el nivel de ruido sobre una sola portadora donde se define la relacioacuten sentildeal-ruido (SNR) en el receptor La sensibilidad contiene la ganancia de procesamiento y las peacuterdidas debido a la carga es decir la carga usada por los diferentes servicios montados sobre una portadora WCDMA

WNSNRS O = (ec 5)

Donde )1(

ηminus

=W

R

NE

SNRo

b

El miacutenimo nivel de sentildeal recibido apto para la demodulacioacuten exitosa se basa en la cantidad de energiacutea recibida y si esta energiacutea estaacute suficientemente por encima del ruido y la interferencia generada por el ruido teacutermico y el de los otros usuarios La sensibilidad puede ser calculada por la siguiente foacutermula

GPNo

EbNadSensibilid sdotsdot= (ec 6)

Donde GP Ganancia de procesamiento

)843(10 RkbpsMchipsLogGP sdot=

Tabla 4 Caacutelculo de la sensibilidad en el balance de potencias

Datos del receptor 122 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

NB UE NB UE NB UE NB UE

Ganancia por diversidad de la antena

RX [dB] 200 200 200 200 200 200 200 200

Ganancia de la antena RX [dBi]

1800 100 1800 100 1800 100 1800 100

Peacuterdida por cables [dB] 300 000 000 000 300 000 300 000

Densidad de ruido teacutermico [dBmHz]

-17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400

Figura de ruido del receptor [dB]

212 000 112 000 212 000 212 000

Potencia de ruido del receptor [dBm]

-10604 -10816 -10704 -10816 -10604 -10816 -10604 -10816

EbNo Requerido [dB] 220 080 220 080 220 080 220 080

Tasa de datos [Kbps] 1220 1220 6400 6400 14400 14400 38400 38400

Nivel de sensibilidad

del receptor[dBm] -12521 -12803 -12152 -12443 -11809 -12161 -11394 -11715

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 151

522 Consideraciones en WCDMA para HSDPA

Para el despliegue de HSDPA es necesario contar como base con el Release 99 de UMTS ya que al constituirse en una mejora y un aprovechamiento de la interfaz de aire de UMTS HSDPA hace uso de todos los canales ya definidos para el Release 99

A pesar que HSDPA es una caracteriacutestica del downlink existen efectos adicionales en el uplink El canal de subida HS-PDCCH que provee una retroalimentacioacuten a la red desde la estacioacuten moacutevil debe ser tomado en cuenta La interferencia adicional no es contemplada por EbNo y por ello cierta potencia de transmisioacuten del moacutevil debe ser reservada para este traacutefico

Otro margen adicional que debe ser tomado en cuenta viene a raiacutez de que el control de potencia para HS-DPCCH no es oacuteptimo para los usuarios HSDPA que se encuentren ejerciendo soft handover

El principal impacto de la introduccioacuten de HSDPA se encuentra en la direccioacuten del downlink La potencia adicional necesaria para las transmisiones HSDPA necesita ser definida de manera que auacuten pueda disponerse de los canales DCH

WCDMA en el Release 99 tiacutepicamente usaba EbNo para denotar la recepcioacuten de energiacutea por bit recibido por razoacuten de ruido El EbNo corresponde uacutenicamente a un bloque de error (BLER) para una cierta tasa donde el uacutenico paraacutemetro de adaptacioacuten es la ganancia de esparcimiento Sin embargo la medida de EbNo no es una medida atractiva para HSDPA debido a que la tasa de datos en HS-DSCH variacutea en cada intervalo de transmisioacuten (TTI) usando diferentes esquemas de modulacioacuten codificacioacuten y un cierto nuacutemero de HS-PDSCH Por ello es necesario definir la relacioacuten promedio sentildeal-interferencia maacutes ruido en HSDSCH (SINR)

+minussdotsdot=

GP

PSFSINR

TOT

HSDPA

11

16

α (ec 7)

Donde SF16 es el factor de ensanchado de HS-PDSCH es el factor de ortogonalidad y otro paraacutemetro comuacutenmente usado es la relacioacuten misma celda vs otras celdas maacutes ruido de interferencia o factor de geometriacutea La 3GPP recomienda que para un entorno macrocelular SINR oscile entre valores de -5dB y -3dB Se debe notar que el SINR HS-DSCH es independiente del nuacutemero de coacutedigos HS-PDSCH usados el esquema de modulacioacuten y la tasa de codificacioacuten

Para el proceso de dimensionamiento del enlace downlink HSDPA se debe encontrar la relacioacuten entre el throughput promedio y la relacioacuten SINR promedio Extendidas las simulaciones a nivel del enlace y de acuerdo con las especificaciones de la 3GPP se consigue determinar una relacioacuten que involucre ambos valores

142100476000390][ 2 +sdot+sdot= SINRSINRMbpsThr dBSINRdB 205 leleminus (ec 8)

Donde Thr representa la carga que genera un usuario con un cierto SINR o la carga combinada de la celda de varios usuarios teniendo como promedio el mismo SNR

152 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 5 Consideraciones para HSDPA

LINK BUDGET HSDPA Caracteriacutesticas teacutecnicas

UL DL Frecuencia [MHz] 900

Transmisor UE NB Potencia para canales HS-DSCH 80

Potencia maacutexima de transmisioacuten 013 300 Tasa de datos uplink [Kbps] 64

Potencia HS-DSCH - 240 Tasa de datos downlink [Kbps] 512

Pot maacutex de transmisioacuten [dBm] 210 438 Factor sobre venta en el uplink 4

Ganancia de la antena [dBi] 20 180 Factor sobre venta en el downlink 8

Cable loss including MHA intersection loss

[dB] 00 30 Carga del uplink 50

EIRP [dBm] 230 588 Carga del downlink 70

Por datos estrateacutegicos en la empresa se definioacute que la vel miacutenima para HSDPA sea 512 Kbps

523 Margen de interferencia

El factor limitante para el desempentildeo y la capacidad de un Nodo B es la recepcioacuten total de interferencia TOTALI La interferencia consiste de dos partes ownI e otherI

como tambieacuten la interferencia de otros sistemas sistemasOtrosI _ y el ruido teacutermico N

NIIII systemsotheotherownTOTAL +++= _

bull Iown Es causada por la interferencia de los mismos usuarios dentro de una celda

bull Iother Es causada por usuarios de otras celdas junto a las estaciones base que los estaacuten atendiendo

bull systemsotherI _ Viene de diferentes sistemas canales adyacentes o fugas

de potencias de otras tecnologiacuteas

Estos conceptos ayudan a definir la relacioacuten i ndash factor

own

other

I

Ii =

Se define como i ndash factor la relacioacuten existente entre la interferencia generada por las otras celdas sobre la interferencia generada por la misma celda El valor i-factor depende del entorno de propagacioacuten aacutereas de solapamiento de las celdas nuacutemero de sectores en el Nodo B intensidad de traacutefico y su distribucioacuten y distancia a las celdas servidoras o celdas que interfieren

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 153

Tabla 6 Valores tiacutepicos de factor i

Microcelda Macrocelda

Omnidireccional Omnidireccional 2 Sectores 3 Sectores 4 sectores 6 Sectores 025lt055 045 055 065 075 085

El margen de interferencia en la celda se define como el total de interferencia sobre el ruido teacutermico

N

I

IMTOTAL

=

Este paraacutemetro limita la sensibilidad de recepcioacuten por lo tanto es importante considerarlo para poder estimar la cobertura Para el propoacutesito de disentildeo y caacutelculo del balance de potencias el IM es expresado como incremento de ruido o noise rise

)log(10 IMNR =

El NR representa la porcioacuten total de potencia recibida en dB Tiacutepicamente este valor debe ir de 2 - 4 [dB] para celdas limitadas en cobertura y de 4 ndash 7 [dB] para celdas limitadas por capacidad [2]

El margen de interferencia es el uacutenico paraacutemetro tomado en cuenta en balance de potencias que viene a estar relacionado directamente con la carga de la celda

El NR tambieacuten puede ser expresado en cuanto a la carga

)1

1log(10

ηminus=NR

El noise rise va a limitar la maacutexima peacuterdida de trayecto entre el moacutevil y el Nodo B Si la carga se aproxima a 100 el NR tiende a infinito por ello el radio de celda se hace cero y el sistema inestable

Es necesario definir el porcentaje de carga de la celda ya que este describiraacute cuaacutenta interferencia es generada en la celda Haciendo el estudio para el uplink cuando ULη se

aproxima a 1 el noise rise generado tiende a infinito y el sistema llega a su capacidad maacutexima e inestable

Seguacuten [1] para una red que se encuentra en la fase inicial de despliegue es recomendable adoptar un porcentaje de carga en el uplink igual a 50-60 Haciendo uso de Matlab se simuloacute el comportamiento de la carga de la celda para diferentes tasas de datos

154 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 6 Nivel de interferencia uplink

En el graacutefico obtenido mediante la simulacioacuten en vez de mostrar los usuarios simultaacuteneos se muestra el caudal de traacutefico o throughput en Kbps

En el caso del enlace descendente el comportamiento es similar soacutelo los paraacutemetros de entrada difieren ligeramente

En comparacioacuten con la ecuacioacuten de carga del uplink el paraacutemetro de suma importancia es el factor de ortogonalidad α UMTS hace uso de coacutedigos de ortogonalidad en el enlace descendente para separar y diferenciar a los usuarios unos de otros La ortogonalidad de 1 corresponde a usuarios perfectamente ortogonales Tiacutepicamente estos valores estaacuten entre 04 y 05 en canales de multitrayecto [2]

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 155

Figura 7 Nivel de interferencia downlink

Para una red UMTS seguacuten [2] en dimensionamiento se recomienda adoptar una carga en el downlink igual a 70-80 Desde un punto de vista praacutectico y experiencia de trabajo con redes 3G dentro un escenario de despliegue real en Bolivia se pudo corroborar que dentro la planificacioacuten y disentildeo de redes UMTS Huawei un fabricante de equipos de telecomunicaciones realiza el dimensionamiento de red considerando un factor de carga igual a 75

Requerimientos de la empresa

Tasa de datos [Kbps] 122 32 64 144 384

Frecuencia [MHz] 900 900 900 900 900

Carga del uplink 50 50 50 50 50

Carga del downlink 70 70 70 70 70

Altura Nodo B [m] 30 30 30 30 30

Altura terminal moacutevil [m] 15 15 15 15 15

524 Caacutelculo de la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto permitida

Haciendo uso de todos los paraacutemetros ya detallados se determina la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto seguacuten diferentes tasas de velocidad y para diferentes entornos Como ejemplo se muestra el caacutelculo de diferentes tasas de velocidad para un entorno urbano denso Se determinan las maacuteximas peacuterdidas de trayecto permitidas tanto para interiores como para exteriores

156 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 7 Caacutelculo del link budget para diferentes velocidades en un entorno urbano

denso

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 157

53 Modelos de propagacioacuten y radio de celda

Las predicciones de los niveles de sentildeal y cobertura son de gran importancia al momento de planificar una red de telefoniacutea moacutevil

Adoptar un modelo de propagacioacuten ayuda a predecir el valor medio de sentildeal o las peacuterdidas generadas en la trayectoria entre un transmisor y un receptor seguacuten la distancia y otros factores que contribuyen a la peacuterdida de trayecto como el perfil del terreno presencia de edificaciones u obstaacuteculos alturas de las antenas transmisoras y receptoras frecuencia de operacioacuten etc

El modelo COST 231 Walfisch-Ikegami es ampliamente usado en modelos empiacutericos de caacutelculo de propagacioacuten [3] Este modelo ha sido adoptado como estaacutendar para sistemas 3G IMT2000UMTS Para determinar los radios de coberturas de las celdas se debe considerar la direccioacuten del enlace el tipo de entorno y la velocidad de transferencia que permitan una menor peacuterdida de trayecto

UMTS depende del intercambio de capacidad y cobertura Estas variables estaacuten descritas por el comportamiento del enlace de subida y de bajada conforme a la peacuterdida de camino que generan y la carga que soportan respectivamente

Con el fin de estudiar este fenoacutemeno se simulo el comportamiento del balance de potencias tanto en el uplink como en el downlink tomando como variable de entrada la carga que soportan provista por las ecuaciones de carga ηUL y ηDL

Figura 8 Intercambio de la capacidad y la cobertura

Como el alcance de la celda estaacute limitado sobre todo por el enlace de subida terminal moacutevil a Nodo B debido a las restricciones que tiene el transmisor en cuanto a potencia tamantildeo de antena y a las interferencias de las sentildeales provenientes de los otros terminales hacia el receptor Nodo B el caacutelculo del enlace realizado se limita al enlace de subida uplink budget

158 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 8 MAPL limitado por el enlace ascendente

URBANO

DENSO

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

MAPL 16238 18282 1638 18203 1635 18324 1636 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1568 17503 1565 17624 1566 17518 1557 17197

MAPL indoor 14538 15582 1468 15503 1465 15624 1464 15518 1457 15197

URBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14618 15982 1468 15903 147 16024 1472 16018 14726 15697

SUBURBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14738 15982 1478 15903 1475 16024 1476 16518 1477 16197

531 Caacutelculo del radio de celda por entorno

Aplicando el modelo de propagacioacuten seleccionado se definen los radios de cobertura de las celdas

msdrtsbf LLLL ++=

minus

+minus+++∆+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stottrtsbf dff

dhLLL

minus

+minus+++minus+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stotrftrtsbf dff

dhhLLL

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

)log(

)log(9)log(925

704)log(1854)1log(18)log(20)log(20432

+

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus=

minus

+minus+++minus+minus+sdot+sdot+=

fdff

hhLL

d

dff

dhhLfdL

srftrts

tot

stotrftrtstot

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

10 +

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus

=

fdff

hhLL

tot

srftrts

d

Como el enlace que limita la cobertura es el uplink se hace uso de la MAPL indoor para determinar el radio de cobertura

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 159

De acuerdo con los resultados obtenidos de los radios de cobertura de las celdas se definieron algunos sitios tentativos para la ubicacioacuten de los nodos b ya que COMTECO es propietaria de dichos sitios

Tabla 9 Resumen de radios de coberturas para diferentes entornos

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

Sitio UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

UD

1 Sucre 2060 3877 2245 3697 2205 3978 2191 3730 2098 3071

2 Centro 2243 4223 2302 4026 2260 4333 2260 4063 2244 3345

U

3 Muyurina 2571 5876 2670 5602 2703 6028 2736 6006 2742 4944

4 Sur 2687 6139 2790 5853 2824 6299 2858 6275 2865 5166

SU 5 Temporal 4129 8774 4236 8365 4160 9002 4185 12142 4205 9996

SU 6 V Bush Sur 3129 7507 3210 7157 3153 7701 3172 10388 3187 8552

SU 7 Pacata 4001 8502 4105 8106 4031 8723 4056 11766 4075 9686

SU 8 Zofraco 5264 8262 5400 7877 5303 8476 5335 11433 5361 9412

SU 9 Pucara 3361 6308 3449 6014 3386 6472 3407 8729 3424 7186

SU 10 Sacaba 2542 5401 2608 5149 2561 5541 2576 7474 2589 6153

U 11 Quillacollo 2333 5597 2467 5336 2351 5742 2365 7745 2376 6376

SU 12 Florida Sur 2969 6308 3045 6014 2991 6472 3009 8729 3023 7186

SU 13 Pintildeami 2983 5965 3060 5687 3005 6120 3023 8255 3038 6796

SU 14 Tiquipaya 3183 5973 3265 5695 3207 6128 3226 8266 3242 6805

SU 15 Feria 3272 6139 2797 5853 3296 6299 3316 8496 3332 6994

SU 16 Valle Hermoso 3227 6857 3311 6538 3251 6702 3271 9489 3287 7812

Seguacuten el entorno se determinoacute que el radio de cobertura de la celda sea el menor permitido de entre todos los diferentes servicios ofertados Para determinar el radio de cobertura de HSDPA se debe considerar que eacuteste variariacutea constantemente dependiendo de las condiciones del canal radio y de su esquema de modulacioacuten las mayores velocidades de transferencia son alcanzadas cuando el UE estaacute maacutes proacuteximo al Nodo B [1]

160 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 9 Modulaciones en UMTSHSDPA

Figura 10 Variacioacuten radio de cobertura HSDPA

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 161

Para clasificar los entornos existentes en el proyecto no es suficiente catalogarlos seguacuten sus caracteriacutesticas geograacuteficas sino maacutes bien tomar en cuenta la densidad de usuarios potenciales que existan en ellos Considerando que en Cochabamba no existe una fuente de informacioacuten que refleje la cantidad de usuarios de servicios de telecomunicaciones distribuidos por zonas se hizo una analogiacutea con el reporte de traacutefico generado por las estaciones base de un operador de telefoniacutea moacutevil del departamento

Asiacute se obtiene los porcentajes de concentracioacuten de usuarios potenciales por entorno urbano denso urbano y suburbano Estos porcentajes fueron adoptados en el disentildeo para distribuir la demanda en los diferentes entornos por provincia

Tabla 10 Distribucioacuten de la demanda

Entorno Densidad 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

CERCADO

URBANO

DENSO 34 5818 11167 15556 18911 21487 23594 25466 2725 29031 3086 32389

URBANO 27 4621 8868 12353 15018 17063 18736 20223 21639 23054 24506 25721

SUBURBANO 39 6674 12809 17844 21693 24647 27064 29211 31257 33301 35398 37152

SACABA

SUBURBANO 100 4655 10234 16778 23398 2918 33717 37363 41143 44905 4901 52497

QUILLACOLLO

URBANO 52 4825 10408 1682 23401 2936 347 39812 45081 50761 57007 62596

SUBURBANO 48 4453 9608 15526 216 27102 32031 36749 41614 46856 52621 57781

54 Caacutelculo del traacutefico por celda

Para calcular el balance de potencias se consideroacute un porcentaje de carga igual a 50 en el uplink y 70 en el downlink

Como se vio en los apartados anteriores en UMTS el enlace descendente es el que limita la capacidad de la celda debido a que el Nodo B debe compartir la potencia entre todos los usuarios que se conectan a la red en la respectiva celda que atiende el Nodo B

Para dimensionar la carga de la celda se hizo uso de Matlab en el que se desarrolloacute un simulador de modelo de traacutefico derivado de las ecuaciones de carga en el downlink Siguiendo la metodologiacutea de planificacioacuten de radio se debe llegar a un equilibrio entre la cobertura y la capacidad mediante la validacioacuten del radio de cobertura ya establecido y otro conforme a un anaacutelisis de carga de la celda

En este apartado se determinaraacute la carga real de la celda seguacuten una cierta penetracioacuten de servicios recomendada por la UIT para redes 3G en Latinoameacuterica y dicha carga real determinaraacute la nueva MAPL de la celda

162 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Penetracioacuten de Servicios

Servicio de videollamadas

32 kbps

Servicio de datos

64 kbps

Servicio de datos

144 kbps

Servicio de datos

384 kbps

Servicio de voz

15 kbps

η1 η2 η3 η4 η5

N1 Usuarios

N2 Usuarios

N 3 Usuarios

N4 Usuarios

N 5 Usuarios

NR1 NR2 NR3 NR4 NR4+ + + +

NRtotal

Carga 1 [ kbps]

Carga 2 [kbps]

Carga 3 [kbps]

Carga 4 [ kbps]

Carga 5 [kbps]

Cargatotal

[kbps]

η

minus+=

vRNoEb

W

i

NulNumDL

)()1( α

sum=

+minus=N

j

iaRjW

jNo

EbvjNdl

1

])1[(

)(

)1

1(log10 10

NdlNR

minus=

)1( BLERRNThroughput minus=+ + + +

sum

sum

Figura 11 Planificacioacuten de capacidad

541 Traacutefico generado por usuario

Para estimar el traacutefico de voz que genera cada usuario se adoptoacute los reportes anuales de un operador de telefoniacutea moacutevil sobre la cantidad de minutos promedio que usa un cliente por mes (Minutes of Use)

diacuteaerdiacuteara lacioacutenlacioacutenMoUmensualTraacutefico

picohoraTraacutefico _int_int ReRe602430

)_(___ =

Donde

diacutearalacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado en la hora pico y el resto de horas del

diacutea

diacuteaerlacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado el diacutea pico y el resto de diacuteas del mes

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 163

El traacutefico generado por videollamadas fue adoptado de valores recomendados por [3] El traacutefico de datos generado por los usuarios fue calculado a partir del tiempo promedio de visita a portales moacuteviles

En la primera fase del proyecto se hizo la simulacioacuten del modelo de traacutefico con los valores de penetracioacuten correspondientes a ese periodo Para describir los caacutelculos realizados se tomaraacute como ejemplo los resultados de una celda de dos sectores

Tabla 11 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 1)

El modelo desarrollado determina la carga en kbps por servicio de acuerdo con una penetracioacuten de entrada y por ende la capacidad total de la celda Seguacuten esa carga es posible determinar los canales simultaacuteneos por usuario Los canales simultaacuteneos generan un cierto nivel de interferencia en toda la celda y por tanto determinan el porcentaje de carga total de la celda

En la primera fase se genera un nivel de carga de 7318 que es muy proacuteximo al valor teoacuterico adoptado en el inicio del dimensionamiento igual a 70 considerado para el caacutelculo de balance de potencias En la segunda fase del proyecto se espera una mayor penetracioacuten de los servicios y un mayor nivel de interferencia en la celda

En la segunda fase del proyecto se hizo la simulacioacuten con mayores niveles de penetracioacuten de donde se obtuvo un nivel de interferencia mayor que en la primera fase Este nivel de interferencia proporciona la carga total de la celda (8747) que si bien es mayor todaviacutea no llegoacute a la unidad y asiacute a la capacidad maacutexima de la celda

164 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 12 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 2)

De acuerdo con el porcentaje de carga real en el downlink determinado desde el punto de vista de capacidad del Nodo B se procedioacute a determinar la variabilidad del radio de cobertura con los nuevos valores de carga

Tabla 13 Variabilidad del radio de celda

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Seguacuten los nuevos valores de los radios de cobertura obtenidos se puede apreciar que no existe una cuantiosa reduccioacuten en el radio de celda Por tanto se puede afinar que se llegoacute al balance entre cobertura y capacidad

Figura 12 Variacioacuten del radio de cobertura conforme al equilibrio entre la cobertura y capacidad

6 Conclusiones

En este trabajo de investigacioacuten se ha abordado el dimensionamiento de la red de acceso radio UTRAN con el objetivo fundamental de optimizar los recursos de transmisioacuten y soporte de QoS Tambieacuten se ha analizado los principales paraacutemetros y alternativas de disentildeo a considerar en un escenario de despliegue real para COMTECO

A lo largo del anaacutelisis se ha puesto de manifiesto la extraordinaria complejidad asociada con el dimensionamiento de UTRAN Asiacute se dio lugar al presente trabajo para solucionar el problema desde un enfoque analiacutetico asegurando el equilibrio entre la cobertura y capacidad Empero se consideroacute necesario para la fase de implantacioacuten del proyecto que se validen los resultados obtenidos mediante el uso de herramientas especiacuteficas de planificacioacuten y optimizacioacuten de redes 3G propias del fabricante En la misma liacutenea se consideroacute acometer un estudio maacutes exhaustivo del impacto que puedan tener los mecanismos de gestioacuten de traacutefico y gestioacuten de recursos de radio

Referencias

[1] Holma H y A Toskala 2007 WCDMA for UMTS-HSPA Evolution and LTE

John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[2] Nawrocki M M Dohler y H Aghvanmi 2006 Understanding UMTS Radio

Network Modelling Planning and Automated Optimization Theory and Practice John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

166 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

[3] Wacker A J Laiho y T Novosad 2006 Radio Network Planning and

Optimization for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[4] Chevallier C 2006 WCDMA (UMTS) Deployment Handbook Planning and

Optimization Aspects John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[5] Holma H y A Toskala 2006 HSDPAHSUPA for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 145

La etapa de pre planificacioacuten contempla todos los aspectos necesarios para poder disentildear la red Paraacutemetros necesarios para determinar la cobertura capacidad y calidad de la red para los diferentes tipos de servicio

La etapa de disentildeo contempla la mayor complejidad del proceso de planificacioacuten ya que mediante un link budget (Presupuesto del enlace) vincula el anaacutelisis de cobertura y el de capacidad para asiacute poder aterrizar en el equilibrio entre ambos enfoques

La etapa de dimensionamiento determina el radio de cobertura tanto del enlace uplink como del downlink tambieacuten se obtiene las diferentes configuraciones de los nodos b y de los RNC para asiacute concluir con la propuesta de configuracioacuten de la red de acceso UTRAN

51 Pre planificacioacuten

511 Definicioacuten del escenario de planificacioacuten

Seguacuten el trabajo realizado se limita el aacuterea de cobertura en zonas urbanas y suburbanas de departamento de Cochabamba De acuerdo con los indicadores socio-econoacutemicos provistos en el anexo A se concluye que el proyecto queda limitado a las provincias de Cercado Quillacollo y Sacaba ubicadas en el ASL1 del departamento Esto debido a que las localidades seleccionadas concentran la mayor densidad poblacional del departamento y los menores iacutendices de pobreza Por otro lado en ellas se encuentra un desarrollo industrial elevado que fomenta la circulacioacuten monetaria

5111 Frecuencia de operacioacuten

Un aspecto determinante para la planificacioacuten de redes inalaacutembricas es la frecuencia de operacioacuten de acuerdo a requerimientos de la empresa se solicitoacute que se haga el estudio y dimensionamiento de la red en la banda de 900 MHz La banda de frecuencias elegida para el efecto es la que se encuentra descrita en la siguiente figura por encontrarse libre

146 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Up link (Tx) - MT a Nodo B Down link (Rx) - NodoB a MT894 MHz

Banda solicitada 900 MHz sub bandas B-BCada sub banda puede soportar 2 portadorasEl Ancho de Banda de cada portadora es 5 MHz

905 MHz 939 MHz 950 MHz915 MHz 960 MHz

A

Portadora 2375 MHz

625 KHzGuarda

5 MHz

625 KHzGuarda

915 MHz

Portadora 1375 MHz

625 KHzGuarda

625 KHzGuarda

5 MHz

905 MHz 910 MHz

B A B

Total Ancho de Banda solicitado 20 MHz 10 MHz de subida y 10 MHz de bajada

Sub Banda B Up link de Terminal Moacutevil a Nodo B

Portadora 2375 MHz

625 KHzGuarda

5 MHz

625 KHzGuarda

915 MHz

Portadora 1375 MHz

625 KHzGuarda

625 KHzGuarda

5 MHz

905 MHz 910 MHz

Sub Banda B Down link de Nodo B a Terminal Moacutevil

Figura 4 Banda de frecuencias 900 MHz

5112 Clasificacioacuten de los entornos

El alcance de la celda variacutea de acuerdo con el tipo de aacuterea cubierta urbano denso urbano suburbano o rural Los criterios para clasificar el aacuterea servida por las celdas son los que se muestran en la tabla 2

Tabla 2 Definicioacuten de entornos

Entorno Descripcioacuten

Urbano denso Aacutereas interiores del periacutemetro urbano muy poca vegetacioacuten alta

densidad de edificios calles angostas

Urbano Aacutereas interiores del periacutemetro urbano poca vegetacioacuten densidad

de edificios casas juntas calles poco anchas

Suburbano Aacutereas exteriores del periacutemetro urbano muy poca densidad de

edificios casas con jardines barrios residenciales

Rural Campo abierto con casas aisladas terrenos agriacutecolas y poblaciones

rurales

Seguacuten la definicioacuten de las caracteriacutesticas geograacuteficas de los entornos [2] se obtiene informacioacuten uacutetil sobre la propagacioacuten que tendraacute la sentildeal de acuerdo con su entorno y que se refleja directamente en la cobertura de la celda

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 147

512 Definicioacuten de servicios

Para dar soporte a diferentes clases de servicios los estaacutendares 3G han definido cuatro clases de traacutefico de usuario La tabla abajo muestra un resumen de estas clases

5121 Conversacional

Esta clase se refiere a traacutefico de tiempo real con ancho de banda constante muy sensible al retardo y a la variacioacuten del retardo (jitter) y tiacutepicamente simeacutetrico Las aplicaciones tiacutepicas son la telefoniacutea la videoconferencia VoIP

5122 Streaming

Se refiere a traacutefico de tiempo real con ancho de banda constante sensible al retardo y medianamente sensible al jitter tiacutepicamente unidireccional Las aplicaciones tiacutepicas son el streaming de audio (por ejemplo radio a traveacutes de la red) de video (televisioacuten a traveacutes de la red) y de muacutesica (muacutesica en vivo a traveacutes de la red)

5123 Interactivo

Se refiere a traacutefico de tiempo no real con ancho de banda variable no es sensible al retardo ni al jitter sin embargo requiere un ancho de banda miacutenimo para operar eficientemente Aplicaciones de este tipo son los juegos interactivos online la navegacioacuten Web etc

5124 Background

Se refiere al traacutefico sin calidad de servicio que utiliza el ancho de banda remanente no es sensible al retardo o jitter Tiacutepicamente se asocia a las aplicaciones de mensajeriacutea transferencia de archivos etc

513 Estudio de demanda

El meacutetodo utilizado para estimar la demanda fue el de la curva logiacutestica que es un modelo matemaacutetico usado para expresar la maduracioacuten de un servicio en la poblacioacuten cuya expresioacuten matemaacutetica es la siguiente

( )01ttk

e

Sminusminus+

=ρ (ec 1)

Donde ρ es la penetracioacuten del servicio en abonados por 100 habitantes t es el

tiempo en antildeos S k y t0 son constantes El valor de S se obtiene como el liacutemite de cuando el tiempo t tiende a infinito Este valor es conocido como la penetracioacuten de saturacioacuten Para calcular las constantes k y t0 se requieren dos puntos adicionales Los puntos elegidos fueron el antildeo actual y el antildeo 10 cuando se supone que la penetracioacuten llegaraacute al 60 de la saturacioacuten

La siguiente figura muestra el comportamiento hipoteacutetico que tendraacute la penetracioacuten de los servicios en el futuro

148 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 5 Curva logiacutestica

514 Aspectos de hardware

Los terminales moacuteviles estaacuten cambiando notablemente con la funcioacuten de adaptarse a los nuevos contenidos y servicios asiacute como preparar al usuario a utilizar el moacutevil no solo para realizar llamadas telefoacutenicas sino para otros servicios como multimedia

Los terminales ofertados a los usuarios estaacuten clasificados de acuerdo con sus necesidades o preferencias presentes y futuras que pueden ser englobadas en las siguientes cuatro categoriacuteas [4]

bull Todo en uno (Clase 3-2) Son terminales que poseen todas las funcionalidades posibles actuales y que permiten consultar cualquier contenido y las aplicaciones definidas actualmente

bull Enfocados a las aplicaciones (Clase 3-4) Son dispositivos que permiten cualquier tipo de aplicacioacuten pero estaacuten enfocados en cierto tipo de aplicaciones tales como juegos o mensajeriacutea

bull Modulares (Clase 2-1) Son dispositivos que permiten al usuario particularizar su dispositivo con funcionalidades de hardware Estas funcionalidades incluyen puertos USB tarjetas de memoria etc

bull Descentralizados Son dispositivos que combinan una serie de elementos descentralizados y que se conectan entre siacute para disponer de distintas funcionalidades

En la tabla 3 se definen cuatro clases de potencias para los terminales con sus respectivos valores nominales y tolerancias

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 149

Tabla 3 Potencias de los UE seguacuten clase

Clase Potencia nominal Tolerancia

Clase 1 33 dBm (2 W) +1minus3 dB Clase 2 27 dBm (05 W) +1minus3 dB Clase 3 24 dBm (025 W) +1minus3 dB Clase 4 21 dBm (0125 W) +2minus2 dB

52 Presupuesto del enlace o link budget

Dentro de la planificacioacuten de la UTRAN para UMTS es necesario realizar un balance de potencias o link budget para asiacute poder determinar el maacuteximo radio de la celda En el link budget paraacutemetros como la ganancia de la antena peacuterdidas por cables ganancias por diversidad maacutergenes de desvanecimiento y otros son tomados en cuenta

El resultado de los caacutelculos realizados para link budget es la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto permitida (maximum allowed propagation path loss) que es un valor imprescindible para poder determinar el radio de celda y por ende el nuacutemero de sitios necesarios

MAPL = ERP minus Rxsens + Rxgain+loss + Propagationgain+loss (ec 2)

A diferencia del link budget de tecnologiacuteas basadas en TDMAFDMA y GSM existen algunos paraacutemetros que son especiacuteficos para WCDMA como el margen de interferencia el margen de desvanecimiento raacutepido y la ganancia por soft handover

521 Nivel de sensibilidad de recepcioacuten

El nivel de sensibilidad de recepcioacuten es principalmente limitado por el ruido teacutermico La densidad de potencia teacutermica espectral N normalizada a 1 Hz de ancho de banda se define mediante la siguiente ecuacioacuten [2]

HzdBmNo

dBNo

mWKNo

TkNo

174

601986624

)110381log(10())293log(10(

23

=minus=

+=

=minus

(ec 3)

Donde k= 138 10-23 [WsK] constante de Boltzman

T= 293 K temperatura del conductor

La potencia total de ruido teacutermico N en el detector estaacute limitada por el filtro del ancho de banda Para UMTS el filtro de ancho de banda de chips W es aproximadamente igual a la ocupacioacuten de la frecuencia de enmascarado de coacutedigos (scrambling codes) igual a 384 MHz Asiacute la potencia de ruido teacutermico es igual a

150 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

15108

)843log(10()0174(

dBmN

MHzHzdBmN

WNoN

minus=+minus=

= (ec 4)

La sensibilidad del receptor consiste en el nivel de ruido sobre una sola portadora donde se define la relacioacuten sentildeal-ruido (SNR) en el receptor La sensibilidad contiene la ganancia de procesamiento y las peacuterdidas debido a la carga es decir la carga usada por los diferentes servicios montados sobre una portadora WCDMA

WNSNRS O = (ec 5)

Donde )1(

ηminus

=W

R

NE

SNRo

b

El miacutenimo nivel de sentildeal recibido apto para la demodulacioacuten exitosa se basa en la cantidad de energiacutea recibida y si esta energiacutea estaacute suficientemente por encima del ruido y la interferencia generada por el ruido teacutermico y el de los otros usuarios La sensibilidad puede ser calculada por la siguiente foacutermula

GPNo

EbNadSensibilid sdotsdot= (ec 6)

Donde GP Ganancia de procesamiento

)843(10 RkbpsMchipsLogGP sdot=

Tabla 4 Caacutelculo de la sensibilidad en el balance de potencias

Datos del receptor 122 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

NB UE NB UE NB UE NB UE

Ganancia por diversidad de la antena

RX [dB] 200 200 200 200 200 200 200 200

Ganancia de la antena RX [dBi]

1800 100 1800 100 1800 100 1800 100

Peacuterdida por cables [dB] 300 000 000 000 300 000 300 000

Densidad de ruido teacutermico [dBmHz]

-17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400

Figura de ruido del receptor [dB]

212 000 112 000 212 000 212 000

Potencia de ruido del receptor [dBm]

-10604 -10816 -10704 -10816 -10604 -10816 -10604 -10816

EbNo Requerido [dB] 220 080 220 080 220 080 220 080

Tasa de datos [Kbps] 1220 1220 6400 6400 14400 14400 38400 38400

Nivel de sensibilidad

del receptor[dBm] -12521 -12803 -12152 -12443 -11809 -12161 -11394 -11715

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 151

522 Consideraciones en WCDMA para HSDPA

Para el despliegue de HSDPA es necesario contar como base con el Release 99 de UMTS ya que al constituirse en una mejora y un aprovechamiento de la interfaz de aire de UMTS HSDPA hace uso de todos los canales ya definidos para el Release 99

A pesar que HSDPA es una caracteriacutestica del downlink existen efectos adicionales en el uplink El canal de subida HS-PDCCH que provee una retroalimentacioacuten a la red desde la estacioacuten moacutevil debe ser tomado en cuenta La interferencia adicional no es contemplada por EbNo y por ello cierta potencia de transmisioacuten del moacutevil debe ser reservada para este traacutefico

Otro margen adicional que debe ser tomado en cuenta viene a raiacutez de que el control de potencia para HS-DPCCH no es oacuteptimo para los usuarios HSDPA que se encuentren ejerciendo soft handover

El principal impacto de la introduccioacuten de HSDPA se encuentra en la direccioacuten del downlink La potencia adicional necesaria para las transmisiones HSDPA necesita ser definida de manera que auacuten pueda disponerse de los canales DCH

WCDMA en el Release 99 tiacutepicamente usaba EbNo para denotar la recepcioacuten de energiacutea por bit recibido por razoacuten de ruido El EbNo corresponde uacutenicamente a un bloque de error (BLER) para una cierta tasa donde el uacutenico paraacutemetro de adaptacioacuten es la ganancia de esparcimiento Sin embargo la medida de EbNo no es una medida atractiva para HSDPA debido a que la tasa de datos en HS-DSCH variacutea en cada intervalo de transmisioacuten (TTI) usando diferentes esquemas de modulacioacuten codificacioacuten y un cierto nuacutemero de HS-PDSCH Por ello es necesario definir la relacioacuten promedio sentildeal-interferencia maacutes ruido en HSDSCH (SINR)

+minussdotsdot=

GP

PSFSINR

TOT

HSDPA

11

16

α (ec 7)

Donde SF16 es el factor de ensanchado de HS-PDSCH es el factor de ortogonalidad y otro paraacutemetro comuacutenmente usado es la relacioacuten misma celda vs otras celdas maacutes ruido de interferencia o factor de geometriacutea La 3GPP recomienda que para un entorno macrocelular SINR oscile entre valores de -5dB y -3dB Se debe notar que el SINR HS-DSCH es independiente del nuacutemero de coacutedigos HS-PDSCH usados el esquema de modulacioacuten y la tasa de codificacioacuten

Para el proceso de dimensionamiento del enlace downlink HSDPA se debe encontrar la relacioacuten entre el throughput promedio y la relacioacuten SINR promedio Extendidas las simulaciones a nivel del enlace y de acuerdo con las especificaciones de la 3GPP se consigue determinar una relacioacuten que involucre ambos valores

142100476000390][ 2 +sdot+sdot= SINRSINRMbpsThr dBSINRdB 205 leleminus (ec 8)

Donde Thr representa la carga que genera un usuario con un cierto SINR o la carga combinada de la celda de varios usuarios teniendo como promedio el mismo SNR

152 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 5 Consideraciones para HSDPA

LINK BUDGET HSDPA Caracteriacutesticas teacutecnicas

UL DL Frecuencia [MHz] 900

Transmisor UE NB Potencia para canales HS-DSCH 80

Potencia maacutexima de transmisioacuten 013 300 Tasa de datos uplink [Kbps] 64

Potencia HS-DSCH - 240 Tasa de datos downlink [Kbps] 512

Pot maacutex de transmisioacuten [dBm] 210 438 Factor sobre venta en el uplink 4

Ganancia de la antena [dBi] 20 180 Factor sobre venta en el downlink 8

Cable loss including MHA intersection loss

[dB] 00 30 Carga del uplink 50

EIRP [dBm] 230 588 Carga del downlink 70

Por datos estrateacutegicos en la empresa se definioacute que la vel miacutenima para HSDPA sea 512 Kbps

523 Margen de interferencia

El factor limitante para el desempentildeo y la capacidad de un Nodo B es la recepcioacuten total de interferencia TOTALI La interferencia consiste de dos partes ownI e otherI

como tambieacuten la interferencia de otros sistemas sistemasOtrosI _ y el ruido teacutermico N

NIIII systemsotheotherownTOTAL +++= _

bull Iown Es causada por la interferencia de los mismos usuarios dentro de una celda

bull Iother Es causada por usuarios de otras celdas junto a las estaciones base que los estaacuten atendiendo

bull systemsotherI _ Viene de diferentes sistemas canales adyacentes o fugas

de potencias de otras tecnologiacuteas

Estos conceptos ayudan a definir la relacioacuten i ndash factor

own

other

I

Ii =

Se define como i ndash factor la relacioacuten existente entre la interferencia generada por las otras celdas sobre la interferencia generada por la misma celda El valor i-factor depende del entorno de propagacioacuten aacutereas de solapamiento de las celdas nuacutemero de sectores en el Nodo B intensidad de traacutefico y su distribucioacuten y distancia a las celdas servidoras o celdas que interfieren

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 153

Tabla 6 Valores tiacutepicos de factor i

Microcelda Macrocelda

Omnidireccional Omnidireccional 2 Sectores 3 Sectores 4 sectores 6 Sectores 025lt055 045 055 065 075 085

El margen de interferencia en la celda se define como el total de interferencia sobre el ruido teacutermico

N

I

IMTOTAL

=

Este paraacutemetro limita la sensibilidad de recepcioacuten por lo tanto es importante considerarlo para poder estimar la cobertura Para el propoacutesito de disentildeo y caacutelculo del balance de potencias el IM es expresado como incremento de ruido o noise rise

)log(10 IMNR =

El NR representa la porcioacuten total de potencia recibida en dB Tiacutepicamente este valor debe ir de 2 - 4 [dB] para celdas limitadas en cobertura y de 4 ndash 7 [dB] para celdas limitadas por capacidad [2]

El margen de interferencia es el uacutenico paraacutemetro tomado en cuenta en balance de potencias que viene a estar relacionado directamente con la carga de la celda

El NR tambieacuten puede ser expresado en cuanto a la carga

)1

1log(10

ηminus=NR

El noise rise va a limitar la maacutexima peacuterdida de trayecto entre el moacutevil y el Nodo B Si la carga se aproxima a 100 el NR tiende a infinito por ello el radio de celda se hace cero y el sistema inestable

Es necesario definir el porcentaje de carga de la celda ya que este describiraacute cuaacutenta interferencia es generada en la celda Haciendo el estudio para el uplink cuando ULη se

aproxima a 1 el noise rise generado tiende a infinito y el sistema llega a su capacidad maacutexima e inestable

Seguacuten [1] para una red que se encuentra en la fase inicial de despliegue es recomendable adoptar un porcentaje de carga en el uplink igual a 50-60 Haciendo uso de Matlab se simuloacute el comportamiento de la carga de la celda para diferentes tasas de datos

154 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 6 Nivel de interferencia uplink

En el graacutefico obtenido mediante la simulacioacuten en vez de mostrar los usuarios simultaacuteneos se muestra el caudal de traacutefico o throughput en Kbps

En el caso del enlace descendente el comportamiento es similar soacutelo los paraacutemetros de entrada difieren ligeramente

En comparacioacuten con la ecuacioacuten de carga del uplink el paraacutemetro de suma importancia es el factor de ortogonalidad α UMTS hace uso de coacutedigos de ortogonalidad en el enlace descendente para separar y diferenciar a los usuarios unos de otros La ortogonalidad de 1 corresponde a usuarios perfectamente ortogonales Tiacutepicamente estos valores estaacuten entre 04 y 05 en canales de multitrayecto [2]

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 155

Figura 7 Nivel de interferencia downlink

Para una red UMTS seguacuten [2] en dimensionamiento se recomienda adoptar una carga en el downlink igual a 70-80 Desde un punto de vista praacutectico y experiencia de trabajo con redes 3G dentro un escenario de despliegue real en Bolivia se pudo corroborar que dentro la planificacioacuten y disentildeo de redes UMTS Huawei un fabricante de equipos de telecomunicaciones realiza el dimensionamiento de red considerando un factor de carga igual a 75

Requerimientos de la empresa

Tasa de datos [Kbps] 122 32 64 144 384

Frecuencia [MHz] 900 900 900 900 900

Carga del uplink 50 50 50 50 50

Carga del downlink 70 70 70 70 70

Altura Nodo B [m] 30 30 30 30 30

Altura terminal moacutevil [m] 15 15 15 15 15

524 Caacutelculo de la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto permitida

Haciendo uso de todos los paraacutemetros ya detallados se determina la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto seguacuten diferentes tasas de velocidad y para diferentes entornos Como ejemplo se muestra el caacutelculo de diferentes tasas de velocidad para un entorno urbano denso Se determinan las maacuteximas peacuterdidas de trayecto permitidas tanto para interiores como para exteriores

156 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 7 Caacutelculo del link budget para diferentes velocidades en un entorno urbano

denso

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 157

53 Modelos de propagacioacuten y radio de celda

Las predicciones de los niveles de sentildeal y cobertura son de gran importancia al momento de planificar una red de telefoniacutea moacutevil

Adoptar un modelo de propagacioacuten ayuda a predecir el valor medio de sentildeal o las peacuterdidas generadas en la trayectoria entre un transmisor y un receptor seguacuten la distancia y otros factores que contribuyen a la peacuterdida de trayecto como el perfil del terreno presencia de edificaciones u obstaacuteculos alturas de las antenas transmisoras y receptoras frecuencia de operacioacuten etc

El modelo COST 231 Walfisch-Ikegami es ampliamente usado en modelos empiacutericos de caacutelculo de propagacioacuten [3] Este modelo ha sido adoptado como estaacutendar para sistemas 3G IMT2000UMTS Para determinar los radios de coberturas de las celdas se debe considerar la direccioacuten del enlace el tipo de entorno y la velocidad de transferencia que permitan una menor peacuterdida de trayecto

UMTS depende del intercambio de capacidad y cobertura Estas variables estaacuten descritas por el comportamiento del enlace de subida y de bajada conforme a la peacuterdida de camino que generan y la carga que soportan respectivamente

Con el fin de estudiar este fenoacutemeno se simulo el comportamiento del balance de potencias tanto en el uplink como en el downlink tomando como variable de entrada la carga que soportan provista por las ecuaciones de carga ηUL y ηDL

Figura 8 Intercambio de la capacidad y la cobertura

Como el alcance de la celda estaacute limitado sobre todo por el enlace de subida terminal moacutevil a Nodo B debido a las restricciones que tiene el transmisor en cuanto a potencia tamantildeo de antena y a las interferencias de las sentildeales provenientes de los otros terminales hacia el receptor Nodo B el caacutelculo del enlace realizado se limita al enlace de subida uplink budget

158 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 8 MAPL limitado por el enlace ascendente

URBANO

DENSO

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

MAPL 16238 18282 1638 18203 1635 18324 1636 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1568 17503 1565 17624 1566 17518 1557 17197

MAPL indoor 14538 15582 1468 15503 1465 15624 1464 15518 1457 15197

URBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14618 15982 1468 15903 147 16024 1472 16018 14726 15697

SUBURBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14738 15982 1478 15903 1475 16024 1476 16518 1477 16197

531 Caacutelculo del radio de celda por entorno

Aplicando el modelo de propagacioacuten seleccionado se definen los radios de cobertura de las celdas

msdrtsbf LLLL ++=

minus

+minus+++∆+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stottrtsbf dff

dhLLL

minus

+minus+++minus+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stotrftrtsbf dff

dhhLLL

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

)log(

)log(9)log(925

704)log(1854)1log(18)log(20)log(20432

+

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus=

minus

+minus+++minus+minus+sdot+sdot+=

fdff

hhLL

d

dff

dhhLfdL

srftrts

tot

stotrftrtstot

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

10 +

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus

=

fdff

hhLL

tot

srftrts

d

Como el enlace que limita la cobertura es el uplink se hace uso de la MAPL indoor para determinar el radio de cobertura

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 159

De acuerdo con los resultados obtenidos de los radios de cobertura de las celdas se definieron algunos sitios tentativos para la ubicacioacuten de los nodos b ya que COMTECO es propietaria de dichos sitios

Tabla 9 Resumen de radios de coberturas para diferentes entornos

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

Sitio UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

UD

1 Sucre 2060 3877 2245 3697 2205 3978 2191 3730 2098 3071

2 Centro 2243 4223 2302 4026 2260 4333 2260 4063 2244 3345

U

3 Muyurina 2571 5876 2670 5602 2703 6028 2736 6006 2742 4944

4 Sur 2687 6139 2790 5853 2824 6299 2858 6275 2865 5166

SU 5 Temporal 4129 8774 4236 8365 4160 9002 4185 12142 4205 9996

SU 6 V Bush Sur 3129 7507 3210 7157 3153 7701 3172 10388 3187 8552

SU 7 Pacata 4001 8502 4105 8106 4031 8723 4056 11766 4075 9686

SU 8 Zofraco 5264 8262 5400 7877 5303 8476 5335 11433 5361 9412

SU 9 Pucara 3361 6308 3449 6014 3386 6472 3407 8729 3424 7186

SU 10 Sacaba 2542 5401 2608 5149 2561 5541 2576 7474 2589 6153

U 11 Quillacollo 2333 5597 2467 5336 2351 5742 2365 7745 2376 6376

SU 12 Florida Sur 2969 6308 3045 6014 2991 6472 3009 8729 3023 7186

SU 13 Pintildeami 2983 5965 3060 5687 3005 6120 3023 8255 3038 6796

SU 14 Tiquipaya 3183 5973 3265 5695 3207 6128 3226 8266 3242 6805

SU 15 Feria 3272 6139 2797 5853 3296 6299 3316 8496 3332 6994

SU 16 Valle Hermoso 3227 6857 3311 6538 3251 6702 3271 9489 3287 7812

Seguacuten el entorno se determinoacute que el radio de cobertura de la celda sea el menor permitido de entre todos los diferentes servicios ofertados Para determinar el radio de cobertura de HSDPA se debe considerar que eacuteste variariacutea constantemente dependiendo de las condiciones del canal radio y de su esquema de modulacioacuten las mayores velocidades de transferencia son alcanzadas cuando el UE estaacute maacutes proacuteximo al Nodo B [1]

160 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 9 Modulaciones en UMTSHSDPA

Figura 10 Variacioacuten radio de cobertura HSDPA

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 161

Para clasificar los entornos existentes en el proyecto no es suficiente catalogarlos seguacuten sus caracteriacutesticas geograacuteficas sino maacutes bien tomar en cuenta la densidad de usuarios potenciales que existan en ellos Considerando que en Cochabamba no existe una fuente de informacioacuten que refleje la cantidad de usuarios de servicios de telecomunicaciones distribuidos por zonas se hizo una analogiacutea con el reporte de traacutefico generado por las estaciones base de un operador de telefoniacutea moacutevil del departamento

Asiacute se obtiene los porcentajes de concentracioacuten de usuarios potenciales por entorno urbano denso urbano y suburbano Estos porcentajes fueron adoptados en el disentildeo para distribuir la demanda en los diferentes entornos por provincia

Tabla 10 Distribucioacuten de la demanda

Entorno Densidad 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

CERCADO

URBANO

DENSO 34 5818 11167 15556 18911 21487 23594 25466 2725 29031 3086 32389

URBANO 27 4621 8868 12353 15018 17063 18736 20223 21639 23054 24506 25721

SUBURBANO 39 6674 12809 17844 21693 24647 27064 29211 31257 33301 35398 37152

SACABA

SUBURBANO 100 4655 10234 16778 23398 2918 33717 37363 41143 44905 4901 52497

QUILLACOLLO

URBANO 52 4825 10408 1682 23401 2936 347 39812 45081 50761 57007 62596

SUBURBANO 48 4453 9608 15526 216 27102 32031 36749 41614 46856 52621 57781

54 Caacutelculo del traacutefico por celda

Para calcular el balance de potencias se consideroacute un porcentaje de carga igual a 50 en el uplink y 70 en el downlink

Como se vio en los apartados anteriores en UMTS el enlace descendente es el que limita la capacidad de la celda debido a que el Nodo B debe compartir la potencia entre todos los usuarios que se conectan a la red en la respectiva celda que atiende el Nodo B

Para dimensionar la carga de la celda se hizo uso de Matlab en el que se desarrolloacute un simulador de modelo de traacutefico derivado de las ecuaciones de carga en el downlink Siguiendo la metodologiacutea de planificacioacuten de radio se debe llegar a un equilibrio entre la cobertura y la capacidad mediante la validacioacuten del radio de cobertura ya establecido y otro conforme a un anaacutelisis de carga de la celda

En este apartado se determinaraacute la carga real de la celda seguacuten una cierta penetracioacuten de servicios recomendada por la UIT para redes 3G en Latinoameacuterica y dicha carga real determinaraacute la nueva MAPL de la celda

162 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Penetracioacuten de Servicios

Servicio de videollamadas

32 kbps

Servicio de datos

64 kbps

Servicio de datos

144 kbps

Servicio de datos

384 kbps

Servicio de voz

15 kbps

η1 η2 η3 η4 η5

N1 Usuarios

N2 Usuarios

N 3 Usuarios

N4 Usuarios

N 5 Usuarios

NR1 NR2 NR3 NR4 NR4+ + + +

NRtotal

Carga 1 [ kbps]

Carga 2 [kbps]

Carga 3 [kbps]

Carga 4 [ kbps]

Carga 5 [kbps]

Cargatotal

[kbps]

η

minus+=

vRNoEb

W

i

NulNumDL

)()1( α

sum=

+minus=N

j

iaRjW

jNo

EbvjNdl

1

])1[(

)(

)1

1(log10 10

NdlNR

minus=

)1( BLERRNThroughput minus=+ + + +

sum

sum

Figura 11 Planificacioacuten de capacidad

541 Traacutefico generado por usuario

Para estimar el traacutefico de voz que genera cada usuario se adoptoacute los reportes anuales de un operador de telefoniacutea moacutevil sobre la cantidad de minutos promedio que usa un cliente por mes (Minutes of Use)

diacuteaerdiacuteara lacioacutenlacioacutenMoUmensualTraacutefico

picohoraTraacutefico _int_int ReRe602430

)_(___ =

Donde

diacutearalacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado en la hora pico y el resto de horas del

diacutea

diacuteaerlacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado el diacutea pico y el resto de diacuteas del mes

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 163

El traacutefico generado por videollamadas fue adoptado de valores recomendados por [3] El traacutefico de datos generado por los usuarios fue calculado a partir del tiempo promedio de visita a portales moacuteviles

En la primera fase del proyecto se hizo la simulacioacuten del modelo de traacutefico con los valores de penetracioacuten correspondientes a ese periodo Para describir los caacutelculos realizados se tomaraacute como ejemplo los resultados de una celda de dos sectores

Tabla 11 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 1)

El modelo desarrollado determina la carga en kbps por servicio de acuerdo con una penetracioacuten de entrada y por ende la capacidad total de la celda Seguacuten esa carga es posible determinar los canales simultaacuteneos por usuario Los canales simultaacuteneos generan un cierto nivel de interferencia en toda la celda y por tanto determinan el porcentaje de carga total de la celda

En la primera fase se genera un nivel de carga de 7318 que es muy proacuteximo al valor teoacuterico adoptado en el inicio del dimensionamiento igual a 70 considerado para el caacutelculo de balance de potencias En la segunda fase del proyecto se espera una mayor penetracioacuten de los servicios y un mayor nivel de interferencia en la celda

En la segunda fase del proyecto se hizo la simulacioacuten con mayores niveles de penetracioacuten de donde se obtuvo un nivel de interferencia mayor que en la primera fase Este nivel de interferencia proporciona la carga total de la celda (8747) que si bien es mayor todaviacutea no llegoacute a la unidad y asiacute a la capacidad maacutexima de la celda

164 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 12 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 2)

De acuerdo con el porcentaje de carga real en el downlink determinado desde el punto de vista de capacidad del Nodo B se procedioacute a determinar la variabilidad del radio de cobertura con los nuevos valores de carga

Tabla 13 Variabilidad del radio de celda

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 165

Seguacuten los nuevos valores de los radios de cobertura obtenidos se puede apreciar que no existe una cuantiosa reduccioacuten en el radio de celda Por tanto se puede afinar que se llegoacute al balance entre cobertura y capacidad

Figura 12 Variacioacuten del radio de cobertura conforme al equilibrio entre la cobertura y capacidad

6 Conclusiones

En este trabajo de investigacioacuten se ha abordado el dimensionamiento de la red de acceso radio UTRAN con el objetivo fundamental de optimizar los recursos de transmisioacuten y soporte de QoS Tambieacuten se ha analizado los principales paraacutemetros y alternativas de disentildeo a considerar en un escenario de despliegue real para COMTECO

A lo largo del anaacutelisis se ha puesto de manifiesto la extraordinaria complejidad asociada con el dimensionamiento de UTRAN Asiacute se dio lugar al presente trabajo para solucionar el problema desde un enfoque analiacutetico asegurando el equilibrio entre la cobertura y capacidad Empero se consideroacute necesario para la fase de implantacioacuten del proyecto que se validen los resultados obtenidos mediante el uso de herramientas especiacuteficas de planificacioacuten y optimizacioacuten de redes 3G propias del fabricante En la misma liacutenea se consideroacute acometer un estudio maacutes exhaustivo del impacto que puedan tener los mecanismos de gestioacuten de traacutefico y gestioacuten de recursos de radio

Referencias

[1] Holma H y A Toskala 2007 WCDMA for UMTS-HSPA Evolution and LTE

John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[2] Nawrocki M M Dohler y H Aghvanmi 2006 Understanding UMTS Radio

Network Modelling Planning and Automated Optimization Theory and Practice John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

166 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

[3] Wacker A J Laiho y T Novosad 2006 Radio Network Planning and

Optimization for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[4] Chevallier C 2006 WCDMA (UMTS) Deployment Handbook Planning and

Optimization Aspects John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[5] Holma H y A Toskala 2006 HSDPAHSUPA for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

146 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Up link (Tx) - MT a Nodo B Down link (Rx) - NodoB a MT894 MHz

Banda solicitada 900 MHz sub bandas B-BCada sub banda puede soportar 2 portadorasEl Ancho de Banda de cada portadora es 5 MHz

905 MHz 939 MHz 950 MHz915 MHz 960 MHz

A

Portadora 2375 MHz

625 KHzGuarda

5 MHz

625 KHzGuarda

915 MHz

Portadora 1375 MHz

625 KHzGuarda

625 KHzGuarda

5 MHz

905 MHz 910 MHz

B A B

Total Ancho de Banda solicitado 20 MHz 10 MHz de subida y 10 MHz de bajada

Sub Banda B Up link de Terminal Moacutevil a Nodo B

Portadora 2375 MHz

625 KHzGuarda

5 MHz

625 KHzGuarda

915 MHz

Portadora 1375 MHz

625 KHzGuarda

625 KHzGuarda

5 MHz

905 MHz 910 MHz

Sub Banda B Down link de Nodo B a Terminal Moacutevil

Figura 4 Banda de frecuencias 900 MHz

5112 Clasificacioacuten de los entornos

El alcance de la celda variacutea de acuerdo con el tipo de aacuterea cubierta urbano denso urbano suburbano o rural Los criterios para clasificar el aacuterea servida por las celdas son los que se muestran en la tabla 2

Tabla 2 Definicioacuten de entornos

Entorno Descripcioacuten

Urbano denso Aacutereas interiores del periacutemetro urbano muy poca vegetacioacuten alta

densidad de edificios calles angostas

Urbano Aacutereas interiores del periacutemetro urbano poca vegetacioacuten densidad

de edificios casas juntas calles poco anchas

Suburbano Aacutereas exteriores del periacutemetro urbano muy poca densidad de

edificios casas con jardines barrios residenciales

Rural Campo abierto con casas aisladas terrenos agriacutecolas y poblaciones

rurales

Seguacuten la definicioacuten de las caracteriacutesticas geograacuteficas de los entornos [2] se obtiene informacioacuten uacutetil sobre la propagacioacuten que tendraacute la sentildeal de acuerdo con su entorno y que se refleja directamente en la cobertura de la celda

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 147

512 Definicioacuten de servicios

Para dar soporte a diferentes clases de servicios los estaacutendares 3G han definido cuatro clases de traacutefico de usuario La tabla abajo muestra un resumen de estas clases

5121 Conversacional

Esta clase se refiere a traacutefico de tiempo real con ancho de banda constante muy sensible al retardo y a la variacioacuten del retardo (jitter) y tiacutepicamente simeacutetrico Las aplicaciones tiacutepicas son la telefoniacutea la videoconferencia VoIP

5122 Streaming

Se refiere a traacutefico de tiempo real con ancho de banda constante sensible al retardo y medianamente sensible al jitter tiacutepicamente unidireccional Las aplicaciones tiacutepicas son el streaming de audio (por ejemplo radio a traveacutes de la red) de video (televisioacuten a traveacutes de la red) y de muacutesica (muacutesica en vivo a traveacutes de la red)

5123 Interactivo

Se refiere a traacutefico de tiempo no real con ancho de banda variable no es sensible al retardo ni al jitter sin embargo requiere un ancho de banda miacutenimo para operar eficientemente Aplicaciones de este tipo son los juegos interactivos online la navegacioacuten Web etc

5124 Background

Se refiere al traacutefico sin calidad de servicio que utiliza el ancho de banda remanente no es sensible al retardo o jitter Tiacutepicamente se asocia a las aplicaciones de mensajeriacutea transferencia de archivos etc

513 Estudio de demanda

El meacutetodo utilizado para estimar la demanda fue el de la curva logiacutestica que es un modelo matemaacutetico usado para expresar la maduracioacuten de un servicio en la poblacioacuten cuya expresioacuten matemaacutetica es la siguiente

( )01ttk

e

Sminusminus+

=ρ (ec 1)

Donde ρ es la penetracioacuten del servicio en abonados por 100 habitantes t es el

tiempo en antildeos S k y t0 son constantes El valor de S se obtiene como el liacutemite de cuando el tiempo t tiende a infinito Este valor es conocido como la penetracioacuten de saturacioacuten Para calcular las constantes k y t0 se requieren dos puntos adicionales Los puntos elegidos fueron el antildeo actual y el antildeo 10 cuando se supone que la penetracioacuten llegaraacute al 60 de la saturacioacuten

La siguiente figura muestra el comportamiento hipoteacutetico que tendraacute la penetracioacuten de los servicios en el futuro

148 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 5 Curva logiacutestica

514 Aspectos de hardware

Los terminales moacuteviles estaacuten cambiando notablemente con la funcioacuten de adaptarse a los nuevos contenidos y servicios asiacute como preparar al usuario a utilizar el moacutevil no solo para realizar llamadas telefoacutenicas sino para otros servicios como multimedia

Los terminales ofertados a los usuarios estaacuten clasificados de acuerdo con sus necesidades o preferencias presentes y futuras que pueden ser englobadas en las siguientes cuatro categoriacuteas [4]

bull Todo en uno (Clase 3-2) Son terminales que poseen todas las funcionalidades posibles actuales y que permiten consultar cualquier contenido y las aplicaciones definidas actualmente

bull Enfocados a las aplicaciones (Clase 3-4) Son dispositivos que permiten cualquier tipo de aplicacioacuten pero estaacuten enfocados en cierto tipo de aplicaciones tales como juegos o mensajeriacutea

bull Modulares (Clase 2-1) Son dispositivos que permiten al usuario particularizar su dispositivo con funcionalidades de hardware Estas funcionalidades incluyen puertos USB tarjetas de memoria etc

bull Descentralizados Son dispositivos que combinan una serie de elementos descentralizados y que se conectan entre siacute para disponer de distintas funcionalidades

En la tabla 3 se definen cuatro clases de potencias para los terminales con sus respectivos valores nominales y tolerancias

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 149

Tabla 3 Potencias de los UE seguacuten clase

Clase Potencia nominal Tolerancia

Clase 1 33 dBm (2 W) +1minus3 dB Clase 2 27 dBm (05 W) +1minus3 dB Clase 3 24 dBm (025 W) +1minus3 dB Clase 4 21 dBm (0125 W) +2minus2 dB

52 Presupuesto del enlace o link budget

Dentro de la planificacioacuten de la UTRAN para UMTS es necesario realizar un balance de potencias o link budget para asiacute poder determinar el maacuteximo radio de la celda En el link budget paraacutemetros como la ganancia de la antena peacuterdidas por cables ganancias por diversidad maacutergenes de desvanecimiento y otros son tomados en cuenta

El resultado de los caacutelculos realizados para link budget es la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto permitida (maximum allowed propagation path loss) que es un valor imprescindible para poder determinar el radio de celda y por ende el nuacutemero de sitios necesarios

MAPL = ERP minus Rxsens + Rxgain+loss + Propagationgain+loss (ec 2)

A diferencia del link budget de tecnologiacuteas basadas en TDMAFDMA y GSM existen algunos paraacutemetros que son especiacuteficos para WCDMA como el margen de interferencia el margen de desvanecimiento raacutepido y la ganancia por soft handover

521 Nivel de sensibilidad de recepcioacuten

El nivel de sensibilidad de recepcioacuten es principalmente limitado por el ruido teacutermico La densidad de potencia teacutermica espectral N normalizada a 1 Hz de ancho de banda se define mediante la siguiente ecuacioacuten [2]

HzdBmNo

dBNo

mWKNo

TkNo

174

601986624

)110381log(10())293log(10(

23

=minus=

+=

=minus

(ec 3)

Donde k= 138 10-23 [WsK] constante de Boltzman

T= 293 K temperatura del conductor

La potencia total de ruido teacutermico N en el detector estaacute limitada por el filtro del ancho de banda Para UMTS el filtro de ancho de banda de chips W es aproximadamente igual a la ocupacioacuten de la frecuencia de enmascarado de coacutedigos (scrambling codes) igual a 384 MHz Asiacute la potencia de ruido teacutermico es igual a

150 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

15108

)843log(10()0174(

dBmN

MHzHzdBmN

WNoN

minus=+minus=

= (ec 4)

La sensibilidad del receptor consiste en el nivel de ruido sobre una sola portadora donde se define la relacioacuten sentildeal-ruido (SNR) en el receptor La sensibilidad contiene la ganancia de procesamiento y las peacuterdidas debido a la carga es decir la carga usada por los diferentes servicios montados sobre una portadora WCDMA

WNSNRS O = (ec 5)

Donde )1(

ηminus

=W

R

NE

SNRo

b

El miacutenimo nivel de sentildeal recibido apto para la demodulacioacuten exitosa se basa en la cantidad de energiacutea recibida y si esta energiacutea estaacute suficientemente por encima del ruido y la interferencia generada por el ruido teacutermico y el de los otros usuarios La sensibilidad puede ser calculada por la siguiente foacutermula

GPNo

EbNadSensibilid sdotsdot= (ec 6)

Donde GP Ganancia de procesamiento

)843(10 RkbpsMchipsLogGP sdot=

Tabla 4 Caacutelculo de la sensibilidad en el balance de potencias

Datos del receptor 122 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

NB UE NB UE NB UE NB UE

Ganancia por diversidad de la antena

RX [dB] 200 200 200 200 200 200 200 200

Ganancia de la antena RX [dBi]

1800 100 1800 100 1800 100 1800 100

Peacuterdida por cables [dB] 300 000 000 000 300 000 300 000

Densidad de ruido teacutermico [dBmHz]

-17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400

Figura de ruido del receptor [dB]

212 000 112 000 212 000 212 000

Potencia de ruido del receptor [dBm]

-10604 -10816 -10704 -10816 -10604 -10816 -10604 -10816

EbNo Requerido [dB] 220 080 220 080 220 080 220 080

Tasa de datos [Kbps] 1220 1220 6400 6400 14400 14400 38400 38400

Nivel de sensibilidad

del receptor[dBm] -12521 -12803 -12152 -12443 -11809 -12161 -11394 -11715

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 151

522 Consideraciones en WCDMA para HSDPA

Para el despliegue de HSDPA es necesario contar como base con el Release 99 de UMTS ya que al constituirse en una mejora y un aprovechamiento de la interfaz de aire de UMTS HSDPA hace uso de todos los canales ya definidos para el Release 99

A pesar que HSDPA es una caracteriacutestica del downlink existen efectos adicionales en el uplink El canal de subida HS-PDCCH que provee una retroalimentacioacuten a la red desde la estacioacuten moacutevil debe ser tomado en cuenta La interferencia adicional no es contemplada por EbNo y por ello cierta potencia de transmisioacuten del moacutevil debe ser reservada para este traacutefico

Otro margen adicional que debe ser tomado en cuenta viene a raiacutez de que el control de potencia para HS-DPCCH no es oacuteptimo para los usuarios HSDPA que se encuentren ejerciendo soft handover

El principal impacto de la introduccioacuten de HSDPA se encuentra en la direccioacuten del downlink La potencia adicional necesaria para las transmisiones HSDPA necesita ser definida de manera que auacuten pueda disponerse de los canales DCH

WCDMA en el Release 99 tiacutepicamente usaba EbNo para denotar la recepcioacuten de energiacutea por bit recibido por razoacuten de ruido El EbNo corresponde uacutenicamente a un bloque de error (BLER) para una cierta tasa donde el uacutenico paraacutemetro de adaptacioacuten es la ganancia de esparcimiento Sin embargo la medida de EbNo no es una medida atractiva para HSDPA debido a que la tasa de datos en HS-DSCH variacutea en cada intervalo de transmisioacuten (TTI) usando diferentes esquemas de modulacioacuten codificacioacuten y un cierto nuacutemero de HS-PDSCH Por ello es necesario definir la relacioacuten promedio sentildeal-interferencia maacutes ruido en HSDSCH (SINR)

+minussdotsdot=

GP

PSFSINR

TOT

HSDPA

11

16

α (ec 7)

Donde SF16 es el factor de ensanchado de HS-PDSCH es el factor de ortogonalidad y otro paraacutemetro comuacutenmente usado es la relacioacuten misma celda vs otras celdas maacutes ruido de interferencia o factor de geometriacutea La 3GPP recomienda que para un entorno macrocelular SINR oscile entre valores de -5dB y -3dB Se debe notar que el SINR HS-DSCH es independiente del nuacutemero de coacutedigos HS-PDSCH usados el esquema de modulacioacuten y la tasa de codificacioacuten

Para el proceso de dimensionamiento del enlace downlink HSDPA se debe encontrar la relacioacuten entre el throughput promedio y la relacioacuten SINR promedio Extendidas las simulaciones a nivel del enlace y de acuerdo con las especificaciones de la 3GPP se consigue determinar una relacioacuten que involucre ambos valores

142100476000390][ 2 +sdot+sdot= SINRSINRMbpsThr dBSINRdB 205 leleminus (ec 8)

Donde Thr representa la carga que genera un usuario con un cierto SINR o la carga combinada de la celda de varios usuarios teniendo como promedio el mismo SNR

152 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 5 Consideraciones para HSDPA

LINK BUDGET HSDPA Caracteriacutesticas teacutecnicas

UL DL Frecuencia [MHz] 900

Transmisor UE NB Potencia para canales HS-DSCH 80

Potencia maacutexima de transmisioacuten 013 300 Tasa de datos uplink [Kbps] 64

Potencia HS-DSCH - 240 Tasa de datos downlink [Kbps] 512

Pot maacutex de transmisioacuten [dBm] 210 438 Factor sobre venta en el uplink 4

Ganancia de la antena [dBi] 20 180 Factor sobre venta en el downlink 8

Cable loss including MHA intersection loss

[dB] 00 30 Carga del uplink 50

EIRP [dBm] 230 588 Carga del downlink 70

Por datos estrateacutegicos en la empresa se definioacute que la vel miacutenima para HSDPA sea 512 Kbps

523 Margen de interferencia

El factor limitante para el desempentildeo y la capacidad de un Nodo B es la recepcioacuten total de interferencia TOTALI La interferencia consiste de dos partes ownI e otherI

como tambieacuten la interferencia de otros sistemas sistemasOtrosI _ y el ruido teacutermico N

NIIII systemsotheotherownTOTAL +++= _

bull Iown Es causada por la interferencia de los mismos usuarios dentro de una celda

bull Iother Es causada por usuarios de otras celdas junto a las estaciones base que los estaacuten atendiendo

bull systemsotherI _ Viene de diferentes sistemas canales adyacentes o fugas

de potencias de otras tecnologiacuteas

Estos conceptos ayudan a definir la relacioacuten i ndash factor

own

other

I

Ii =

Se define como i ndash factor la relacioacuten existente entre la interferencia generada por las otras celdas sobre la interferencia generada por la misma celda El valor i-factor depende del entorno de propagacioacuten aacutereas de solapamiento de las celdas nuacutemero de sectores en el Nodo B intensidad de traacutefico y su distribucioacuten y distancia a las celdas servidoras o celdas que interfieren

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 153

Tabla 6 Valores tiacutepicos de factor i

Microcelda Macrocelda

Omnidireccional Omnidireccional 2 Sectores 3 Sectores 4 sectores 6 Sectores 025lt055 045 055 065 075 085

El margen de interferencia en la celda se define como el total de interferencia sobre el ruido teacutermico

N

I

IMTOTAL

=

Este paraacutemetro limita la sensibilidad de recepcioacuten por lo tanto es importante considerarlo para poder estimar la cobertura Para el propoacutesito de disentildeo y caacutelculo del balance de potencias el IM es expresado como incremento de ruido o noise rise

)log(10 IMNR =

El NR representa la porcioacuten total de potencia recibida en dB Tiacutepicamente este valor debe ir de 2 - 4 [dB] para celdas limitadas en cobertura y de 4 ndash 7 [dB] para celdas limitadas por capacidad [2]

El margen de interferencia es el uacutenico paraacutemetro tomado en cuenta en balance de potencias que viene a estar relacionado directamente con la carga de la celda

El NR tambieacuten puede ser expresado en cuanto a la carga

)1

1log(10

ηminus=NR

El noise rise va a limitar la maacutexima peacuterdida de trayecto entre el moacutevil y el Nodo B Si la carga se aproxima a 100 el NR tiende a infinito por ello el radio de celda se hace cero y el sistema inestable

Es necesario definir el porcentaje de carga de la celda ya que este describiraacute cuaacutenta interferencia es generada en la celda Haciendo el estudio para el uplink cuando ULη se

aproxima a 1 el noise rise generado tiende a infinito y el sistema llega a su capacidad maacutexima e inestable

Seguacuten [1] para una red que se encuentra en la fase inicial de despliegue es recomendable adoptar un porcentaje de carga en el uplink igual a 50-60 Haciendo uso de Matlab se simuloacute el comportamiento de la carga de la celda para diferentes tasas de datos

154 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 6 Nivel de interferencia uplink

En el graacutefico obtenido mediante la simulacioacuten en vez de mostrar los usuarios simultaacuteneos se muestra el caudal de traacutefico o throughput en Kbps

En el caso del enlace descendente el comportamiento es similar soacutelo los paraacutemetros de entrada difieren ligeramente

En comparacioacuten con la ecuacioacuten de carga del uplink el paraacutemetro de suma importancia es el factor de ortogonalidad α UMTS hace uso de coacutedigos de ortogonalidad en el enlace descendente para separar y diferenciar a los usuarios unos de otros La ortogonalidad de 1 corresponde a usuarios perfectamente ortogonales Tiacutepicamente estos valores estaacuten entre 04 y 05 en canales de multitrayecto [2]

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 155

Figura 7 Nivel de interferencia downlink

Para una red UMTS seguacuten [2] en dimensionamiento se recomienda adoptar una carga en el downlink igual a 70-80 Desde un punto de vista praacutectico y experiencia de trabajo con redes 3G dentro un escenario de despliegue real en Bolivia se pudo corroborar que dentro la planificacioacuten y disentildeo de redes UMTS Huawei un fabricante de equipos de telecomunicaciones realiza el dimensionamiento de red considerando un factor de carga igual a 75

Requerimientos de la empresa

Tasa de datos [Kbps] 122 32 64 144 384

Frecuencia [MHz] 900 900 900 900 900

Carga del uplink 50 50 50 50 50

Carga del downlink 70 70 70 70 70

Altura Nodo B [m] 30 30 30 30 30

Altura terminal moacutevil [m] 15 15 15 15 15

524 Caacutelculo de la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto permitida

Haciendo uso de todos los paraacutemetros ya detallados se determina la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto seguacuten diferentes tasas de velocidad y para diferentes entornos Como ejemplo se muestra el caacutelculo de diferentes tasas de velocidad para un entorno urbano denso Se determinan las maacuteximas peacuterdidas de trayecto permitidas tanto para interiores como para exteriores

156 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 7 Caacutelculo del link budget para diferentes velocidades en un entorno urbano

denso

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 157

53 Modelos de propagacioacuten y radio de celda

Las predicciones de los niveles de sentildeal y cobertura son de gran importancia al momento de planificar una red de telefoniacutea moacutevil

Adoptar un modelo de propagacioacuten ayuda a predecir el valor medio de sentildeal o las peacuterdidas generadas en la trayectoria entre un transmisor y un receptor seguacuten la distancia y otros factores que contribuyen a la peacuterdida de trayecto como el perfil del terreno presencia de edificaciones u obstaacuteculos alturas de las antenas transmisoras y receptoras frecuencia de operacioacuten etc

El modelo COST 231 Walfisch-Ikegami es ampliamente usado en modelos empiacutericos de caacutelculo de propagacioacuten [3] Este modelo ha sido adoptado como estaacutendar para sistemas 3G IMT2000UMTS Para determinar los radios de coberturas de las celdas se debe considerar la direccioacuten del enlace el tipo de entorno y la velocidad de transferencia que permitan una menor peacuterdida de trayecto

UMTS depende del intercambio de capacidad y cobertura Estas variables estaacuten descritas por el comportamiento del enlace de subida y de bajada conforme a la peacuterdida de camino que generan y la carga que soportan respectivamente

Con el fin de estudiar este fenoacutemeno se simulo el comportamiento del balance de potencias tanto en el uplink como en el downlink tomando como variable de entrada la carga que soportan provista por las ecuaciones de carga ηUL y ηDL

Figura 8 Intercambio de la capacidad y la cobertura

Como el alcance de la celda estaacute limitado sobre todo por el enlace de subida terminal moacutevil a Nodo B debido a las restricciones que tiene el transmisor en cuanto a potencia tamantildeo de antena y a las interferencias de las sentildeales provenientes de los otros terminales hacia el receptor Nodo B el caacutelculo del enlace realizado se limita al enlace de subida uplink budget

158 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 8 MAPL limitado por el enlace ascendente

URBANO

DENSO

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

MAPL 16238 18282 1638 18203 1635 18324 1636 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1568 17503 1565 17624 1566 17518 1557 17197

MAPL indoor 14538 15582 1468 15503 1465 15624 1464 15518 1457 15197

URBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14618 15982 1468 15903 147 16024 1472 16018 14726 15697

SUBURBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14738 15982 1478 15903 1475 16024 1476 16518 1477 16197

531 Caacutelculo del radio de celda por entorno

Aplicando el modelo de propagacioacuten seleccionado se definen los radios de cobertura de las celdas

msdrtsbf LLLL ++=

minus

+minus+++∆+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stottrtsbf dff

dhLLL

minus

+minus+++minus+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stotrftrtsbf dff

dhhLLL

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

)log(

)log(9)log(925

704)log(1854)1log(18)log(20)log(20432

+

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus=

minus

+minus+++minus+minus+sdot+sdot+=

fdff

hhLL

d

dff

dhhLfdL

srftrts

tot

stotrftrtstot

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

10 +

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus

=

fdff

hhLL

tot

srftrts

d

Como el enlace que limita la cobertura es el uplink se hace uso de la MAPL indoor para determinar el radio de cobertura

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 159

De acuerdo con los resultados obtenidos de los radios de cobertura de las celdas se definieron algunos sitios tentativos para la ubicacioacuten de los nodos b ya que COMTECO es propietaria de dichos sitios

Tabla 9 Resumen de radios de coberturas para diferentes entornos

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

Sitio UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

UD

1 Sucre 2060 3877 2245 3697 2205 3978 2191 3730 2098 3071

2 Centro 2243 4223 2302 4026 2260 4333 2260 4063 2244 3345

U

3 Muyurina 2571 5876 2670 5602 2703 6028 2736 6006 2742 4944

4 Sur 2687 6139 2790 5853 2824 6299 2858 6275 2865 5166

SU 5 Temporal 4129 8774 4236 8365 4160 9002 4185 12142 4205 9996

SU 6 V Bush Sur 3129 7507 3210 7157 3153 7701 3172 10388 3187 8552

SU 7 Pacata 4001 8502 4105 8106 4031 8723 4056 11766 4075 9686

SU 8 Zofraco 5264 8262 5400 7877 5303 8476 5335 11433 5361 9412

SU 9 Pucara 3361 6308 3449 6014 3386 6472 3407 8729 3424 7186

SU 10 Sacaba 2542 5401 2608 5149 2561 5541 2576 7474 2589 6153

U 11 Quillacollo 2333 5597 2467 5336 2351 5742 2365 7745 2376 6376

SU 12 Florida Sur 2969 6308 3045 6014 2991 6472 3009 8729 3023 7186

SU 13 Pintildeami 2983 5965 3060 5687 3005 6120 3023 8255 3038 6796

SU 14 Tiquipaya 3183 5973 3265 5695 3207 6128 3226 8266 3242 6805

SU 15 Feria 3272 6139 2797 5853 3296 6299 3316 8496 3332 6994

SU 16 Valle Hermoso 3227 6857 3311 6538 3251 6702 3271 9489 3287 7812

Seguacuten el entorno se determinoacute que el radio de cobertura de la celda sea el menor permitido de entre todos los diferentes servicios ofertados Para determinar el radio de cobertura de HSDPA se debe considerar que eacuteste variariacutea constantemente dependiendo de las condiciones del canal radio y de su esquema de modulacioacuten las mayores velocidades de transferencia son alcanzadas cuando el UE estaacute maacutes proacuteximo al Nodo B [1]

160 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 9 Modulaciones en UMTSHSDPA

Figura 10 Variacioacuten radio de cobertura HSDPA

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 161

Para clasificar los entornos existentes en el proyecto no es suficiente catalogarlos seguacuten sus caracteriacutesticas geograacuteficas sino maacutes bien tomar en cuenta la densidad de usuarios potenciales que existan en ellos Considerando que en Cochabamba no existe una fuente de informacioacuten que refleje la cantidad de usuarios de servicios de telecomunicaciones distribuidos por zonas se hizo una analogiacutea con el reporte de traacutefico generado por las estaciones base de un operador de telefoniacutea moacutevil del departamento

Asiacute se obtiene los porcentajes de concentracioacuten de usuarios potenciales por entorno urbano denso urbano y suburbano Estos porcentajes fueron adoptados en el disentildeo para distribuir la demanda en los diferentes entornos por provincia

Tabla 10 Distribucioacuten de la demanda

Entorno Densidad 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

CERCADO

URBANO

DENSO 34 5818 11167 15556 18911 21487 23594 25466 2725 29031 3086 32389

URBANO 27 4621 8868 12353 15018 17063 18736 20223 21639 23054 24506 25721

SUBURBANO 39 6674 12809 17844 21693 24647 27064 29211 31257 33301 35398 37152

SACABA

SUBURBANO 100 4655 10234 16778 23398 2918 33717 37363 41143 44905 4901 52497

QUILLACOLLO

URBANO 52 4825 10408 1682 23401 2936 347 39812 45081 50761 57007 62596

SUBURBANO 48 4453 9608 15526 216 27102 32031 36749 41614 46856 52621 57781

54 Caacutelculo del traacutefico por celda

Para calcular el balance de potencias se consideroacute un porcentaje de carga igual a 50 en el uplink y 70 en el downlink

Como se vio en los apartados anteriores en UMTS el enlace descendente es el que limita la capacidad de la celda debido a que el Nodo B debe compartir la potencia entre todos los usuarios que se conectan a la red en la respectiva celda que atiende el Nodo B

Para dimensionar la carga de la celda se hizo uso de Matlab en el que se desarrolloacute un simulador de modelo de traacutefico derivado de las ecuaciones de carga en el downlink Siguiendo la metodologiacutea de planificacioacuten de radio se debe llegar a un equilibrio entre la cobertura y la capacidad mediante la validacioacuten del radio de cobertura ya establecido y otro conforme a un anaacutelisis de carga de la celda

En este apartado se determinaraacute la carga real de la celda seguacuten una cierta penetracioacuten de servicios recomendada por la UIT para redes 3G en Latinoameacuterica y dicha carga real determinaraacute la nueva MAPL de la celda

162 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Penetracioacuten de Servicios

Servicio de videollamadas

32 kbps

Servicio de datos

64 kbps

Servicio de datos

144 kbps

Servicio de datos

384 kbps

Servicio de voz

15 kbps

η1 η2 η3 η4 η5

N1 Usuarios

N2 Usuarios

N 3 Usuarios

N4 Usuarios

N 5 Usuarios

NR1 NR2 NR3 NR4 NR4+ + + +

NRtotal

Carga 1 [ kbps]

Carga 2 [kbps]

Carga 3 [kbps]

Carga 4 [ kbps]

Carga 5 [kbps]

Cargatotal

[kbps]

η

minus+=

vRNoEb

W

i

NulNumDL

)()1( α

sum=

+minus=N

j

iaRjW

jNo

EbvjNdl

1

])1[(

)(

)1

1(log10 10

NdlNR

minus=

)1( BLERRNThroughput minus=+ + + +

sum

sum

Figura 11 Planificacioacuten de capacidad

541 Traacutefico generado por usuario

Para estimar el traacutefico de voz que genera cada usuario se adoptoacute los reportes anuales de un operador de telefoniacutea moacutevil sobre la cantidad de minutos promedio que usa un cliente por mes (Minutes of Use)

diacuteaerdiacuteara lacioacutenlacioacutenMoUmensualTraacutefico

picohoraTraacutefico _int_int ReRe602430

)_(___ =

Donde

diacutearalacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado en la hora pico y el resto de horas del

diacutea

diacuteaerlacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado el diacutea pico y el resto de diacuteas del mes

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 163

El traacutefico generado por videollamadas fue adoptado de valores recomendados por [3] El traacutefico de datos generado por los usuarios fue calculado a partir del tiempo promedio de visita a portales moacuteviles

En la primera fase del proyecto se hizo la simulacioacuten del modelo de traacutefico con los valores de penetracioacuten correspondientes a ese periodo Para describir los caacutelculos realizados se tomaraacute como ejemplo los resultados de una celda de dos sectores

Tabla 11 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 1)

El modelo desarrollado determina la carga en kbps por servicio de acuerdo con una penetracioacuten de entrada y por ende la capacidad total de la celda Seguacuten esa carga es posible determinar los canales simultaacuteneos por usuario Los canales simultaacuteneos generan un cierto nivel de interferencia en toda la celda y por tanto determinan el porcentaje de carga total de la celda

En la primera fase se genera un nivel de carga de 7318 que es muy proacuteximo al valor teoacuterico adoptado en el inicio del dimensionamiento igual a 70 considerado para el caacutelculo de balance de potencias En la segunda fase del proyecto se espera una mayor penetracioacuten de los servicios y un mayor nivel de interferencia en la celda

En la segunda fase del proyecto se hizo la simulacioacuten con mayores niveles de penetracioacuten de donde se obtuvo un nivel de interferencia mayor que en la primera fase Este nivel de interferencia proporciona la carga total de la celda (8747) que si bien es mayor todaviacutea no llegoacute a la unidad y asiacute a la capacidad maacutexima de la celda

164 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 12 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 2)

De acuerdo con el porcentaje de carga real en el downlink determinado desde el punto de vista de capacidad del Nodo B se procedioacute a determinar la variabilidad del radio de cobertura con los nuevos valores de carga

Tabla 13 Variabilidad del radio de celda

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 165

Seguacuten los nuevos valores de los radios de cobertura obtenidos se puede apreciar que no existe una cuantiosa reduccioacuten en el radio de celda Por tanto se puede afinar que se llegoacute al balance entre cobertura y capacidad

Figura 12 Variacioacuten del radio de cobertura conforme al equilibrio entre la cobertura y capacidad

6 Conclusiones

En este trabajo de investigacioacuten se ha abordado el dimensionamiento de la red de acceso radio UTRAN con el objetivo fundamental de optimizar los recursos de transmisioacuten y soporte de QoS Tambieacuten se ha analizado los principales paraacutemetros y alternativas de disentildeo a considerar en un escenario de despliegue real para COMTECO

A lo largo del anaacutelisis se ha puesto de manifiesto la extraordinaria complejidad asociada con el dimensionamiento de UTRAN Asiacute se dio lugar al presente trabajo para solucionar el problema desde un enfoque analiacutetico asegurando el equilibrio entre la cobertura y capacidad Empero se consideroacute necesario para la fase de implantacioacuten del proyecto que se validen los resultados obtenidos mediante el uso de herramientas especiacuteficas de planificacioacuten y optimizacioacuten de redes 3G propias del fabricante En la misma liacutenea se consideroacute acometer un estudio maacutes exhaustivo del impacto que puedan tener los mecanismos de gestioacuten de traacutefico y gestioacuten de recursos de radio

Referencias

[1] Holma H y A Toskala 2007 WCDMA for UMTS-HSPA Evolution and LTE

John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[2] Nawrocki M M Dohler y H Aghvanmi 2006 Understanding UMTS Radio

Network Modelling Planning and Automated Optimization Theory and Practice John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

166 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

[3] Wacker A J Laiho y T Novosad 2006 Radio Network Planning and

Optimization for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[4] Chevallier C 2006 WCDMA (UMTS) Deployment Handbook Planning and

Optimization Aspects John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[5] Holma H y A Toskala 2006 HSDPAHSUPA for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 147

512 Definicioacuten de servicios

Para dar soporte a diferentes clases de servicios los estaacutendares 3G han definido cuatro clases de traacutefico de usuario La tabla abajo muestra un resumen de estas clases

5121 Conversacional

Esta clase se refiere a traacutefico de tiempo real con ancho de banda constante muy sensible al retardo y a la variacioacuten del retardo (jitter) y tiacutepicamente simeacutetrico Las aplicaciones tiacutepicas son la telefoniacutea la videoconferencia VoIP

5122 Streaming

Se refiere a traacutefico de tiempo real con ancho de banda constante sensible al retardo y medianamente sensible al jitter tiacutepicamente unidireccional Las aplicaciones tiacutepicas son el streaming de audio (por ejemplo radio a traveacutes de la red) de video (televisioacuten a traveacutes de la red) y de muacutesica (muacutesica en vivo a traveacutes de la red)

5123 Interactivo

Se refiere a traacutefico de tiempo no real con ancho de banda variable no es sensible al retardo ni al jitter sin embargo requiere un ancho de banda miacutenimo para operar eficientemente Aplicaciones de este tipo son los juegos interactivos online la navegacioacuten Web etc

5124 Background

Se refiere al traacutefico sin calidad de servicio que utiliza el ancho de banda remanente no es sensible al retardo o jitter Tiacutepicamente se asocia a las aplicaciones de mensajeriacutea transferencia de archivos etc

513 Estudio de demanda

El meacutetodo utilizado para estimar la demanda fue el de la curva logiacutestica que es un modelo matemaacutetico usado para expresar la maduracioacuten de un servicio en la poblacioacuten cuya expresioacuten matemaacutetica es la siguiente

( )01ttk

e

Sminusminus+

=ρ (ec 1)

Donde ρ es la penetracioacuten del servicio en abonados por 100 habitantes t es el

tiempo en antildeos S k y t0 son constantes El valor de S se obtiene como el liacutemite de cuando el tiempo t tiende a infinito Este valor es conocido como la penetracioacuten de saturacioacuten Para calcular las constantes k y t0 se requieren dos puntos adicionales Los puntos elegidos fueron el antildeo actual y el antildeo 10 cuando se supone que la penetracioacuten llegaraacute al 60 de la saturacioacuten

La siguiente figura muestra el comportamiento hipoteacutetico que tendraacute la penetracioacuten de los servicios en el futuro

148 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 5 Curva logiacutestica

514 Aspectos de hardware

Los terminales moacuteviles estaacuten cambiando notablemente con la funcioacuten de adaptarse a los nuevos contenidos y servicios asiacute como preparar al usuario a utilizar el moacutevil no solo para realizar llamadas telefoacutenicas sino para otros servicios como multimedia

Los terminales ofertados a los usuarios estaacuten clasificados de acuerdo con sus necesidades o preferencias presentes y futuras que pueden ser englobadas en las siguientes cuatro categoriacuteas [4]

bull Todo en uno (Clase 3-2) Son terminales que poseen todas las funcionalidades posibles actuales y que permiten consultar cualquier contenido y las aplicaciones definidas actualmente

bull Enfocados a las aplicaciones (Clase 3-4) Son dispositivos que permiten cualquier tipo de aplicacioacuten pero estaacuten enfocados en cierto tipo de aplicaciones tales como juegos o mensajeriacutea

bull Modulares (Clase 2-1) Son dispositivos que permiten al usuario particularizar su dispositivo con funcionalidades de hardware Estas funcionalidades incluyen puertos USB tarjetas de memoria etc

bull Descentralizados Son dispositivos que combinan una serie de elementos descentralizados y que se conectan entre siacute para disponer de distintas funcionalidades

En la tabla 3 se definen cuatro clases de potencias para los terminales con sus respectivos valores nominales y tolerancias

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 149

Tabla 3 Potencias de los UE seguacuten clase

Clase Potencia nominal Tolerancia

Clase 1 33 dBm (2 W) +1minus3 dB Clase 2 27 dBm (05 W) +1minus3 dB Clase 3 24 dBm (025 W) +1minus3 dB Clase 4 21 dBm (0125 W) +2minus2 dB

52 Presupuesto del enlace o link budget

Dentro de la planificacioacuten de la UTRAN para UMTS es necesario realizar un balance de potencias o link budget para asiacute poder determinar el maacuteximo radio de la celda En el link budget paraacutemetros como la ganancia de la antena peacuterdidas por cables ganancias por diversidad maacutergenes de desvanecimiento y otros son tomados en cuenta

El resultado de los caacutelculos realizados para link budget es la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto permitida (maximum allowed propagation path loss) que es un valor imprescindible para poder determinar el radio de celda y por ende el nuacutemero de sitios necesarios

MAPL = ERP minus Rxsens + Rxgain+loss + Propagationgain+loss (ec 2)

A diferencia del link budget de tecnologiacuteas basadas en TDMAFDMA y GSM existen algunos paraacutemetros que son especiacuteficos para WCDMA como el margen de interferencia el margen de desvanecimiento raacutepido y la ganancia por soft handover

521 Nivel de sensibilidad de recepcioacuten

El nivel de sensibilidad de recepcioacuten es principalmente limitado por el ruido teacutermico La densidad de potencia teacutermica espectral N normalizada a 1 Hz de ancho de banda se define mediante la siguiente ecuacioacuten [2]

HzdBmNo

dBNo

mWKNo

TkNo

174

601986624

)110381log(10())293log(10(

23

=minus=

+=

=minus

(ec 3)

Donde k= 138 10-23 [WsK] constante de Boltzman

T= 293 K temperatura del conductor

La potencia total de ruido teacutermico N en el detector estaacute limitada por el filtro del ancho de banda Para UMTS el filtro de ancho de banda de chips W es aproximadamente igual a la ocupacioacuten de la frecuencia de enmascarado de coacutedigos (scrambling codes) igual a 384 MHz Asiacute la potencia de ruido teacutermico es igual a

150 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

15108

)843log(10()0174(

dBmN

MHzHzdBmN

WNoN

minus=+minus=

= (ec 4)

La sensibilidad del receptor consiste en el nivel de ruido sobre una sola portadora donde se define la relacioacuten sentildeal-ruido (SNR) en el receptor La sensibilidad contiene la ganancia de procesamiento y las peacuterdidas debido a la carga es decir la carga usada por los diferentes servicios montados sobre una portadora WCDMA

WNSNRS O = (ec 5)

Donde )1(

ηminus

=W

R

NE

SNRo

b

El miacutenimo nivel de sentildeal recibido apto para la demodulacioacuten exitosa se basa en la cantidad de energiacutea recibida y si esta energiacutea estaacute suficientemente por encima del ruido y la interferencia generada por el ruido teacutermico y el de los otros usuarios La sensibilidad puede ser calculada por la siguiente foacutermula

GPNo

EbNadSensibilid sdotsdot= (ec 6)

Donde GP Ganancia de procesamiento

)843(10 RkbpsMchipsLogGP sdot=

Tabla 4 Caacutelculo de la sensibilidad en el balance de potencias

Datos del receptor 122 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

NB UE NB UE NB UE NB UE

Ganancia por diversidad de la antena

RX [dB] 200 200 200 200 200 200 200 200

Ganancia de la antena RX [dBi]

1800 100 1800 100 1800 100 1800 100

Peacuterdida por cables [dB] 300 000 000 000 300 000 300 000

Densidad de ruido teacutermico [dBmHz]

-17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400

Figura de ruido del receptor [dB]

212 000 112 000 212 000 212 000

Potencia de ruido del receptor [dBm]

-10604 -10816 -10704 -10816 -10604 -10816 -10604 -10816

EbNo Requerido [dB] 220 080 220 080 220 080 220 080

Tasa de datos [Kbps] 1220 1220 6400 6400 14400 14400 38400 38400

Nivel de sensibilidad

del receptor[dBm] -12521 -12803 -12152 -12443 -11809 -12161 -11394 -11715

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522 Consideraciones en WCDMA para HSDPA

Para el despliegue de HSDPA es necesario contar como base con el Release 99 de UMTS ya que al constituirse en una mejora y un aprovechamiento de la interfaz de aire de UMTS HSDPA hace uso de todos los canales ya definidos para el Release 99

A pesar que HSDPA es una caracteriacutestica del downlink existen efectos adicionales en el uplink El canal de subida HS-PDCCH que provee una retroalimentacioacuten a la red desde la estacioacuten moacutevil debe ser tomado en cuenta La interferencia adicional no es contemplada por EbNo y por ello cierta potencia de transmisioacuten del moacutevil debe ser reservada para este traacutefico

Otro margen adicional que debe ser tomado en cuenta viene a raiacutez de que el control de potencia para HS-DPCCH no es oacuteptimo para los usuarios HSDPA que se encuentren ejerciendo soft handover

El principal impacto de la introduccioacuten de HSDPA se encuentra en la direccioacuten del downlink La potencia adicional necesaria para las transmisiones HSDPA necesita ser definida de manera que auacuten pueda disponerse de los canales DCH

WCDMA en el Release 99 tiacutepicamente usaba EbNo para denotar la recepcioacuten de energiacutea por bit recibido por razoacuten de ruido El EbNo corresponde uacutenicamente a un bloque de error (BLER) para una cierta tasa donde el uacutenico paraacutemetro de adaptacioacuten es la ganancia de esparcimiento Sin embargo la medida de EbNo no es una medida atractiva para HSDPA debido a que la tasa de datos en HS-DSCH variacutea en cada intervalo de transmisioacuten (TTI) usando diferentes esquemas de modulacioacuten codificacioacuten y un cierto nuacutemero de HS-PDSCH Por ello es necesario definir la relacioacuten promedio sentildeal-interferencia maacutes ruido en HSDSCH (SINR)

+minussdotsdot=

GP

PSFSINR

TOT

HSDPA

11

16

α (ec 7)

Donde SF16 es el factor de ensanchado de HS-PDSCH es el factor de ortogonalidad y otro paraacutemetro comuacutenmente usado es la relacioacuten misma celda vs otras celdas maacutes ruido de interferencia o factor de geometriacutea La 3GPP recomienda que para un entorno macrocelular SINR oscile entre valores de -5dB y -3dB Se debe notar que el SINR HS-DSCH es independiente del nuacutemero de coacutedigos HS-PDSCH usados el esquema de modulacioacuten y la tasa de codificacioacuten

Para el proceso de dimensionamiento del enlace downlink HSDPA se debe encontrar la relacioacuten entre el throughput promedio y la relacioacuten SINR promedio Extendidas las simulaciones a nivel del enlace y de acuerdo con las especificaciones de la 3GPP se consigue determinar una relacioacuten que involucre ambos valores

142100476000390][ 2 +sdot+sdot= SINRSINRMbpsThr dBSINRdB 205 leleminus (ec 8)

Donde Thr representa la carga que genera un usuario con un cierto SINR o la carga combinada de la celda de varios usuarios teniendo como promedio el mismo SNR

152 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 5 Consideraciones para HSDPA

LINK BUDGET HSDPA Caracteriacutesticas teacutecnicas

UL DL Frecuencia [MHz] 900

Transmisor UE NB Potencia para canales HS-DSCH 80

Potencia maacutexima de transmisioacuten 013 300 Tasa de datos uplink [Kbps] 64

Potencia HS-DSCH - 240 Tasa de datos downlink [Kbps] 512

Pot maacutex de transmisioacuten [dBm] 210 438 Factor sobre venta en el uplink 4

Ganancia de la antena [dBi] 20 180 Factor sobre venta en el downlink 8

Cable loss including MHA intersection loss

[dB] 00 30 Carga del uplink 50

EIRP [dBm] 230 588 Carga del downlink 70

Por datos estrateacutegicos en la empresa se definioacute que la vel miacutenima para HSDPA sea 512 Kbps

523 Margen de interferencia

El factor limitante para el desempentildeo y la capacidad de un Nodo B es la recepcioacuten total de interferencia TOTALI La interferencia consiste de dos partes ownI e otherI

como tambieacuten la interferencia de otros sistemas sistemasOtrosI _ y el ruido teacutermico N

NIIII systemsotheotherownTOTAL +++= _

bull Iown Es causada por la interferencia de los mismos usuarios dentro de una celda

bull Iother Es causada por usuarios de otras celdas junto a las estaciones base que los estaacuten atendiendo

bull systemsotherI _ Viene de diferentes sistemas canales adyacentes o fugas

de potencias de otras tecnologiacuteas

Estos conceptos ayudan a definir la relacioacuten i ndash factor

own

other

I

Ii =

Se define como i ndash factor la relacioacuten existente entre la interferencia generada por las otras celdas sobre la interferencia generada por la misma celda El valor i-factor depende del entorno de propagacioacuten aacutereas de solapamiento de las celdas nuacutemero de sectores en el Nodo B intensidad de traacutefico y su distribucioacuten y distancia a las celdas servidoras o celdas que interfieren

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Tabla 6 Valores tiacutepicos de factor i

Microcelda Macrocelda

Omnidireccional Omnidireccional 2 Sectores 3 Sectores 4 sectores 6 Sectores 025lt055 045 055 065 075 085

El margen de interferencia en la celda se define como el total de interferencia sobre el ruido teacutermico

N

I

IMTOTAL

=

Este paraacutemetro limita la sensibilidad de recepcioacuten por lo tanto es importante considerarlo para poder estimar la cobertura Para el propoacutesito de disentildeo y caacutelculo del balance de potencias el IM es expresado como incremento de ruido o noise rise

)log(10 IMNR =

El NR representa la porcioacuten total de potencia recibida en dB Tiacutepicamente este valor debe ir de 2 - 4 [dB] para celdas limitadas en cobertura y de 4 ndash 7 [dB] para celdas limitadas por capacidad [2]

El margen de interferencia es el uacutenico paraacutemetro tomado en cuenta en balance de potencias que viene a estar relacionado directamente con la carga de la celda

El NR tambieacuten puede ser expresado en cuanto a la carga

)1

1log(10

ηminus=NR

El noise rise va a limitar la maacutexima peacuterdida de trayecto entre el moacutevil y el Nodo B Si la carga se aproxima a 100 el NR tiende a infinito por ello el radio de celda se hace cero y el sistema inestable

Es necesario definir el porcentaje de carga de la celda ya que este describiraacute cuaacutenta interferencia es generada en la celda Haciendo el estudio para el uplink cuando ULη se

aproxima a 1 el noise rise generado tiende a infinito y el sistema llega a su capacidad maacutexima e inestable

Seguacuten [1] para una red que se encuentra en la fase inicial de despliegue es recomendable adoptar un porcentaje de carga en el uplink igual a 50-60 Haciendo uso de Matlab se simuloacute el comportamiento de la carga de la celda para diferentes tasas de datos

154 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 6 Nivel de interferencia uplink

En el graacutefico obtenido mediante la simulacioacuten en vez de mostrar los usuarios simultaacuteneos se muestra el caudal de traacutefico o throughput en Kbps

En el caso del enlace descendente el comportamiento es similar soacutelo los paraacutemetros de entrada difieren ligeramente

En comparacioacuten con la ecuacioacuten de carga del uplink el paraacutemetro de suma importancia es el factor de ortogonalidad α UMTS hace uso de coacutedigos de ortogonalidad en el enlace descendente para separar y diferenciar a los usuarios unos de otros La ortogonalidad de 1 corresponde a usuarios perfectamente ortogonales Tiacutepicamente estos valores estaacuten entre 04 y 05 en canales de multitrayecto [2]

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 155

Figura 7 Nivel de interferencia downlink

Para una red UMTS seguacuten [2] en dimensionamiento se recomienda adoptar una carga en el downlink igual a 70-80 Desde un punto de vista praacutectico y experiencia de trabajo con redes 3G dentro un escenario de despliegue real en Bolivia se pudo corroborar que dentro la planificacioacuten y disentildeo de redes UMTS Huawei un fabricante de equipos de telecomunicaciones realiza el dimensionamiento de red considerando un factor de carga igual a 75

Requerimientos de la empresa

Tasa de datos [Kbps] 122 32 64 144 384

Frecuencia [MHz] 900 900 900 900 900

Carga del uplink 50 50 50 50 50

Carga del downlink 70 70 70 70 70

Altura Nodo B [m] 30 30 30 30 30

Altura terminal moacutevil [m] 15 15 15 15 15

524 Caacutelculo de la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto permitida

Haciendo uso de todos los paraacutemetros ya detallados se determina la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto seguacuten diferentes tasas de velocidad y para diferentes entornos Como ejemplo se muestra el caacutelculo de diferentes tasas de velocidad para un entorno urbano denso Se determinan las maacuteximas peacuterdidas de trayecto permitidas tanto para interiores como para exteriores

156 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 7 Caacutelculo del link budget para diferentes velocidades en un entorno urbano

denso

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53 Modelos de propagacioacuten y radio de celda

Las predicciones de los niveles de sentildeal y cobertura son de gran importancia al momento de planificar una red de telefoniacutea moacutevil

Adoptar un modelo de propagacioacuten ayuda a predecir el valor medio de sentildeal o las peacuterdidas generadas en la trayectoria entre un transmisor y un receptor seguacuten la distancia y otros factores que contribuyen a la peacuterdida de trayecto como el perfil del terreno presencia de edificaciones u obstaacuteculos alturas de las antenas transmisoras y receptoras frecuencia de operacioacuten etc

El modelo COST 231 Walfisch-Ikegami es ampliamente usado en modelos empiacutericos de caacutelculo de propagacioacuten [3] Este modelo ha sido adoptado como estaacutendar para sistemas 3G IMT2000UMTS Para determinar los radios de coberturas de las celdas se debe considerar la direccioacuten del enlace el tipo de entorno y la velocidad de transferencia que permitan una menor peacuterdida de trayecto

UMTS depende del intercambio de capacidad y cobertura Estas variables estaacuten descritas por el comportamiento del enlace de subida y de bajada conforme a la peacuterdida de camino que generan y la carga que soportan respectivamente

Con el fin de estudiar este fenoacutemeno se simulo el comportamiento del balance de potencias tanto en el uplink como en el downlink tomando como variable de entrada la carga que soportan provista por las ecuaciones de carga ηUL y ηDL

Figura 8 Intercambio de la capacidad y la cobertura

Como el alcance de la celda estaacute limitado sobre todo por el enlace de subida terminal moacutevil a Nodo B debido a las restricciones que tiene el transmisor en cuanto a potencia tamantildeo de antena y a las interferencias de las sentildeales provenientes de los otros terminales hacia el receptor Nodo B el caacutelculo del enlace realizado se limita al enlace de subida uplink budget

158 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 8 MAPL limitado por el enlace ascendente

URBANO

DENSO

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

MAPL 16238 18282 1638 18203 1635 18324 1636 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1568 17503 1565 17624 1566 17518 1557 17197

MAPL indoor 14538 15582 1468 15503 1465 15624 1464 15518 1457 15197

URBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14618 15982 1468 15903 147 16024 1472 16018 14726 15697

SUBURBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14738 15982 1478 15903 1475 16024 1476 16518 1477 16197

531 Caacutelculo del radio de celda por entorno

Aplicando el modelo de propagacioacuten seleccionado se definen los radios de cobertura de las celdas

msdrtsbf LLLL ++=

minus

+minus+++∆+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stottrtsbf dff

dhLLL

minus

+minus+++minus+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stotrftrtsbf dff

dhhLLL

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

)log(

)log(9)log(925

704)log(1854)1log(18)log(20)log(20432

+

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus=

minus

+minus+++minus+minus+sdot+sdot+=

fdff

hhLL

d

dff

dhhLfdL

srftrts

tot

stotrftrtstot

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

10 +

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus

=

fdff

hhLL

tot

srftrts

d

Como el enlace que limita la cobertura es el uplink se hace uso de la MAPL indoor para determinar el radio de cobertura

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 159

De acuerdo con los resultados obtenidos de los radios de cobertura de las celdas se definieron algunos sitios tentativos para la ubicacioacuten de los nodos b ya que COMTECO es propietaria de dichos sitios

Tabla 9 Resumen de radios de coberturas para diferentes entornos

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

Sitio UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

UD

1 Sucre 2060 3877 2245 3697 2205 3978 2191 3730 2098 3071

2 Centro 2243 4223 2302 4026 2260 4333 2260 4063 2244 3345

U

3 Muyurina 2571 5876 2670 5602 2703 6028 2736 6006 2742 4944

4 Sur 2687 6139 2790 5853 2824 6299 2858 6275 2865 5166

SU 5 Temporal 4129 8774 4236 8365 4160 9002 4185 12142 4205 9996

SU 6 V Bush Sur 3129 7507 3210 7157 3153 7701 3172 10388 3187 8552

SU 7 Pacata 4001 8502 4105 8106 4031 8723 4056 11766 4075 9686

SU 8 Zofraco 5264 8262 5400 7877 5303 8476 5335 11433 5361 9412

SU 9 Pucara 3361 6308 3449 6014 3386 6472 3407 8729 3424 7186

SU 10 Sacaba 2542 5401 2608 5149 2561 5541 2576 7474 2589 6153

U 11 Quillacollo 2333 5597 2467 5336 2351 5742 2365 7745 2376 6376

SU 12 Florida Sur 2969 6308 3045 6014 2991 6472 3009 8729 3023 7186

SU 13 Pintildeami 2983 5965 3060 5687 3005 6120 3023 8255 3038 6796

SU 14 Tiquipaya 3183 5973 3265 5695 3207 6128 3226 8266 3242 6805

SU 15 Feria 3272 6139 2797 5853 3296 6299 3316 8496 3332 6994

SU 16 Valle Hermoso 3227 6857 3311 6538 3251 6702 3271 9489 3287 7812

Seguacuten el entorno se determinoacute que el radio de cobertura de la celda sea el menor permitido de entre todos los diferentes servicios ofertados Para determinar el radio de cobertura de HSDPA se debe considerar que eacuteste variariacutea constantemente dependiendo de las condiciones del canal radio y de su esquema de modulacioacuten las mayores velocidades de transferencia son alcanzadas cuando el UE estaacute maacutes proacuteximo al Nodo B [1]

160 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 9 Modulaciones en UMTSHSDPA

Figura 10 Variacioacuten radio de cobertura HSDPA

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 161

Para clasificar los entornos existentes en el proyecto no es suficiente catalogarlos seguacuten sus caracteriacutesticas geograacuteficas sino maacutes bien tomar en cuenta la densidad de usuarios potenciales que existan en ellos Considerando que en Cochabamba no existe una fuente de informacioacuten que refleje la cantidad de usuarios de servicios de telecomunicaciones distribuidos por zonas se hizo una analogiacutea con el reporte de traacutefico generado por las estaciones base de un operador de telefoniacutea moacutevil del departamento

Asiacute se obtiene los porcentajes de concentracioacuten de usuarios potenciales por entorno urbano denso urbano y suburbano Estos porcentajes fueron adoptados en el disentildeo para distribuir la demanda en los diferentes entornos por provincia

Tabla 10 Distribucioacuten de la demanda

Entorno Densidad 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

CERCADO

URBANO

DENSO 34 5818 11167 15556 18911 21487 23594 25466 2725 29031 3086 32389

URBANO 27 4621 8868 12353 15018 17063 18736 20223 21639 23054 24506 25721

SUBURBANO 39 6674 12809 17844 21693 24647 27064 29211 31257 33301 35398 37152

SACABA

SUBURBANO 100 4655 10234 16778 23398 2918 33717 37363 41143 44905 4901 52497

QUILLACOLLO

URBANO 52 4825 10408 1682 23401 2936 347 39812 45081 50761 57007 62596

SUBURBANO 48 4453 9608 15526 216 27102 32031 36749 41614 46856 52621 57781

54 Caacutelculo del traacutefico por celda

Para calcular el balance de potencias se consideroacute un porcentaje de carga igual a 50 en el uplink y 70 en el downlink

Como se vio en los apartados anteriores en UMTS el enlace descendente es el que limita la capacidad de la celda debido a que el Nodo B debe compartir la potencia entre todos los usuarios que se conectan a la red en la respectiva celda que atiende el Nodo B

Para dimensionar la carga de la celda se hizo uso de Matlab en el que se desarrolloacute un simulador de modelo de traacutefico derivado de las ecuaciones de carga en el downlink Siguiendo la metodologiacutea de planificacioacuten de radio se debe llegar a un equilibrio entre la cobertura y la capacidad mediante la validacioacuten del radio de cobertura ya establecido y otro conforme a un anaacutelisis de carga de la celda

En este apartado se determinaraacute la carga real de la celda seguacuten una cierta penetracioacuten de servicios recomendada por la UIT para redes 3G en Latinoameacuterica y dicha carga real determinaraacute la nueva MAPL de la celda

162 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Penetracioacuten de Servicios

Servicio de videollamadas

32 kbps

Servicio de datos

64 kbps

Servicio de datos

144 kbps

Servicio de datos

384 kbps

Servicio de voz

15 kbps

η1 η2 η3 η4 η5

N1 Usuarios

N2 Usuarios

N 3 Usuarios

N4 Usuarios

N 5 Usuarios

NR1 NR2 NR3 NR4 NR4+ + + +

NRtotal

Carga 1 [ kbps]

Carga 2 [kbps]

Carga 3 [kbps]

Carga 4 [ kbps]

Carga 5 [kbps]

Cargatotal

[kbps]

η

minus+=

vRNoEb

W

i

NulNumDL

)()1( α

sum=

+minus=N

j

iaRjW

jNo

EbvjNdl

1

])1[(

)(

)1

1(log10 10

NdlNR

minus=

)1( BLERRNThroughput minus=+ + + +

sum

sum

Figura 11 Planificacioacuten de capacidad

541 Traacutefico generado por usuario

Para estimar el traacutefico de voz que genera cada usuario se adoptoacute los reportes anuales de un operador de telefoniacutea moacutevil sobre la cantidad de minutos promedio que usa un cliente por mes (Minutes of Use)

diacuteaerdiacuteara lacioacutenlacioacutenMoUmensualTraacutefico

picohoraTraacutefico _int_int ReRe602430

)_(___ =

Donde

diacutearalacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado en la hora pico y el resto de horas del

diacutea

diacuteaerlacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado el diacutea pico y el resto de diacuteas del mes

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 163

El traacutefico generado por videollamadas fue adoptado de valores recomendados por [3] El traacutefico de datos generado por los usuarios fue calculado a partir del tiempo promedio de visita a portales moacuteviles

En la primera fase del proyecto se hizo la simulacioacuten del modelo de traacutefico con los valores de penetracioacuten correspondientes a ese periodo Para describir los caacutelculos realizados se tomaraacute como ejemplo los resultados de una celda de dos sectores

Tabla 11 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 1)

El modelo desarrollado determina la carga en kbps por servicio de acuerdo con una penetracioacuten de entrada y por ende la capacidad total de la celda Seguacuten esa carga es posible determinar los canales simultaacuteneos por usuario Los canales simultaacuteneos generan un cierto nivel de interferencia en toda la celda y por tanto determinan el porcentaje de carga total de la celda

En la primera fase se genera un nivel de carga de 7318 que es muy proacuteximo al valor teoacuterico adoptado en el inicio del dimensionamiento igual a 70 considerado para el caacutelculo de balance de potencias En la segunda fase del proyecto se espera una mayor penetracioacuten de los servicios y un mayor nivel de interferencia en la celda

En la segunda fase del proyecto se hizo la simulacioacuten con mayores niveles de penetracioacuten de donde se obtuvo un nivel de interferencia mayor que en la primera fase Este nivel de interferencia proporciona la carga total de la celda (8747) que si bien es mayor todaviacutea no llegoacute a la unidad y asiacute a la capacidad maacutexima de la celda

164 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 12 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 2)

De acuerdo con el porcentaje de carga real en el downlink determinado desde el punto de vista de capacidad del Nodo B se procedioacute a determinar la variabilidad del radio de cobertura con los nuevos valores de carga

Tabla 13 Variabilidad del radio de celda

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 165

Seguacuten los nuevos valores de los radios de cobertura obtenidos se puede apreciar que no existe una cuantiosa reduccioacuten en el radio de celda Por tanto se puede afinar que se llegoacute al balance entre cobertura y capacidad

Figura 12 Variacioacuten del radio de cobertura conforme al equilibrio entre la cobertura y capacidad

6 Conclusiones

En este trabajo de investigacioacuten se ha abordado el dimensionamiento de la red de acceso radio UTRAN con el objetivo fundamental de optimizar los recursos de transmisioacuten y soporte de QoS Tambieacuten se ha analizado los principales paraacutemetros y alternativas de disentildeo a considerar en un escenario de despliegue real para COMTECO

A lo largo del anaacutelisis se ha puesto de manifiesto la extraordinaria complejidad asociada con el dimensionamiento de UTRAN Asiacute se dio lugar al presente trabajo para solucionar el problema desde un enfoque analiacutetico asegurando el equilibrio entre la cobertura y capacidad Empero se consideroacute necesario para la fase de implantacioacuten del proyecto que se validen los resultados obtenidos mediante el uso de herramientas especiacuteficas de planificacioacuten y optimizacioacuten de redes 3G propias del fabricante En la misma liacutenea se consideroacute acometer un estudio maacutes exhaustivo del impacto que puedan tener los mecanismos de gestioacuten de traacutefico y gestioacuten de recursos de radio

Referencias

[1] Holma H y A Toskala 2007 WCDMA for UMTS-HSPA Evolution and LTE

John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[2] Nawrocki M M Dohler y H Aghvanmi 2006 Understanding UMTS Radio

Network Modelling Planning and Automated Optimization Theory and Practice John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

166 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

[3] Wacker A J Laiho y T Novosad 2006 Radio Network Planning and

Optimization for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[4] Chevallier C 2006 WCDMA (UMTS) Deployment Handbook Planning and

Optimization Aspects John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[5] Holma H y A Toskala 2006 HSDPAHSUPA for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

148 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 5 Curva logiacutestica

514 Aspectos de hardware

Los terminales moacuteviles estaacuten cambiando notablemente con la funcioacuten de adaptarse a los nuevos contenidos y servicios asiacute como preparar al usuario a utilizar el moacutevil no solo para realizar llamadas telefoacutenicas sino para otros servicios como multimedia

Los terminales ofertados a los usuarios estaacuten clasificados de acuerdo con sus necesidades o preferencias presentes y futuras que pueden ser englobadas en las siguientes cuatro categoriacuteas [4]

bull Todo en uno (Clase 3-2) Son terminales que poseen todas las funcionalidades posibles actuales y que permiten consultar cualquier contenido y las aplicaciones definidas actualmente

bull Enfocados a las aplicaciones (Clase 3-4) Son dispositivos que permiten cualquier tipo de aplicacioacuten pero estaacuten enfocados en cierto tipo de aplicaciones tales como juegos o mensajeriacutea

bull Modulares (Clase 2-1) Son dispositivos que permiten al usuario particularizar su dispositivo con funcionalidades de hardware Estas funcionalidades incluyen puertos USB tarjetas de memoria etc

bull Descentralizados Son dispositivos que combinan una serie de elementos descentralizados y que se conectan entre siacute para disponer de distintas funcionalidades

En la tabla 3 se definen cuatro clases de potencias para los terminales con sus respectivos valores nominales y tolerancias

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 149

Tabla 3 Potencias de los UE seguacuten clase

Clase Potencia nominal Tolerancia

Clase 1 33 dBm (2 W) +1minus3 dB Clase 2 27 dBm (05 W) +1minus3 dB Clase 3 24 dBm (025 W) +1minus3 dB Clase 4 21 dBm (0125 W) +2minus2 dB

52 Presupuesto del enlace o link budget

Dentro de la planificacioacuten de la UTRAN para UMTS es necesario realizar un balance de potencias o link budget para asiacute poder determinar el maacuteximo radio de la celda En el link budget paraacutemetros como la ganancia de la antena peacuterdidas por cables ganancias por diversidad maacutergenes de desvanecimiento y otros son tomados en cuenta

El resultado de los caacutelculos realizados para link budget es la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto permitida (maximum allowed propagation path loss) que es un valor imprescindible para poder determinar el radio de celda y por ende el nuacutemero de sitios necesarios

MAPL = ERP minus Rxsens + Rxgain+loss + Propagationgain+loss (ec 2)

A diferencia del link budget de tecnologiacuteas basadas en TDMAFDMA y GSM existen algunos paraacutemetros que son especiacuteficos para WCDMA como el margen de interferencia el margen de desvanecimiento raacutepido y la ganancia por soft handover

521 Nivel de sensibilidad de recepcioacuten

El nivel de sensibilidad de recepcioacuten es principalmente limitado por el ruido teacutermico La densidad de potencia teacutermica espectral N normalizada a 1 Hz de ancho de banda se define mediante la siguiente ecuacioacuten [2]

HzdBmNo

dBNo

mWKNo

TkNo

174

601986624

)110381log(10())293log(10(

23

=minus=

+=

=minus

(ec 3)

Donde k= 138 10-23 [WsK] constante de Boltzman

T= 293 K temperatura del conductor

La potencia total de ruido teacutermico N en el detector estaacute limitada por el filtro del ancho de banda Para UMTS el filtro de ancho de banda de chips W es aproximadamente igual a la ocupacioacuten de la frecuencia de enmascarado de coacutedigos (scrambling codes) igual a 384 MHz Asiacute la potencia de ruido teacutermico es igual a

150 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

15108

)843log(10()0174(

dBmN

MHzHzdBmN

WNoN

minus=+minus=

= (ec 4)

La sensibilidad del receptor consiste en el nivel de ruido sobre una sola portadora donde se define la relacioacuten sentildeal-ruido (SNR) en el receptor La sensibilidad contiene la ganancia de procesamiento y las peacuterdidas debido a la carga es decir la carga usada por los diferentes servicios montados sobre una portadora WCDMA

WNSNRS O = (ec 5)

Donde )1(

ηminus

=W

R

NE

SNRo

b

El miacutenimo nivel de sentildeal recibido apto para la demodulacioacuten exitosa se basa en la cantidad de energiacutea recibida y si esta energiacutea estaacute suficientemente por encima del ruido y la interferencia generada por el ruido teacutermico y el de los otros usuarios La sensibilidad puede ser calculada por la siguiente foacutermula

GPNo

EbNadSensibilid sdotsdot= (ec 6)

Donde GP Ganancia de procesamiento

)843(10 RkbpsMchipsLogGP sdot=

Tabla 4 Caacutelculo de la sensibilidad en el balance de potencias

Datos del receptor 122 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

NB UE NB UE NB UE NB UE

Ganancia por diversidad de la antena

RX [dB] 200 200 200 200 200 200 200 200

Ganancia de la antena RX [dBi]

1800 100 1800 100 1800 100 1800 100

Peacuterdida por cables [dB] 300 000 000 000 300 000 300 000

Densidad de ruido teacutermico [dBmHz]

-17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400

Figura de ruido del receptor [dB]

212 000 112 000 212 000 212 000

Potencia de ruido del receptor [dBm]

-10604 -10816 -10704 -10816 -10604 -10816 -10604 -10816

EbNo Requerido [dB] 220 080 220 080 220 080 220 080

Tasa de datos [Kbps] 1220 1220 6400 6400 14400 14400 38400 38400

Nivel de sensibilidad

del receptor[dBm] -12521 -12803 -12152 -12443 -11809 -12161 -11394 -11715

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 151

522 Consideraciones en WCDMA para HSDPA

Para el despliegue de HSDPA es necesario contar como base con el Release 99 de UMTS ya que al constituirse en una mejora y un aprovechamiento de la interfaz de aire de UMTS HSDPA hace uso de todos los canales ya definidos para el Release 99

A pesar que HSDPA es una caracteriacutestica del downlink existen efectos adicionales en el uplink El canal de subida HS-PDCCH que provee una retroalimentacioacuten a la red desde la estacioacuten moacutevil debe ser tomado en cuenta La interferencia adicional no es contemplada por EbNo y por ello cierta potencia de transmisioacuten del moacutevil debe ser reservada para este traacutefico

Otro margen adicional que debe ser tomado en cuenta viene a raiacutez de que el control de potencia para HS-DPCCH no es oacuteptimo para los usuarios HSDPA que se encuentren ejerciendo soft handover

El principal impacto de la introduccioacuten de HSDPA se encuentra en la direccioacuten del downlink La potencia adicional necesaria para las transmisiones HSDPA necesita ser definida de manera que auacuten pueda disponerse de los canales DCH

WCDMA en el Release 99 tiacutepicamente usaba EbNo para denotar la recepcioacuten de energiacutea por bit recibido por razoacuten de ruido El EbNo corresponde uacutenicamente a un bloque de error (BLER) para una cierta tasa donde el uacutenico paraacutemetro de adaptacioacuten es la ganancia de esparcimiento Sin embargo la medida de EbNo no es una medida atractiva para HSDPA debido a que la tasa de datos en HS-DSCH variacutea en cada intervalo de transmisioacuten (TTI) usando diferentes esquemas de modulacioacuten codificacioacuten y un cierto nuacutemero de HS-PDSCH Por ello es necesario definir la relacioacuten promedio sentildeal-interferencia maacutes ruido en HSDSCH (SINR)

+minussdotsdot=

GP

PSFSINR

TOT

HSDPA

11

16

α (ec 7)

Donde SF16 es el factor de ensanchado de HS-PDSCH es el factor de ortogonalidad y otro paraacutemetro comuacutenmente usado es la relacioacuten misma celda vs otras celdas maacutes ruido de interferencia o factor de geometriacutea La 3GPP recomienda que para un entorno macrocelular SINR oscile entre valores de -5dB y -3dB Se debe notar que el SINR HS-DSCH es independiente del nuacutemero de coacutedigos HS-PDSCH usados el esquema de modulacioacuten y la tasa de codificacioacuten

Para el proceso de dimensionamiento del enlace downlink HSDPA se debe encontrar la relacioacuten entre el throughput promedio y la relacioacuten SINR promedio Extendidas las simulaciones a nivel del enlace y de acuerdo con las especificaciones de la 3GPP se consigue determinar una relacioacuten que involucre ambos valores

142100476000390][ 2 +sdot+sdot= SINRSINRMbpsThr dBSINRdB 205 leleminus (ec 8)

Donde Thr representa la carga que genera un usuario con un cierto SINR o la carga combinada de la celda de varios usuarios teniendo como promedio el mismo SNR

152 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 5 Consideraciones para HSDPA

LINK BUDGET HSDPA Caracteriacutesticas teacutecnicas

UL DL Frecuencia [MHz] 900

Transmisor UE NB Potencia para canales HS-DSCH 80

Potencia maacutexima de transmisioacuten 013 300 Tasa de datos uplink [Kbps] 64

Potencia HS-DSCH - 240 Tasa de datos downlink [Kbps] 512

Pot maacutex de transmisioacuten [dBm] 210 438 Factor sobre venta en el uplink 4

Ganancia de la antena [dBi] 20 180 Factor sobre venta en el downlink 8

Cable loss including MHA intersection loss

[dB] 00 30 Carga del uplink 50

EIRP [dBm] 230 588 Carga del downlink 70

Por datos estrateacutegicos en la empresa se definioacute que la vel miacutenima para HSDPA sea 512 Kbps

523 Margen de interferencia

El factor limitante para el desempentildeo y la capacidad de un Nodo B es la recepcioacuten total de interferencia TOTALI La interferencia consiste de dos partes ownI e otherI

como tambieacuten la interferencia de otros sistemas sistemasOtrosI _ y el ruido teacutermico N

NIIII systemsotheotherownTOTAL +++= _

bull Iown Es causada por la interferencia de los mismos usuarios dentro de una celda

bull Iother Es causada por usuarios de otras celdas junto a las estaciones base que los estaacuten atendiendo

bull systemsotherI _ Viene de diferentes sistemas canales adyacentes o fugas

de potencias de otras tecnologiacuteas

Estos conceptos ayudan a definir la relacioacuten i ndash factor

own

other

I

Ii =

Se define como i ndash factor la relacioacuten existente entre la interferencia generada por las otras celdas sobre la interferencia generada por la misma celda El valor i-factor depende del entorno de propagacioacuten aacutereas de solapamiento de las celdas nuacutemero de sectores en el Nodo B intensidad de traacutefico y su distribucioacuten y distancia a las celdas servidoras o celdas que interfieren

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 153

Tabla 6 Valores tiacutepicos de factor i

Microcelda Macrocelda

Omnidireccional Omnidireccional 2 Sectores 3 Sectores 4 sectores 6 Sectores 025lt055 045 055 065 075 085

El margen de interferencia en la celda se define como el total de interferencia sobre el ruido teacutermico

N

I

IMTOTAL

=

Este paraacutemetro limita la sensibilidad de recepcioacuten por lo tanto es importante considerarlo para poder estimar la cobertura Para el propoacutesito de disentildeo y caacutelculo del balance de potencias el IM es expresado como incremento de ruido o noise rise

)log(10 IMNR =

El NR representa la porcioacuten total de potencia recibida en dB Tiacutepicamente este valor debe ir de 2 - 4 [dB] para celdas limitadas en cobertura y de 4 ndash 7 [dB] para celdas limitadas por capacidad [2]

El margen de interferencia es el uacutenico paraacutemetro tomado en cuenta en balance de potencias que viene a estar relacionado directamente con la carga de la celda

El NR tambieacuten puede ser expresado en cuanto a la carga

)1

1log(10

ηminus=NR

El noise rise va a limitar la maacutexima peacuterdida de trayecto entre el moacutevil y el Nodo B Si la carga se aproxima a 100 el NR tiende a infinito por ello el radio de celda se hace cero y el sistema inestable

Es necesario definir el porcentaje de carga de la celda ya que este describiraacute cuaacutenta interferencia es generada en la celda Haciendo el estudio para el uplink cuando ULη se

aproxima a 1 el noise rise generado tiende a infinito y el sistema llega a su capacidad maacutexima e inestable

Seguacuten [1] para una red que se encuentra en la fase inicial de despliegue es recomendable adoptar un porcentaje de carga en el uplink igual a 50-60 Haciendo uso de Matlab se simuloacute el comportamiento de la carga de la celda para diferentes tasas de datos

154 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 6 Nivel de interferencia uplink

En el graacutefico obtenido mediante la simulacioacuten en vez de mostrar los usuarios simultaacuteneos se muestra el caudal de traacutefico o throughput en Kbps

En el caso del enlace descendente el comportamiento es similar soacutelo los paraacutemetros de entrada difieren ligeramente

En comparacioacuten con la ecuacioacuten de carga del uplink el paraacutemetro de suma importancia es el factor de ortogonalidad α UMTS hace uso de coacutedigos de ortogonalidad en el enlace descendente para separar y diferenciar a los usuarios unos de otros La ortogonalidad de 1 corresponde a usuarios perfectamente ortogonales Tiacutepicamente estos valores estaacuten entre 04 y 05 en canales de multitrayecto [2]

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 155

Figura 7 Nivel de interferencia downlink

Para una red UMTS seguacuten [2] en dimensionamiento se recomienda adoptar una carga en el downlink igual a 70-80 Desde un punto de vista praacutectico y experiencia de trabajo con redes 3G dentro un escenario de despliegue real en Bolivia se pudo corroborar que dentro la planificacioacuten y disentildeo de redes UMTS Huawei un fabricante de equipos de telecomunicaciones realiza el dimensionamiento de red considerando un factor de carga igual a 75

Requerimientos de la empresa

Tasa de datos [Kbps] 122 32 64 144 384

Frecuencia [MHz] 900 900 900 900 900

Carga del uplink 50 50 50 50 50

Carga del downlink 70 70 70 70 70

Altura Nodo B [m] 30 30 30 30 30

Altura terminal moacutevil [m] 15 15 15 15 15

524 Caacutelculo de la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto permitida

Haciendo uso de todos los paraacutemetros ya detallados se determina la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto seguacuten diferentes tasas de velocidad y para diferentes entornos Como ejemplo se muestra el caacutelculo de diferentes tasas de velocidad para un entorno urbano denso Se determinan las maacuteximas peacuterdidas de trayecto permitidas tanto para interiores como para exteriores

156 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 7 Caacutelculo del link budget para diferentes velocidades en un entorno urbano

denso

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 157

53 Modelos de propagacioacuten y radio de celda

Las predicciones de los niveles de sentildeal y cobertura son de gran importancia al momento de planificar una red de telefoniacutea moacutevil

Adoptar un modelo de propagacioacuten ayuda a predecir el valor medio de sentildeal o las peacuterdidas generadas en la trayectoria entre un transmisor y un receptor seguacuten la distancia y otros factores que contribuyen a la peacuterdida de trayecto como el perfil del terreno presencia de edificaciones u obstaacuteculos alturas de las antenas transmisoras y receptoras frecuencia de operacioacuten etc

El modelo COST 231 Walfisch-Ikegami es ampliamente usado en modelos empiacutericos de caacutelculo de propagacioacuten [3] Este modelo ha sido adoptado como estaacutendar para sistemas 3G IMT2000UMTS Para determinar los radios de coberturas de las celdas se debe considerar la direccioacuten del enlace el tipo de entorno y la velocidad de transferencia que permitan una menor peacuterdida de trayecto

UMTS depende del intercambio de capacidad y cobertura Estas variables estaacuten descritas por el comportamiento del enlace de subida y de bajada conforme a la peacuterdida de camino que generan y la carga que soportan respectivamente

Con el fin de estudiar este fenoacutemeno se simulo el comportamiento del balance de potencias tanto en el uplink como en el downlink tomando como variable de entrada la carga que soportan provista por las ecuaciones de carga ηUL y ηDL

Figura 8 Intercambio de la capacidad y la cobertura

Como el alcance de la celda estaacute limitado sobre todo por el enlace de subida terminal moacutevil a Nodo B debido a las restricciones que tiene el transmisor en cuanto a potencia tamantildeo de antena y a las interferencias de las sentildeales provenientes de los otros terminales hacia el receptor Nodo B el caacutelculo del enlace realizado se limita al enlace de subida uplink budget

158 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 8 MAPL limitado por el enlace ascendente

URBANO

DENSO

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

MAPL 16238 18282 1638 18203 1635 18324 1636 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1568 17503 1565 17624 1566 17518 1557 17197

MAPL indoor 14538 15582 1468 15503 1465 15624 1464 15518 1457 15197

URBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14618 15982 1468 15903 147 16024 1472 16018 14726 15697

SUBURBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14738 15982 1478 15903 1475 16024 1476 16518 1477 16197

531 Caacutelculo del radio de celda por entorno

Aplicando el modelo de propagacioacuten seleccionado se definen los radios de cobertura de las celdas

msdrtsbf LLLL ++=

minus

+minus+++∆+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stottrtsbf dff

dhLLL

minus

+minus+++minus+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stotrftrtsbf dff

dhhLLL

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

)log(

)log(9)log(925

704)log(1854)1log(18)log(20)log(20432

+

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus=

minus

+minus+++minus+minus+sdot+sdot+=

fdff

hhLL

d

dff

dhhLfdL

srftrts

tot

stotrftrtstot

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

10 +

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus

=

fdff

hhLL

tot

srftrts

d

Como el enlace que limita la cobertura es el uplink se hace uso de la MAPL indoor para determinar el radio de cobertura

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 159

De acuerdo con los resultados obtenidos de los radios de cobertura de las celdas se definieron algunos sitios tentativos para la ubicacioacuten de los nodos b ya que COMTECO es propietaria de dichos sitios

Tabla 9 Resumen de radios de coberturas para diferentes entornos

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

Sitio UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

UD

1 Sucre 2060 3877 2245 3697 2205 3978 2191 3730 2098 3071

2 Centro 2243 4223 2302 4026 2260 4333 2260 4063 2244 3345

U

3 Muyurina 2571 5876 2670 5602 2703 6028 2736 6006 2742 4944

4 Sur 2687 6139 2790 5853 2824 6299 2858 6275 2865 5166

SU 5 Temporal 4129 8774 4236 8365 4160 9002 4185 12142 4205 9996

SU 6 V Bush Sur 3129 7507 3210 7157 3153 7701 3172 10388 3187 8552

SU 7 Pacata 4001 8502 4105 8106 4031 8723 4056 11766 4075 9686

SU 8 Zofraco 5264 8262 5400 7877 5303 8476 5335 11433 5361 9412

SU 9 Pucara 3361 6308 3449 6014 3386 6472 3407 8729 3424 7186

SU 10 Sacaba 2542 5401 2608 5149 2561 5541 2576 7474 2589 6153

U 11 Quillacollo 2333 5597 2467 5336 2351 5742 2365 7745 2376 6376

SU 12 Florida Sur 2969 6308 3045 6014 2991 6472 3009 8729 3023 7186

SU 13 Pintildeami 2983 5965 3060 5687 3005 6120 3023 8255 3038 6796

SU 14 Tiquipaya 3183 5973 3265 5695 3207 6128 3226 8266 3242 6805

SU 15 Feria 3272 6139 2797 5853 3296 6299 3316 8496 3332 6994

SU 16 Valle Hermoso 3227 6857 3311 6538 3251 6702 3271 9489 3287 7812

Seguacuten el entorno se determinoacute que el radio de cobertura de la celda sea el menor permitido de entre todos los diferentes servicios ofertados Para determinar el radio de cobertura de HSDPA se debe considerar que eacuteste variariacutea constantemente dependiendo de las condiciones del canal radio y de su esquema de modulacioacuten las mayores velocidades de transferencia son alcanzadas cuando el UE estaacute maacutes proacuteximo al Nodo B [1]

160 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 9 Modulaciones en UMTSHSDPA

Figura 10 Variacioacuten radio de cobertura HSDPA

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 161

Para clasificar los entornos existentes en el proyecto no es suficiente catalogarlos seguacuten sus caracteriacutesticas geograacuteficas sino maacutes bien tomar en cuenta la densidad de usuarios potenciales que existan en ellos Considerando que en Cochabamba no existe una fuente de informacioacuten que refleje la cantidad de usuarios de servicios de telecomunicaciones distribuidos por zonas se hizo una analogiacutea con el reporte de traacutefico generado por las estaciones base de un operador de telefoniacutea moacutevil del departamento

Asiacute se obtiene los porcentajes de concentracioacuten de usuarios potenciales por entorno urbano denso urbano y suburbano Estos porcentajes fueron adoptados en el disentildeo para distribuir la demanda en los diferentes entornos por provincia

Tabla 10 Distribucioacuten de la demanda

Entorno Densidad 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

CERCADO

URBANO

DENSO 34 5818 11167 15556 18911 21487 23594 25466 2725 29031 3086 32389

URBANO 27 4621 8868 12353 15018 17063 18736 20223 21639 23054 24506 25721

SUBURBANO 39 6674 12809 17844 21693 24647 27064 29211 31257 33301 35398 37152

SACABA

SUBURBANO 100 4655 10234 16778 23398 2918 33717 37363 41143 44905 4901 52497

QUILLACOLLO

URBANO 52 4825 10408 1682 23401 2936 347 39812 45081 50761 57007 62596

SUBURBANO 48 4453 9608 15526 216 27102 32031 36749 41614 46856 52621 57781

54 Caacutelculo del traacutefico por celda

Para calcular el balance de potencias se consideroacute un porcentaje de carga igual a 50 en el uplink y 70 en el downlink

Como se vio en los apartados anteriores en UMTS el enlace descendente es el que limita la capacidad de la celda debido a que el Nodo B debe compartir la potencia entre todos los usuarios que se conectan a la red en la respectiva celda que atiende el Nodo B

Para dimensionar la carga de la celda se hizo uso de Matlab en el que se desarrolloacute un simulador de modelo de traacutefico derivado de las ecuaciones de carga en el downlink Siguiendo la metodologiacutea de planificacioacuten de radio se debe llegar a un equilibrio entre la cobertura y la capacidad mediante la validacioacuten del radio de cobertura ya establecido y otro conforme a un anaacutelisis de carga de la celda

En este apartado se determinaraacute la carga real de la celda seguacuten una cierta penetracioacuten de servicios recomendada por la UIT para redes 3G en Latinoameacuterica y dicha carga real determinaraacute la nueva MAPL de la celda

162 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Penetracioacuten de Servicios

Servicio de videollamadas

32 kbps

Servicio de datos

64 kbps

Servicio de datos

144 kbps

Servicio de datos

384 kbps

Servicio de voz

15 kbps

η1 η2 η3 η4 η5

N1 Usuarios

N2 Usuarios

N 3 Usuarios

N4 Usuarios

N 5 Usuarios

NR1 NR2 NR3 NR4 NR4+ + + +

NRtotal

Carga 1 [ kbps]

Carga 2 [kbps]

Carga 3 [kbps]

Carga 4 [ kbps]

Carga 5 [kbps]

Cargatotal

[kbps]

η

minus+=

vRNoEb

W

i

NulNumDL

)()1( α

sum=

+minus=N

j

iaRjW

jNo

EbvjNdl

1

])1[(

)(

)1

1(log10 10

NdlNR

minus=

)1( BLERRNThroughput minus=+ + + +

sum

sum

Figura 11 Planificacioacuten de capacidad

541 Traacutefico generado por usuario

Para estimar el traacutefico de voz que genera cada usuario se adoptoacute los reportes anuales de un operador de telefoniacutea moacutevil sobre la cantidad de minutos promedio que usa un cliente por mes (Minutes of Use)

diacuteaerdiacuteara lacioacutenlacioacutenMoUmensualTraacutefico

picohoraTraacutefico _int_int ReRe602430

)_(___ =

Donde

diacutearalacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado en la hora pico y el resto de horas del

diacutea

diacuteaerlacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado el diacutea pico y el resto de diacuteas del mes

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 163

El traacutefico generado por videollamadas fue adoptado de valores recomendados por [3] El traacutefico de datos generado por los usuarios fue calculado a partir del tiempo promedio de visita a portales moacuteviles

En la primera fase del proyecto se hizo la simulacioacuten del modelo de traacutefico con los valores de penetracioacuten correspondientes a ese periodo Para describir los caacutelculos realizados se tomaraacute como ejemplo los resultados de una celda de dos sectores

Tabla 11 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 1)

El modelo desarrollado determina la carga en kbps por servicio de acuerdo con una penetracioacuten de entrada y por ende la capacidad total de la celda Seguacuten esa carga es posible determinar los canales simultaacuteneos por usuario Los canales simultaacuteneos generan un cierto nivel de interferencia en toda la celda y por tanto determinan el porcentaje de carga total de la celda

En la primera fase se genera un nivel de carga de 7318 que es muy proacuteximo al valor teoacuterico adoptado en el inicio del dimensionamiento igual a 70 considerado para el caacutelculo de balance de potencias En la segunda fase del proyecto se espera una mayor penetracioacuten de los servicios y un mayor nivel de interferencia en la celda

En la segunda fase del proyecto se hizo la simulacioacuten con mayores niveles de penetracioacuten de donde se obtuvo un nivel de interferencia mayor que en la primera fase Este nivel de interferencia proporciona la carga total de la celda (8747) que si bien es mayor todaviacutea no llegoacute a la unidad y asiacute a la capacidad maacutexima de la celda

164 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 12 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 2)

De acuerdo con el porcentaje de carga real en el downlink determinado desde el punto de vista de capacidad del Nodo B se procedioacute a determinar la variabilidad del radio de cobertura con los nuevos valores de carga

Tabla 13 Variabilidad del radio de celda

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 165

Seguacuten los nuevos valores de los radios de cobertura obtenidos se puede apreciar que no existe una cuantiosa reduccioacuten en el radio de celda Por tanto se puede afinar que se llegoacute al balance entre cobertura y capacidad

Figura 12 Variacioacuten del radio de cobertura conforme al equilibrio entre la cobertura y capacidad

6 Conclusiones

En este trabajo de investigacioacuten se ha abordado el dimensionamiento de la red de acceso radio UTRAN con el objetivo fundamental de optimizar los recursos de transmisioacuten y soporte de QoS Tambieacuten se ha analizado los principales paraacutemetros y alternativas de disentildeo a considerar en un escenario de despliegue real para COMTECO

A lo largo del anaacutelisis se ha puesto de manifiesto la extraordinaria complejidad asociada con el dimensionamiento de UTRAN Asiacute se dio lugar al presente trabajo para solucionar el problema desde un enfoque analiacutetico asegurando el equilibrio entre la cobertura y capacidad Empero se consideroacute necesario para la fase de implantacioacuten del proyecto que se validen los resultados obtenidos mediante el uso de herramientas especiacuteficas de planificacioacuten y optimizacioacuten de redes 3G propias del fabricante En la misma liacutenea se consideroacute acometer un estudio maacutes exhaustivo del impacto que puedan tener los mecanismos de gestioacuten de traacutefico y gestioacuten de recursos de radio

Referencias

[1] Holma H y A Toskala 2007 WCDMA for UMTS-HSPA Evolution and LTE

John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[2] Nawrocki M M Dohler y H Aghvanmi 2006 Understanding UMTS Radio

Network Modelling Planning and Automated Optimization Theory and Practice John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

166 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

[3] Wacker A J Laiho y T Novosad 2006 Radio Network Planning and

Optimization for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[4] Chevallier C 2006 WCDMA (UMTS) Deployment Handbook Planning and

Optimization Aspects John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[5] Holma H y A Toskala 2006 HSDPAHSUPA for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 149

Tabla 3 Potencias de los UE seguacuten clase

Clase Potencia nominal Tolerancia

Clase 1 33 dBm (2 W) +1minus3 dB Clase 2 27 dBm (05 W) +1minus3 dB Clase 3 24 dBm (025 W) +1minus3 dB Clase 4 21 dBm (0125 W) +2minus2 dB

52 Presupuesto del enlace o link budget

Dentro de la planificacioacuten de la UTRAN para UMTS es necesario realizar un balance de potencias o link budget para asiacute poder determinar el maacuteximo radio de la celda En el link budget paraacutemetros como la ganancia de la antena peacuterdidas por cables ganancias por diversidad maacutergenes de desvanecimiento y otros son tomados en cuenta

El resultado de los caacutelculos realizados para link budget es la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto permitida (maximum allowed propagation path loss) que es un valor imprescindible para poder determinar el radio de celda y por ende el nuacutemero de sitios necesarios

MAPL = ERP minus Rxsens + Rxgain+loss + Propagationgain+loss (ec 2)

A diferencia del link budget de tecnologiacuteas basadas en TDMAFDMA y GSM existen algunos paraacutemetros que son especiacuteficos para WCDMA como el margen de interferencia el margen de desvanecimiento raacutepido y la ganancia por soft handover

521 Nivel de sensibilidad de recepcioacuten

El nivel de sensibilidad de recepcioacuten es principalmente limitado por el ruido teacutermico La densidad de potencia teacutermica espectral N normalizada a 1 Hz de ancho de banda se define mediante la siguiente ecuacioacuten [2]

HzdBmNo

dBNo

mWKNo

TkNo

174

601986624

)110381log(10())293log(10(

23

=minus=

+=

=minus

(ec 3)

Donde k= 138 10-23 [WsK] constante de Boltzman

T= 293 K temperatura del conductor

La potencia total de ruido teacutermico N en el detector estaacute limitada por el filtro del ancho de banda Para UMTS el filtro de ancho de banda de chips W es aproximadamente igual a la ocupacioacuten de la frecuencia de enmascarado de coacutedigos (scrambling codes) igual a 384 MHz Asiacute la potencia de ruido teacutermico es igual a

150 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

15108

)843log(10()0174(

dBmN

MHzHzdBmN

WNoN

minus=+minus=

= (ec 4)

La sensibilidad del receptor consiste en el nivel de ruido sobre una sola portadora donde se define la relacioacuten sentildeal-ruido (SNR) en el receptor La sensibilidad contiene la ganancia de procesamiento y las peacuterdidas debido a la carga es decir la carga usada por los diferentes servicios montados sobre una portadora WCDMA

WNSNRS O = (ec 5)

Donde )1(

ηminus

=W

R

NE

SNRo

b

El miacutenimo nivel de sentildeal recibido apto para la demodulacioacuten exitosa se basa en la cantidad de energiacutea recibida y si esta energiacutea estaacute suficientemente por encima del ruido y la interferencia generada por el ruido teacutermico y el de los otros usuarios La sensibilidad puede ser calculada por la siguiente foacutermula

GPNo

EbNadSensibilid sdotsdot= (ec 6)

Donde GP Ganancia de procesamiento

)843(10 RkbpsMchipsLogGP sdot=

Tabla 4 Caacutelculo de la sensibilidad en el balance de potencias

Datos del receptor 122 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

NB UE NB UE NB UE NB UE

Ganancia por diversidad de la antena

RX [dB] 200 200 200 200 200 200 200 200

Ganancia de la antena RX [dBi]

1800 100 1800 100 1800 100 1800 100

Peacuterdida por cables [dB] 300 000 000 000 300 000 300 000

Densidad de ruido teacutermico [dBmHz]

-17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400

Figura de ruido del receptor [dB]

212 000 112 000 212 000 212 000

Potencia de ruido del receptor [dBm]

-10604 -10816 -10704 -10816 -10604 -10816 -10604 -10816

EbNo Requerido [dB] 220 080 220 080 220 080 220 080

Tasa de datos [Kbps] 1220 1220 6400 6400 14400 14400 38400 38400

Nivel de sensibilidad

del receptor[dBm] -12521 -12803 -12152 -12443 -11809 -12161 -11394 -11715

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 151

522 Consideraciones en WCDMA para HSDPA

Para el despliegue de HSDPA es necesario contar como base con el Release 99 de UMTS ya que al constituirse en una mejora y un aprovechamiento de la interfaz de aire de UMTS HSDPA hace uso de todos los canales ya definidos para el Release 99

A pesar que HSDPA es una caracteriacutestica del downlink existen efectos adicionales en el uplink El canal de subida HS-PDCCH que provee una retroalimentacioacuten a la red desde la estacioacuten moacutevil debe ser tomado en cuenta La interferencia adicional no es contemplada por EbNo y por ello cierta potencia de transmisioacuten del moacutevil debe ser reservada para este traacutefico

Otro margen adicional que debe ser tomado en cuenta viene a raiacutez de que el control de potencia para HS-DPCCH no es oacuteptimo para los usuarios HSDPA que se encuentren ejerciendo soft handover

El principal impacto de la introduccioacuten de HSDPA se encuentra en la direccioacuten del downlink La potencia adicional necesaria para las transmisiones HSDPA necesita ser definida de manera que auacuten pueda disponerse de los canales DCH

WCDMA en el Release 99 tiacutepicamente usaba EbNo para denotar la recepcioacuten de energiacutea por bit recibido por razoacuten de ruido El EbNo corresponde uacutenicamente a un bloque de error (BLER) para una cierta tasa donde el uacutenico paraacutemetro de adaptacioacuten es la ganancia de esparcimiento Sin embargo la medida de EbNo no es una medida atractiva para HSDPA debido a que la tasa de datos en HS-DSCH variacutea en cada intervalo de transmisioacuten (TTI) usando diferentes esquemas de modulacioacuten codificacioacuten y un cierto nuacutemero de HS-PDSCH Por ello es necesario definir la relacioacuten promedio sentildeal-interferencia maacutes ruido en HSDSCH (SINR)

+minussdotsdot=

GP

PSFSINR

TOT

HSDPA

11

16

α (ec 7)

Donde SF16 es el factor de ensanchado de HS-PDSCH es el factor de ortogonalidad y otro paraacutemetro comuacutenmente usado es la relacioacuten misma celda vs otras celdas maacutes ruido de interferencia o factor de geometriacutea La 3GPP recomienda que para un entorno macrocelular SINR oscile entre valores de -5dB y -3dB Se debe notar que el SINR HS-DSCH es independiente del nuacutemero de coacutedigos HS-PDSCH usados el esquema de modulacioacuten y la tasa de codificacioacuten

Para el proceso de dimensionamiento del enlace downlink HSDPA se debe encontrar la relacioacuten entre el throughput promedio y la relacioacuten SINR promedio Extendidas las simulaciones a nivel del enlace y de acuerdo con las especificaciones de la 3GPP se consigue determinar una relacioacuten que involucre ambos valores

142100476000390][ 2 +sdot+sdot= SINRSINRMbpsThr dBSINRdB 205 leleminus (ec 8)

Donde Thr representa la carga que genera un usuario con un cierto SINR o la carga combinada de la celda de varios usuarios teniendo como promedio el mismo SNR

152 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 5 Consideraciones para HSDPA

LINK BUDGET HSDPA Caracteriacutesticas teacutecnicas

UL DL Frecuencia [MHz] 900

Transmisor UE NB Potencia para canales HS-DSCH 80

Potencia maacutexima de transmisioacuten 013 300 Tasa de datos uplink [Kbps] 64

Potencia HS-DSCH - 240 Tasa de datos downlink [Kbps] 512

Pot maacutex de transmisioacuten [dBm] 210 438 Factor sobre venta en el uplink 4

Ganancia de la antena [dBi] 20 180 Factor sobre venta en el downlink 8

Cable loss including MHA intersection loss

[dB] 00 30 Carga del uplink 50

EIRP [dBm] 230 588 Carga del downlink 70

Por datos estrateacutegicos en la empresa se definioacute que la vel miacutenima para HSDPA sea 512 Kbps

523 Margen de interferencia

El factor limitante para el desempentildeo y la capacidad de un Nodo B es la recepcioacuten total de interferencia TOTALI La interferencia consiste de dos partes ownI e otherI

como tambieacuten la interferencia de otros sistemas sistemasOtrosI _ y el ruido teacutermico N

NIIII systemsotheotherownTOTAL +++= _

bull Iown Es causada por la interferencia de los mismos usuarios dentro de una celda

bull Iother Es causada por usuarios de otras celdas junto a las estaciones base que los estaacuten atendiendo

bull systemsotherI _ Viene de diferentes sistemas canales adyacentes o fugas

de potencias de otras tecnologiacuteas

Estos conceptos ayudan a definir la relacioacuten i ndash factor

own

other

I

Ii =

Se define como i ndash factor la relacioacuten existente entre la interferencia generada por las otras celdas sobre la interferencia generada por la misma celda El valor i-factor depende del entorno de propagacioacuten aacutereas de solapamiento de las celdas nuacutemero de sectores en el Nodo B intensidad de traacutefico y su distribucioacuten y distancia a las celdas servidoras o celdas que interfieren

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 153

Tabla 6 Valores tiacutepicos de factor i

Microcelda Macrocelda

Omnidireccional Omnidireccional 2 Sectores 3 Sectores 4 sectores 6 Sectores 025lt055 045 055 065 075 085

El margen de interferencia en la celda se define como el total de interferencia sobre el ruido teacutermico

N

I

IMTOTAL

=

Este paraacutemetro limita la sensibilidad de recepcioacuten por lo tanto es importante considerarlo para poder estimar la cobertura Para el propoacutesito de disentildeo y caacutelculo del balance de potencias el IM es expresado como incremento de ruido o noise rise

)log(10 IMNR =

El NR representa la porcioacuten total de potencia recibida en dB Tiacutepicamente este valor debe ir de 2 - 4 [dB] para celdas limitadas en cobertura y de 4 ndash 7 [dB] para celdas limitadas por capacidad [2]

El margen de interferencia es el uacutenico paraacutemetro tomado en cuenta en balance de potencias que viene a estar relacionado directamente con la carga de la celda

El NR tambieacuten puede ser expresado en cuanto a la carga

)1

1log(10

ηminus=NR

El noise rise va a limitar la maacutexima peacuterdida de trayecto entre el moacutevil y el Nodo B Si la carga se aproxima a 100 el NR tiende a infinito por ello el radio de celda se hace cero y el sistema inestable

Es necesario definir el porcentaje de carga de la celda ya que este describiraacute cuaacutenta interferencia es generada en la celda Haciendo el estudio para el uplink cuando ULη se

aproxima a 1 el noise rise generado tiende a infinito y el sistema llega a su capacidad maacutexima e inestable

Seguacuten [1] para una red que se encuentra en la fase inicial de despliegue es recomendable adoptar un porcentaje de carga en el uplink igual a 50-60 Haciendo uso de Matlab se simuloacute el comportamiento de la carga de la celda para diferentes tasas de datos

154 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 6 Nivel de interferencia uplink

En el graacutefico obtenido mediante la simulacioacuten en vez de mostrar los usuarios simultaacuteneos se muestra el caudal de traacutefico o throughput en Kbps

En el caso del enlace descendente el comportamiento es similar soacutelo los paraacutemetros de entrada difieren ligeramente

En comparacioacuten con la ecuacioacuten de carga del uplink el paraacutemetro de suma importancia es el factor de ortogonalidad α UMTS hace uso de coacutedigos de ortogonalidad en el enlace descendente para separar y diferenciar a los usuarios unos de otros La ortogonalidad de 1 corresponde a usuarios perfectamente ortogonales Tiacutepicamente estos valores estaacuten entre 04 y 05 en canales de multitrayecto [2]

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 155

Figura 7 Nivel de interferencia downlink

Para una red UMTS seguacuten [2] en dimensionamiento se recomienda adoptar una carga en el downlink igual a 70-80 Desde un punto de vista praacutectico y experiencia de trabajo con redes 3G dentro un escenario de despliegue real en Bolivia se pudo corroborar que dentro la planificacioacuten y disentildeo de redes UMTS Huawei un fabricante de equipos de telecomunicaciones realiza el dimensionamiento de red considerando un factor de carga igual a 75

Requerimientos de la empresa

Tasa de datos [Kbps] 122 32 64 144 384

Frecuencia [MHz] 900 900 900 900 900

Carga del uplink 50 50 50 50 50

Carga del downlink 70 70 70 70 70

Altura Nodo B [m] 30 30 30 30 30

Altura terminal moacutevil [m] 15 15 15 15 15

524 Caacutelculo de la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto permitida

Haciendo uso de todos los paraacutemetros ya detallados se determina la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto seguacuten diferentes tasas de velocidad y para diferentes entornos Como ejemplo se muestra el caacutelculo de diferentes tasas de velocidad para un entorno urbano denso Se determinan las maacuteximas peacuterdidas de trayecto permitidas tanto para interiores como para exteriores

156 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 7 Caacutelculo del link budget para diferentes velocidades en un entorno urbano

denso

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 157

53 Modelos de propagacioacuten y radio de celda

Las predicciones de los niveles de sentildeal y cobertura son de gran importancia al momento de planificar una red de telefoniacutea moacutevil

Adoptar un modelo de propagacioacuten ayuda a predecir el valor medio de sentildeal o las peacuterdidas generadas en la trayectoria entre un transmisor y un receptor seguacuten la distancia y otros factores que contribuyen a la peacuterdida de trayecto como el perfil del terreno presencia de edificaciones u obstaacuteculos alturas de las antenas transmisoras y receptoras frecuencia de operacioacuten etc

El modelo COST 231 Walfisch-Ikegami es ampliamente usado en modelos empiacutericos de caacutelculo de propagacioacuten [3] Este modelo ha sido adoptado como estaacutendar para sistemas 3G IMT2000UMTS Para determinar los radios de coberturas de las celdas se debe considerar la direccioacuten del enlace el tipo de entorno y la velocidad de transferencia que permitan una menor peacuterdida de trayecto

UMTS depende del intercambio de capacidad y cobertura Estas variables estaacuten descritas por el comportamiento del enlace de subida y de bajada conforme a la peacuterdida de camino que generan y la carga que soportan respectivamente

Con el fin de estudiar este fenoacutemeno se simulo el comportamiento del balance de potencias tanto en el uplink como en el downlink tomando como variable de entrada la carga que soportan provista por las ecuaciones de carga ηUL y ηDL

Figura 8 Intercambio de la capacidad y la cobertura

Como el alcance de la celda estaacute limitado sobre todo por el enlace de subida terminal moacutevil a Nodo B debido a las restricciones que tiene el transmisor en cuanto a potencia tamantildeo de antena y a las interferencias de las sentildeales provenientes de los otros terminales hacia el receptor Nodo B el caacutelculo del enlace realizado se limita al enlace de subida uplink budget

158 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 8 MAPL limitado por el enlace ascendente

URBANO

DENSO

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

MAPL 16238 18282 1638 18203 1635 18324 1636 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1568 17503 1565 17624 1566 17518 1557 17197

MAPL indoor 14538 15582 1468 15503 1465 15624 1464 15518 1457 15197

URBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14618 15982 1468 15903 147 16024 1472 16018 14726 15697

SUBURBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14738 15982 1478 15903 1475 16024 1476 16518 1477 16197

531 Caacutelculo del radio de celda por entorno

Aplicando el modelo de propagacioacuten seleccionado se definen los radios de cobertura de las celdas

msdrtsbf LLLL ++=

minus

+minus+++∆+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stottrtsbf dff

dhLLL

minus

+minus+++minus+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stotrftrtsbf dff

dhhLLL

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

)log(

)log(9)log(925

704)log(1854)1log(18)log(20)log(20432

+

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus=

minus

+minus+++minus+minus+sdot+sdot+=

fdff

hhLL

d

dff

dhhLfdL

srftrts

tot

stotrftrtstot

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

10 +

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus

=

fdff

hhLL

tot

srftrts

d

Como el enlace que limita la cobertura es el uplink se hace uso de la MAPL indoor para determinar el radio de cobertura

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 159

De acuerdo con los resultados obtenidos de los radios de cobertura de las celdas se definieron algunos sitios tentativos para la ubicacioacuten de los nodos b ya que COMTECO es propietaria de dichos sitios

Tabla 9 Resumen de radios de coberturas para diferentes entornos

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

Sitio UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

UD

1 Sucre 2060 3877 2245 3697 2205 3978 2191 3730 2098 3071

2 Centro 2243 4223 2302 4026 2260 4333 2260 4063 2244 3345

U

3 Muyurina 2571 5876 2670 5602 2703 6028 2736 6006 2742 4944

4 Sur 2687 6139 2790 5853 2824 6299 2858 6275 2865 5166

SU 5 Temporal 4129 8774 4236 8365 4160 9002 4185 12142 4205 9996

SU 6 V Bush Sur 3129 7507 3210 7157 3153 7701 3172 10388 3187 8552

SU 7 Pacata 4001 8502 4105 8106 4031 8723 4056 11766 4075 9686

SU 8 Zofraco 5264 8262 5400 7877 5303 8476 5335 11433 5361 9412

SU 9 Pucara 3361 6308 3449 6014 3386 6472 3407 8729 3424 7186

SU 10 Sacaba 2542 5401 2608 5149 2561 5541 2576 7474 2589 6153

U 11 Quillacollo 2333 5597 2467 5336 2351 5742 2365 7745 2376 6376

SU 12 Florida Sur 2969 6308 3045 6014 2991 6472 3009 8729 3023 7186

SU 13 Pintildeami 2983 5965 3060 5687 3005 6120 3023 8255 3038 6796

SU 14 Tiquipaya 3183 5973 3265 5695 3207 6128 3226 8266 3242 6805

SU 15 Feria 3272 6139 2797 5853 3296 6299 3316 8496 3332 6994

SU 16 Valle Hermoso 3227 6857 3311 6538 3251 6702 3271 9489 3287 7812

Seguacuten el entorno se determinoacute que el radio de cobertura de la celda sea el menor permitido de entre todos los diferentes servicios ofertados Para determinar el radio de cobertura de HSDPA se debe considerar que eacuteste variariacutea constantemente dependiendo de las condiciones del canal radio y de su esquema de modulacioacuten las mayores velocidades de transferencia son alcanzadas cuando el UE estaacute maacutes proacuteximo al Nodo B [1]

160 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 9 Modulaciones en UMTSHSDPA

Figura 10 Variacioacuten radio de cobertura HSDPA

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 161

Para clasificar los entornos existentes en el proyecto no es suficiente catalogarlos seguacuten sus caracteriacutesticas geograacuteficas sino maacutes bien tomar en cuenta la densidad de usuarios potenciales que existan en ellos Considerando que en Cochabamba no existe una fuente de informacioacuten que refleje la cantidad de usuarios de servicios de telecomunicaciones distribuidos por zonas se hizo una analogiacutea con el reporte de traacutefico generado por las estaciones base de un operador de telefoniacutea moacutevil del departamento

Asiacute se obtiene los porcentajes de concentracioacuten de usuarios potenciales por entorno urbano denso urbano y suburbano Estos porcentajes fueron adoptados en el disentildeo para distribuir la demanda en los diferentes entornos por provincia

Tabla 10 Distribucioacuten de la demanda

Entorno Densidad 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

CERCADO

URBANO

DENSO 34 5818 11167 15556 18911 21487 23594 25466 2725 29031 3086 32389

URBANO 27 4621 8868 12353 15018 17063 18736 20223 21639 23054 24506 25721

SUBURBANO 39 6674 12809 17844 21693 24647 27064 29211 31257 33301 35398 37152

SACABA

SUBURBANO 100 4655 10234 16778 23398 2918 33717 37363 41143 44905 4901 52497

QUILLACOLLO

URBANO 52 4825 10408 1682 23401 2936 347 39812 45081 50761 57007 62596

SUBURBANO 48 4453 9608 15526 216 27102 32031 36749 41614 46856 52621 57781

54 Caacutelculo del traacutefico por celda

Para calcular el balance de potencias se consideroacute un porcentaje de carga igual a 50 en el uplink y 70 en el downlink

Como se vio en los apartados anteriores en UMTS el enlace descendente es el que limita la capacidad de la celda debido a que el Nodo B debe compartir la potencia entre todos los usuarios que se conectan a la red en la respectiva celda que atiende el Nodo B

Para dimensionar la carga de la celda se hizo uso de Matlab en el que se desarrolloacute un simulador de modelo de traacutefico derivado de las ecuaciones de carga en el downlink Siguiendo la metodologiacutea de planificacioacuten de radio se debe llegar a un equilibrio entre la cobertura y la capacidad mediante la validacioacuten del radio de cobertura ya establecido y otro conforme a un anaacutelisis de carga de la celda

En este apartado se determinaraacute la carga real de la celda seguacuten una cierta penetracioacuten de servicios recomendada por la UIT para redes 3G en Latinoameacuterica y dicha carga real determinaraacute la nueva MAPL de la celda

162 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Penetracioacuten de Servicios

Servicio de videollamadas

32 kbps

Servicio de datos

64 kbps

Servicio de datos

144 kbps

Servicio de datos

384 kbps

Servicio de voz

15 kbps

η1 η2 η3 η4 η5

N1 Usuarios

N2 Usuarios

N 3 Usuarios

N4 Usuarios

N 5 Usuarios

NR1 NR2 NR3 NR4 NR4+ + + +

NRtotal

Carga 1 [ kbps]

Carga 2 [kbps]

Carga 3 [kbps]

Carga 4 [ kbps]

Carga 5 [kbps]

Cargatotal

[kbps]

η

minus+=

vRNoEb

W

i

NulNumDL

)()1( α

sum=

+minus=N

j

iaRjW

jNo

EbvjNdl

1

])1[(

)(

)1

1(log10 10

NdlNR

minus=

)1( BLERRNThroughput minus=+ + + +

sum

sum

Figura 11 Planificacioacuten de capacidad

541 Traacutefico generado por usuario

Para estimar el traacutefico de voz que genera cada usuario se adoptoacute los reportes anuales de un operador de telefoniacutea moacutevil sobre la cantidad de minutos promedio que usa un cliente por mes (Minutes of Use)

diacuteaerdiacuteara lacioacutenlacioacutenMoUmensualTraacutefico

picohoraTraacutefico _int_int ReRe602430

)_(___ =

Donde

diacutearalacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado en la hora pico y el resto de horas del

diacutea

diacuteaerlacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado el diacutea pico y el resto de diacuteas del mes

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 163

El traacutefico generado por videollamadas fue adoptado de valores recomendados por [3] El traacutefico de datos generado por los usuarios fue calculado a partir del tiempo promedio de visita a portales moacuteviles

En la primera fase del proyecto se hizo la simulacioacuten del modelo de traacutefico con los valores de penetracioacuten correspondientes a ese periodo Para describir los caacutelculos realizados se tomaraacute como ejemplo los resultados de una celda de dos sectores

Tabla 11 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 1)

El modelo desarrollado determina la carga en kbps por servicio de acuerdo con una penetracioacuten de entrada y por ende la capacidad total de la celda Seguacuten esa carga es posible determinar los canales simultaacuteneos por usuario Los canales simultaacuteneos generan un cierto nivel de interferencia en toda la celda y por tanto determinan el porcentaje de carga total de la celda

En la primera fase se genera un nivel de carga de 7318 que es muy proacuteximo al valor teoacuterico adoptado en el inicio del dimensionamiento igual a 70 considerado para el caacutelculo de balance de potencias En la segunda fase del proyecto se espera una mayor penetracioacuten de los servicios y un mayor nivel de interferencia en la celda

En la segunda fase del proyecto se hizo la simulacioacuten con mayores niveles de penetracioacuten de donde se obtuvo un nivel de interferencia mayor que en la primera fase Este nivel de interferencia proporciona la carga total de la celda (8747) que si bien es mayor todaviacutea no llegoacute a la unidad y asiacute a la capacidad maacutexima de la celda

164 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 12 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 2)

De acuerdo con el porcentaje de carga real en el downlink determinado desde el punto de vista de capacidad del Nodo B se procedioacute a determinar la variabilidad del radio de cobertura con los nuevos valores de carga

Tabla 13 Variabilidad del radio de celda

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 165

Seguacuten los nuevos valores de los radios de cobertura obtenidos se puede apreciar que no existe una cuantiosa reduccioacuten en el radio de celda Por tanto se puede afinar que se llegoacute al balance entre cobertura y capacidad

Figura 12 Variacioacuten del radio de cobertura conforme al equilibrio entre la cobertura y capacidad

6 Conclusiones

En este trabajo de investigacioacuten se ha abordado el dimensionamiento de la red de acceso radio UTRAN con el objetivo fundamental de optimizar los recursos de transmisioacuten y soporte de QoS Tambieacuten se ha analizado los principales paraacutemetros y alternativas de disentildeo a considerar en un escenario de despliegue real para COMTECO

A lo largo del anaacutelisis se ha puesto de manifiesto la extraordinaria complejidad asociada con el dimensionamiento de UTRAN Asiacute se dio lugar al presente trabajo para solucionar el problema desde un enfoque analiacutetico asegurando el equilibrio entre la cobertura y capacidad Empero se consideroacute necesario para la fase de implantacioacuten del proyecto que se validen los resultados obtenidos mediante el uso de herramientas especiacuteficas de planificacioacuten y optimizacioacuten de redes 3G propias del fabricante En la misma liacutenea se consideroacute acometer un estudio maacutes exhaustivo del impacto que puedan tener los mecanismos de gestioacuten de traacutefico y gestioacuten de recursos de radio

Referencias

[1] Holma H y A Toskala 2007 WCDMA for UMTS-HSPA Evolution and LTE

John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[2] Nawrocki M M Dohler y H Aghvanmi 2006 Understanding UMTS Radio

Network Modelling Planning and Automated Optimization Theory and Practice John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

166 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

[3] Wacker A J Laiho y T Novosad 2006 Radio Network Planning and

Optimization for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[4] Chevallier C 2006 WCDMA (UMTS) Deployment Handbook Planning and

Optimization Aspects John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[5] Holma H y A Toskala 2006 HSDPAHSUPA for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

150 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

15108

)843log(10()0174(

dBmN

MHzHzdBmN

WNoN

minus=+minus=

= (ec 4)

La sensibilidad del receptor consiste en el nivel de ruido sobre una sola portadora donde se define la relacioacuten sentildeal-ruido (SNR) en el receptor La sensibilidad contiene la ganancia de procesamiento y las peacuterdidas debido a la carga es decir la carga usada por los diferentes servicios montados sobre una portadora WCDMA

WNSNRS O = (ec 5)

Donde )1(

ηminus

=W

R

NE

SNRo

b

El miacutenimo nivel de sentildeal recibido apto para la demodulacioacuten exitosa se basa en la cantidad de energiacutea recibida y si esta energiacutea estaacute suficientemente por encima del ruido y la interferencia generada por el ruido teacutermico y el de los otros usuarios La sensibilidad puede ser calculada por la siguiente foacutermula

GPNo

EbNadSensibilid sdotsdot= (ec 6)

Donde GP Ganancia de procesamiento

)843(10 RkbpsMchipsLogGP sdot=

Tabla 4 Caacutelculo de la sensibilidad en el balance de potencias

Datos del receptor 122 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

NB UE NB UE NB UE NB UE

Ganancia por diversidad de la antena

RX [dB] 200 200 200 200 200 200 200 200

Ganancia de la antena RX [dBi]

1800 100 1800 100 1800 100 1800 100

Peacuterdida por cables [dB] 300 000 000 000 300 000 300 000

Densidad de ruido teacutermico [dBmHz]

-17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400 -17400

Figura de ruido del receptor [dB]

212 000 112 000 212 000 212 000

Potencia de ruido del receptor [dBm]

-10604 -10816 -10704 -10816 -10604 -10816 -10604 -10816

EbNo Requerido [dB] 220 080 220 080 220 080 220 080

Tasa de datos [Kbps] 1220 1220 6400 6400 14400 14400 38400 38400

Nivel de sensibilidad

del receptor[dBm] -12521 -12803 -12152 -12443 -11809 -12161 -11394 -11715

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 151

522 Consideraciones en WCDMA para HSDPA

Para el despliegue de HSDPA es necesario contar como base con el Release 99 de UMTS ya que al constituirse en una mejora y un aprovechamiento de la interfaz de aire de UMTS HSDPA hace uso de todos los canales ya definidos para el Release 99

A pesar que HSDPA es una caracteriacutestica del downlink existen efectos adicionales en el uplink El canal de subida HS-PDCCH que provee una retroalimentacioacuten a la red desde la estacioacuten moacutevil debe ser tomado en cuenta La interferencia adicional no es contemplada por EbNo y por ello cierta potencia de transmisioacuten del moacutevil debe ser reservada para este traacutefico

Otro margen adicional que debe ser tomado en cuenta viene a raiacutez de que el control de potencia para HS-DPCCH no es oacuteptimo para los usuarios HSDPA que se encuentren ejerciendo soft handover

El principal impacto de la introduccioacuten de HSDPA se encuentra en la direccioacuten del downlink La potencia adicional necesaria para las transmisiones HSDPA necesita ser definida de manera que auacuten pueda disponerse de los canales DCH

WCDMA en el Release 99 tiacutepicamente usaba EbNo para denotar la recepcioacuten de energiacutea por bit recibido por razoacuten de ruido El EbNo corresponde uacutenicamente a un bloque de error (BLER) para una cierta tasa donde el uacutenico paraacutemetro de adaptacioacuten es la ganancia de esparcimiento Sin embargo la medida de EbNo no es una medida atractiva para HSDPA debido a que la tasa de datos en HS-DSCH variacutea en cada intervalo de transmisioacuten (TTI) usando diferentes esquemas de modulacioacuten codificacioacuten y un cierto nuacutemero de HS-PDSCH Por ello es necesario definir la relacioacuten promedio sentildeal-interferencia maacutes ruido en HSDSCH (SINR)

+minussdotsdot=

GP

PSFSINR

TOT

HSDPA

11

16

α (ec 7)

Donde SF16 es el factor de ensanchado de HS-PDSCH es el factor de ortogonalidad y otro paraacutemetro comuacutenmente usado es la relacioacuten misma celda vs otras celdas maacutes ruido de interferencia o factor de geometriacutea La 3GPP recomienda que para un entorno macrocelular SINR oscile entre valores de -5dB y -3dB Se debe notar que el SINR HS-DSCH es independiente del nuacutemero de coacutedigos HS-PDSCH usados el esquema de modulacioacuten y la tasa de codificacioacuten

Para el proceso de dimensionamiento del enlace downlink HSDPA se debe encontrar la relacioacuten entre el throughput promedio y la relacioacuten SINR promedio Extendidas las simulaciones a nivel del enlace y de acuerdo con las especificaciones de la 3GPP se consigue determinar una relacioacuten que involucre ambos valores

142100476000390][ 2 +sdot+sdot= SINRSINRMbpsThr dBSINRdB 205 leleminus (ec 8)

Donde Thr representa la carga que genera un usuario con un cierto SINR o la carga combinada de la celda de varios usuarios teniendo como promedio el mismo SNR

152 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 5 Consideraciones para HSDPA

LINK BUDGET HSDPA Caracteriacutesticas teacutecnicas

UL DL Frecuencia [MHz] 900

Transmisor UE NB Potencia para canales HS-DSCH 80

Potencia maacutexima de transmisioacuten 013 300 Tasa de datos uplink [Kbps] 64

Potencia HS-DSCH - 240 Tasa de datos downlink [Kbps] 512

Pot maacutex de transmisioacuten [dBm] 210 438 Factor sobre venta en el uplink 4

Ganancia de la antena [dBi] 20 180 Factor sobre venta en el downlink 8

Cable loss including MHA intersection loss

[dB] 00 30 Carga del uplink 50

EIRP [dBm] 230 588 Carga del downlink 70

Por datos estrateacutegicos en la empresa se definioacute que la vel miacutenima para HSDPA sea 512 Kbps

523 Margen de interferencia

El factor limitante para el desempentildeo y la capacidad de un Nodo B es la recepcioacuten total de interferencia TOTALI La interferencia consiste de dos partes ownI e otherI

como tambieacuten la interferencia de otros sistemas sistemasOtrosI _ y el ruido teacutermico N

NIIII systemsotheotherownTOTAL +++= _

bull Iown Es causada por la interferencia de los mismos usuarios dentro de una celda

bull Iother Es causada por usuarios de otras celdas junto a las estaciones base que los estaacuten atendiendo

bull systemsotherI _ Viene de diferentes sistemas canales adyacentes o fugas

de potencias de otras tecnologiacuteas

Estos conceptos ayudan a definir la relacioacuten i ndash factor

own

other

I

Ii =

Se define como i ndash factor la relacioacuten existente entre la interferencia generada por las otras celdas sobre la interferencia generada por la misma celda El valor i-factor depende del entorno de propagacioacuten aacutereas de solapamiento de las celdas nuacutemero de sectores en el Nodo B intensidad de traacutefico y su distribucioacuten y distancia a las celdas servidoras o celdas que interfieren

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 153

Tabla 6 Valores tiacutepicos de factor i

Microcelda Macrocelda

Omnidireccional Omnidireccional 2 Sectores 3 Sectores 4 sectores 6 Sectores 025lt055 045 055 065 075 085

El margen de interferencia en la celda se define como el total de interferencia sobre el ruido teacutermico

N

I

IMTOTAL

=

Este paraacutemetro limita la sensibilidad de recepcioacuten por lo tanto es importante considerarlo para poder estimar la cobertura Para el propoacutesito de disentildeo y caacutelculo del balance de potencias el IM es expresado como incremento de ruido o noise rise

)log(10 IMNR =

El NR representa la porcioacuten total de potencia recibida en dB Tiacutepicamente este valor debe ir de 2 - 4 [dB] para celdas limitadas en cobertura y de 4 ndash 7 [dB] para celdas limitadas por capacidad [2]

El margen de interferencia es el uacutenico paraacutemetro tomado en cuenta en balance de potencias que viene a estar relacionado directamente con la carga de la celda

El NR tambieacuten puede ser expresado en cuanto a la carga

)1

1log(10

ηminus=NR

El noise rise va a limitar la maacutexima peacuterdida de trayecto entre el moacutevil y el Nodo B Si la carga se aproxima a 100 el NR tiende a infinito por ello el radio de celda se hace cero y el sistema inestable

Es necesario definir el porcentaje de carga de la celda ya que este describiraacute cuaacutenta interferencia es generada en la celda Haciendo el estudio para el uplink cuando ULη se

aproxima a 1 el noise rise generado tiende a infinito y el sistema llega a su capacidad maacutexima e inestable

Seguacuten [1] para una red que se encuentra en la fase inicial de despliegue es recomendable adoptar un porcentaje de carga en el uplink igual a 50-60 Haciendo uso de Matlab se simuloacute el comportamiento de la carga de la celda para diferentes tasas de datos

154 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 6 Nivel de interferencia uplink

En el graacutefico obtenido mediante la simulacioacuten en vez de mostrar los usuarios simultaacuteneos se muestra el caudal de traacutefico o throughput en Kbps

En el caso del enlace descendente el comportamiento es similar soacutelo los paraacutemetros de entrada difieren ligeramente

En comparacioacuten con la ecuacioacuten de carga del uplink el paraacutemetro de suma importancia es el factor de ortogonalidad α UMTS hace uso de coacutedigos de ortogonalidad en el enlace descendente para separar y diferenciar a los usuarios unos de otros La ortogonalidad de 1 corresponde a usuarios perfectamente ortogonales Tiacutepicamente estos valores estaacuten entre 04 y 05 en canales de multitrayecto [2]

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 155

Figura 7 Nivel de interferencia downlink

Para una red UMTS seguacuten [2] en dimensionamiento se recomienda adoptar una carga en el downlink igual a 70-80 Desde un punto de vista praacutectico y experiencia de trabajo con redes 3G dentro un escenario de despliegue real en Bolivia se pudo corroborar que dentro la planificacioacuten y disentildeo de redes UMTS Huawei un fabricante de equipos de telecomunicaciones realiza el dimensionamiento de red considerando un factor de carga igual a 75

Requerimientos de la empresa

Tasa de datos [Kbps] 122 32 64 144 384

Frecuencia [MHz] 900 900 900 900 900

Carga del uplink 50 50 50 50 50

Carga del downlink 70 70 70 70 70

Altura Nodo B [m] 30 30 30 30 30

Altura terminal moacutevil [m] 15 15 15 15 15

524 Caacutelculo de la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto permitida

Haciendo uso de todos los paraacutemetros ya detallados se determina la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto seguacuten diferentes tasas de velocidad y para diferentes entornos Como ejemplo se muestra el caacutelculo de diferentes tasas de velocidad para un entorno urbano denso Se determinan las maacuteximas peacuterdidas de trayecto permitidas tanto para interiores como para exteriores

156 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 7 Caacutelculo del link budget para diferentes velocidades en un entorno urbano

denso

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 157

53 Modelos de propagacioacuten y radio de celda

Las predicciones de los niveles de sentildeal y cobertura son de gran importancia al momento de planificar una red de telefoniacutea moacutevil

Adoptar un modelo de propagacioacuten ayuda a predecir el valor medio de sentildeal o las peacuterdidas generadas en la trayectoria entre un transmisor y un receptor seguacuten la distancia y otros factores que contribuyen a la peacuterdida de trayecto como el perfil del terreno presencia de edificaciones u obstaacuteculos alturas de las antenas transmisoras y receptoras frecuencia de operacioacuten etc

El modelo COST 231 Walfisch-Ikegami es ampliamente usado en modelos empiacutericos de caacutelculo de propagacioacuten [3] Este modelo ha sido adoptado como estaacutendar para sistemas 3G IMT2000UMTS Para determinar los radios de coberturas de las celdas se debe considerar la direccioacuten del enlace el tipo de entorno y la velocidad de transferencia que permitan una menor peacuterdida de trayecto

UMTS depende del intercambio de capacidad y cobertura Estas variables estaacuten descritas por el comportamiento del enlace de subida y de bajada conforme a la peacuterdida de camino que generan y la carga que soportan respectivamente

Con el fin de estudiar este fenoacutemeno se simulo el comportamiento del balance de potencias tanto en el uplink como en el downlink tomando como variable de entrada la carga que soportan provista por las ecuaciones de carga ηUL y ηDL

Figura 8 Intercambio de la capacidad y la cobertura

Como el alcance de la celda estaacute limitado sobre todo por el enlace de subida terminal moacutevil a Nodo B debido a las restricciones que tiene el transmisor en cuanto a potencia tamantildeo de antena y a las interferencias de las sentildeales provenientes de los otros terminales hacia el receptor Nodo B el caacutelculo del enlace realizado se limita al enlace de subida uplink budget

158 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 8 MAPL limitado por el enlace ascendente

URBANO

DENSO

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

MAPL 16238 18282 1638 18203 1635 18324 1636 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1568 17503 1565 17624 1566 17518 1557 17197

MAPL indoor 14538 15582 1468 15503 1465 15624 1464 15518 1457 15197

URBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14618 15982 1468 15903 147 16024 1472 16018 14726 15697

SUBURBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14738 15982 1478 15903 1475 16024 1476 16518 1477 16197

531 Caacutelculo del radio de celda por entorno

Aplicando el modelo de propagacioacuten seleccionado se definen los radios de cobertura de las celdas

msdrtsbf LLLL ++=

minus

+minus+++∆+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stottrtsbf dff

dhLLL

minus

+minus+++minus+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stotrftrtsbf dff

dhhLLL

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

)log(

)log(9)log(925

704)log(1854)1log(18)log(20)log(20432

+

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus=

minus

+minus+++minus+minus+sdot+sdot+=

fdff

hhLL

d

dff

dhhLfdL

srftrts

tot

stotrftrtstot

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

10 +

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus

=

fdff

hhLL

tot

srftrts

d

Como el enlace que limita la cobertura es el uplink se hace uso de la MAPL indoor para determinar el radio de cobertura

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 159

De acuerdo con los resultados obtenidos de los radios de cobertura de las celdas se definieron algunos sitios tentativos para la ubicacioacuten de los nodos b ya que COMTECO es propietaria de dichos sitios

Tabla 9 Resumen de radios de coberturas para diferentes entornos

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

Sitio UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

UD

1 Sucre 2060 3877 2245 3697 2205 3978 2191 3730 2098 3071

2 Centro 2243 4223 2302 4026 2260 4333 2260 4063 2244 3345

U

3 Muyurina 2571 5876 2670 5602 2703 6028 2736 6006 2742 4944

4 Sur 2687 6139 2790 5853 2824 6299 2858 6275 2865 5166

SU 5 Temporal 4129 8774 4236 8365 4160 9002 4185 12142 4205 9996

SU 6 V Bush Sur 3129 7507 3210 7157 3153 7701 3172 10388 3187 8552

SU 7 Pacata 4001 8502 4105 8106 4031 8723 4056 11766 4075 9686

SU 8 Zofraco 5264 8262 5400 7877 5303 8476 5335 11433 5361 9412

SU 9 Pucara 3361 6308 3449 6014 3386 6472 3407 8729 3424 7186

SU 10 Sacaba 2542 5401 2608 5149 2561 5541 2576 7474 2589 6153

U 11 Quillacollo 2333 5597 2467 5336 2351 5742 2365 7745 2376 6376

SU 12 Florida Sur 2969 6308 3045 6014 2991 6472 3009 8729 3023 7186

SU 13 Pintildeami 2983 5965 3060 5687 3005 6120 3023 8255 3038 6796

SU 14 Tiquipaya 3183 5973 3265 5695 3207 6128 3226 8266 3242 6805

SU 15 Feria 3272 6139 2797 5853 3296 6299 3316 8496 3332 6994

SU 16 Valle Hermoso 3227 6857 3311 6538 3251 6702 3271 9489 3287 7812

Seguacuten el entorno se determinoacute que el radio de cobertura de la celda sea el menor permitido de entre todos los diferentes servicios ofertados Para determinar el radio de cobertura de HSDPA se debe considerar que eacuteste variariacutea constantemente dependiendo de las condiciones del canal radio y de su esquema de modulacioacuten las mayores velocidades de transferencia son alcanzadas cuando el UE estaacute maacutes proacuteximo al Nodo B [1]

160 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 9 Modulaciones en UMTSHSDPA

Figura 10 Variacioacuten radio de cobertura HSDPA

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 161

Para clasificar los entornos existentes en el proyecto no es suficiente catalogarlos seguacuten sus caracteriacutesticas geograacuteficas sino maacutes bien tomar en cuenta la densidad de usuarios potenciales que existan en ellos Considerando que en Cochabamba no existe una fuente de informacioacuten que refleje la cantidad de usuarios de servicios de telecomunicaciones distribuidos por zonas se hizo una analogiacutea con el reporte de traacutefico generado por las estaciones base de un operador de telefoniacutea moacutevil del departamento

Asiacute se obtiene los porcentajes de concentracioacuten de usuarios potenciales por entorno urbano denso urbano y suburbano Estos porcentajes fueron adoptados en el disentildeo para distribuir la demanda en los diferentes entornos por provincia

Tabla 10 Distribucioacuten de la demanda

Entorno Densidad 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

CERCADO

URBANO

DENSO 34 5818 11167 15556 18911 21487 23594 25466 2725 29031 3086 32389

URBANO 27 4621 8868 12353 15018 17063 18736 20223 21639 23054 24506 25721

SUBURBANO 39 6674 12809 17844 21693 24647 27064 29211 31257 33301 35398 37152

SACABA

SUBURBANO 100 4655 10234 16778 23398 2918 33717 37363 41143 44905 4901 52497

QUILLACOLLO

URBANO 52 4825 10408 1682 23401 2936 347 39812 45081 50761 57007 62596

SUBURBANO 48 4453 9608 15526 216 27102 32031 36749 41614 46856 52621 57781

54 Caacutelculo del traacutefico por celda

Para calcular el balance de potencias se consideroacute un porcentaje de carga igual a 50 en el uplink y 70 en el downlink

Como se vio en los apartados anteriores en UMTS el enlace descendente es el que limita la capacidad de la celda debido a que el Nodo B debe compartir la potencia entre todos los usuarios que se conectan a la red en la respectiva celda que atiende el Nodo B

Para dimensionar la carga de la celda se hizo uso de Matlab en el que se desarrolloacute un simulador de modelo de traacutefico derivado de las ecuaciones de carga en el downlink Siguiendo la metodologiacutea de planificacioacuten de radio se debe llegar a un equilibrio entre la cobertura y la capacidad mediante la validacioacuten del radio de cobertura ya establecido y otro conforme a un anaacutelisis de carga de la celda

En este apartado se determinaraacute la carga real de la celda seguacuten una cierta penetracioacuten de servicios recomendada por la UIT para redes 3G en Latinoameacuterica y dicha carga real determinaraacute la nueva MAPL de la celda

162 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Penetracioacuten de Servicios

Servicio de videollamadas

32 kbps

Servicio de datos

64 kbps

Servicio de datos

144 kbps

Servicio de datos

384 kbps

Servicio de voz

15 kbps

η1 η2 η3 η4 η5

N1 Usuarios

N2 Usuarios

N 3 Usuarios

N4 Usuarios

N 5 Usuarios

NR1 NR2 NR3 NR4 NR4+ + + +

NRtotal

Carga 1 [ kbps]

Carga 2 [kbps]

Carga 3 [kbps]

Carga 4 [ kbps]

Carga 5 [kbps]

Cargatotal

[kbps]

η

minus+=

vRNoEb

W

i

NulNumDL

)()1( α

sum=

+minus=N

j

iaRjW

jNo

EbvjNdl

1

])1[(

)(

)1

1(log10 10

NdlNR

minus=

)1( BLERRNThroughput minus=+ + + +

sum

sum

Figura 11 Planificacioacuten de capacidad

541 Traacutefico generado por usuario

Para estimar el traacutefico de voz que genera cada usuario se adoptoacute los reportes anuales de un operador de telefoniacutea moacutevil sobre la cantidad de minutos promedio que usa un cliente por mes (Minutes of Use)

diacuteaerdiacuteara lacioacutenlacioacutenMoUmensualTraacutefico

picohoraTraacutefico _int_int ReRe602430

)_(___ =

Donde

diacutearalacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado en la hora pico y el resto de horas del

diacutea

diacuteaerlacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado el diacutea pico y el resto de diacuteas del mes

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 163

El traacutefico generado por videollamadas fue adoptado de valores recomendados por [3] El traacutefico de datos generado por los usuarios fue calculado a partir del tiempo promedio de visita a portales moacuteviles

En la primera fase del proyecto se hizo la simulacioacuten del modelo de traacutefico con los valores de penetracioacuten correspondientes a ese periodo Para describir los caacutelculos realizados se tomaraacute como ejemplo los resultados de una celda de dos sectores

Tabla 11 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 1)

El modelo desarrollado determina la carga en kbps por servicio de acuerdo con una penetracioacuten de entrada y por ende la capacidad total de la celda Seguacuten esa carga es posible determinar los canales simultaacuteneos por usuario Los canales simultaacuteneos generan un cierto nivel de interferencia en toda la celda y por tanto determinan el porcentaje de carga total de la celda

En la primera fase se genera un nivel de carga de 7318 que es muy proacuteximo al valor teoacuterico adoptado en el inicio del dimensionamiento igual a 70 considerado para el caacutelculo de balance de potencias En la segunda fase del proyecto se espera una mayor penetracioacuten de los servicios y un mayor nivel de interferencia en la celda

En la segunda fase del proyecto se hizo la simulacioacuten con mayores niveles de penetracioacuten de donde se obtuvo un nivel de interferencia mayor que en la primera fase Este nivel de interferencia proporciona la carga total de la celda (8747) que si bien es mayor todaviacutea no llegoacute a la unidad y asiacute a la capacidad maacutexima de la celda

164 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 12 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 2)

De acuerdo con el porcentaje de carga real en el downlink determinado desde el punto de vista de capacidad del Nodo B se procedioacute a determinar la variabilidad del radio de cobertura con los nuevos valores de carga

Tabla 13 Variabilidad del radio de celda

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 165

Seguacuten los nuevos valores de los radios de cobertura obtenidos se puede apreciar que no existe una cuantiosa reduccioacuten en el radio de celda Por tanto se puede afinar que se llegoacute al balance entre cobertura y capacidad

Figura 12 Variacioacuten del radio de cobertura conforme al equilibrio entre la cobertura y capacidad

6 Conclusiones

En este trabajo de investigacioacuten se ha abordado el dimensionamiento de la red de acceso radio UTRAN con el objetivo fundamental de optimizar los recursos de transmisioacuten y soporte de QoS Tambieacuten se ha analizado los principales paraacutemetros y alternativas de disentildeo a considerar en un escenario de despliegue real para COMTECO

A lo largo del anaacutelisis se ha puesto de manifiesto la extraordinaria complejidad asociada con el dimensionamiento de UTRAN Asiacute se dio lugar al presente trabajo para solucionar el problema desde un enfoque analiacutetico asegurando el equilibrio entre la cobertura y capacidad Empero se consideroacute necesario para la fase de implantacioacuten del proyecto que se validen los resultados obtenidos mediante el uso de herramientas especiacuteficas de planificacioacuten y optimizacioacuten de redes 3G propias del fabricante En la misma liacutenea se consideroacute acometer un estudio maacutes exhaustivo del impacto que puedan tener los mecanismos de gestioacuten de traacutefico y gestioacuten de recursos de radio

Referencias

[1] Holma H y A Toskala 2007 WCDMA for UMTS-HSPA Evolution and LTE

John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[2] Nawrocki M M Dohler y H Aghvanmi 2006 Understanding UMTS Radio

Network Modelling Planning and Automated Optimization Theory and Practice John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

166 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

[3] Wacker A J Laiho y T Novosad 2006 Radio Network Planning and

Optimization for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[4] Chevallier C 2006 WCDMA (UMTS) Deployment Handbook Planning and

Optimization Aspects John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[5] Holma H y A Toskala 2006 HSDPAHSUPA for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 151

522 Consideraciones en WCDMA para HSDPA

Para el despliegue de HSDPA es necesario contar como base con el Release 99 de UMTS ya que al constituirse en una mejora y un aprovechamiento de la interfaz de aire de UMTS HSDPA hace uso de todos los canales ya definidos para el Release 99

A pesar que HSDPA es una caracteriacutestica del downlink existen efectos adicionales en el uplink El canal de subida HS-PDCCH que provee una retroalimentacioacuten a la red desde la estacioacuten moacutevil debe ser tomado en cuenta La interferencia adicional no es contemplada por EbNo y por ello cierta potencia de transmisioacuten del moacutevil debe ser reservada para este traacutefico

Otro margen adicional que debe ser tomado en cuenta viene a raiacutez de que el control de potencia para HS-DPCCH no es oacuteptimo para los usuarios HSDPA que se encuentren ejerciendo soft handover

El principal impacto de la introduccioacuten de HSDPA se encuentra en la direccioacuten del downlink La potencia adicional necesaria para las transmisiones HSDPA necesita ser definida de manera que auacuten pueda disponerse de los canales DCH

WCDMA en el Release 99 tiacutepicamente usaba EbNo para denotar la recepcioacuten de energiacutea por bit recibido por razoacuten de ruido El EbNo corresponde uacutenicamente a un bloque de error (BLER) para una cierta tasa donde el uacutenico paraacutemetro de adaptacioacuten es la ganancia de esparcimiento Sin embargo la medida de EbNo no es una medida atractiva para HSDPA debido a que la tasa de datos en HS-DSCH variacutea en cada intervalo de transmisioacuten (TTI) usando diferentes esquemas de modulacioacuten codificacioacuten y un cierto nuacutemero de HS-PDSCH Por ello es necesario definir la relacioacuten promedio sentildeal-interferencia maacutes ruido en HSDSCH (SINR)

+minussdotsdot=

GP

PSFSINR

TOT

HSDPA

11

16

α (ec 7)

Donde SF16 es el factor de ensanchado de HS-PDSCH es el factor de ortogonalidad y otro paraacutemetro comuacutenmente usado es la relacioacuten misma celda vs otras celdas maacutes ruido de interferencia o factor de geometriacutea La 3GPP recomienda que para un entorno macrocelular SINR oscile entre valores de -5dB y -3dB Se debe notar que el SINR HS-DSCH es independiente del nuacutemero de coacutedigos HS-PDSCH usados el esquema de modulacioacuten y la tasa de codificacioacuten

Para el proceso de dimensionamiento del enlace downlink HSDPA se debe encontrar la relacioacuten entre el throughput promedio y la relacioacuten SINR promedio Extendidas las simulaciones a nivel del enlace y de acuerdo con las especificaciones de la 3GPP se consigue determinar una relacioacuten que involucre ambos valores

142100476000390][ 2 +sdot+sdot= SINRSINRMbpsThr dBSINRdB 205 leleminus (ec 8)

Donde Thr representa la carga que genera un usuario con un cierto SINR o la carga combinada de la celda de varios usuarios teniendo como promedio el mismo SNR

152 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 5 Consideraciones para HSDPA

LINK BUDGET HSDPA Caracteriacutesticas teacutecnicas

UL DL Frecuencia [MHz] 900

Transmisor UE NB Potencia para canales HS-DSCH 80

Potencia maacutexima de transmisioacuten 013 300 Tasa de datos uplink [Kbps] 64

Potencia HS-DSCH - 240 Tasa de datos downlink [Kbps] 512

Pot maacutex de transmisioacuten [dBm] 210 438 Factor sobre venta en el uplink 4

Ganancia de la antena [dBi] 20 180 Factor sobre venta en el downlink 8

Cable loss including MHA intersection loss

[dB] 00 30 Carga del uplink 50

EIRP [dBm] 230 588 Carga del downlink 70

Por datos estrateacutegicos en la empresa se definioacute que la vel miacutenima para HSDPA sea 512 Kbps

523 Margen de interferencia

El factor limitante para el desempentildeo y la capacidad de un Nodo B es la recepcioacuten total de interferencia TOTALI La interferencia consiste de dos partes ownI e otherI

como tambieacuten la interferencia de otros sistemas sistemasOtrosI _ y el ruido teacutermico N

NIIII systemsotheotherownTOTAL +++= _

bull Iown Es causada por la interferencia de los mismos usuarios dentro de una celda

bull Iother Es causada por usuarios de otras celdas junto a las estaciones base que los estaacuten atendiendo

bull systemsotherI _ Viene de diferentes sistemas canales adyacentes o fugas

de potencias de otras tecnologiacuteas

Estos conceptos ayudan a definir la relacioacuten i ndash factor

own

other

I

Ii =

Se define como i ndash factor la relacioacuten existente entre la interferencia generada por las otras celdas sobre la interferencia generada por la misma celda El valor i-factor depende del entorno de propagacioacuten aacutereas de solapamiento de las celdas nuacutemero de sectores en el Nodo B intensidad de traacutefico y su distribucioacuten y distancia a las celdas servidoras o celdas que interfieren

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Tabla 6 Valores tiacutepicos de factor i

Microcelda Macrocelda

Omnidireccional Omnidireccional 2 Sectores 3 Sectores 4 sectores 6 Sectores 025lt055 045 055 065 075 085

El margen de interferencia en la celda se define como el total de interferencia sobre el ruido teacutermico

N

I

IMTOTAL

=

Este paraacutemetro limita la sensibilidad de recepcioacuten por lo tanto es importante considerarlo para poder estimar la cobertura Para el propoacutesito de disentildeo y caacutelculo del balance de potencias el IM es expresado como incremento de ruido o noise rise

)log(10 IMNR =

El NR representa la porcioacuten total de potencia recibida en dB Tiacutepicamente este valor debe ir de 2 - 4 [dB] para celdas limitadas en cobertura y de 4 ndash 7 [dB] para celdas limitadas por capacidad [2]

El margen de interferencia es el uacutenico paraacutemetro tomado en cuenta en balance de potencias que viene a estar relacionado directamente con la carga de la celda

El NR tambieacuten puede ser expresado en cuanto a la carga

)1

1log(10

ηminus=NR

El noise rise va a limitar la maacutexima peacuterdida de trayecto entre el moacutevil y el Nodo B Si la carga se aproxima a 100 el NR tiende a infinito por ello el radio de celda se hace cero y el sistema inestable

Es necesario definir el porcentaje de carga de la celda ya que este describiraacute cuaacutenta interferencia es generada en la celda Haciendo el estudio para el uplink cuando ULη se

aproxima a 1 el noise rise generado tiende a infinito y el sistema llega a su capacidad maacutexima e inestable

Seguacuten [1] para una red que se encuentra en la fase inicial de despliegue es recomendable adoptar un porcentaje de carga en el uplink igual a 50-60 Haciendo uso de Matlab se simuloacute el comportamiento de la carga de la celda para diferentes tasas de datos

154 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 6 Nivel de interferencia uplink

En el graacutefico obtenido mediante la simulacioacuten en vez de mostrar los usuarios simultaacuteneos se muestra el caudal de traacutefico o throughput en Kbps

En el caso del enlace descendente el comportamiento es similar soacutelo los paraacutemetros de entrada difieren ligeramente

En comparacioacuten con la ecuacioacuten de carga del uplink el paraacutemetro de suma importancia es el factor de ortogonalidad α UMTS hace uso de coacutedigos de ortogonalidad en el enlace descendente para separar y diferenciar a los usuarios unos de otros La ortogonalidad de 1 corresponde a usuarios perfectamente ortogonales Tiacutepicamente estos valores estaacuten entre 04 y 05 en canales de multitrayecto [2]

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 155

Figura 7 Nivel de interferencia downlink

Para una red UMTS seguacuten [2] en dimensionamiento se recomienda adoptar una carga en el downlink igual a 70-80 Desde un punto de vista praacutectico y experiencia de trabajo con redes 3G dentro un escenario de despliegue real en Bolivia se pudo corroborar que dentro la planificacioacuten y disentildeo de redes UMTS Huawei un fabricante de equipos de telecomunicaciones realiza el dimensionamiento de red considerando un factor de carga igual a 75

Requerimientos de la empresa

Tasa de datos [Kbps] 122 32 64 144 384

Frecuencia [MHz] 900 900 900 900 900

Carga del uplink 50 50 50 50 50

Carga del downlink 70 70 70 70 70

Altura Nodo B [m] 30 30 30 30 30

Altura terminal moacutevil [m] 15 15 15 15 15

524 Caacutelculo de la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto permitida

Haciendo uso de todos los paraacutemetros ya detallados se determina la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto seguacuten diferentes tasas de velocidad y para diferentes entornos Como ejemplo se muestra el caacutelculo de diferentes tasas de velocidad para un entorno urbano denso Se determinan las maacuteximas peacuterdidas de trayecto permitidas tanto para interiores como para exteriores

156 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 7 Caacutelculo del link budget para diferentes velocidades en un entorno urbano

denso

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 157

53 Modelos de propagacioacuten y radio de celda

Las predicciones de los niveles de sentildeal y cobertura son de gran importancia al momento de planificar una red de telefoniacutea moacutevil

Adoptar un modelo de propagacioacuten ayuda a predecir el valor medio de sentildeal o las peacuterdidas generadas en la trayectoria entre un transmisor y un receptor seguacuten la distancia y otros factores que contribuyen a la peacuterdida de trayecto como el perfil del terreno presencia de edificaciones u obstaacuteculos alturas de las antenas transmisoras y receptoras frecuencia de operacioacuten etc

El modelo COST 231 Walfisch-Ikegami es ampliamente usado en modelos empiacutericos de caacutelculo de propagacioacuten [3] Este modelo ha sido adoptado como estaacutendar para sistemas 3G IMT2000UMTS Para determinar los radios de coberturas de las celdas se debe considerar la direccioacuten del enlace el tipo de entorno y la velocidad de transferencia que permitan una menor peacuterdida de trayecto

UMTS depende del intercambio de capacidad y cobertura Estas variables estaacuten descritas por el comportamiento del enlace de subida y de bajada conforme a la peacuterdida de camino que generan y la carga que soportan respectivamente

Con el fin de estudiar este fenoacutemeno se simulo el comportamiento del balance de potencias tanto en el uplink como en el downlink tomando como variable de entrada la carga que soportan provista por las ecuaciones de carga ηUL y ηDL

Figura 8 Intercambio de la capacidad y la cobertura

Como el alcance de la celda estaacute limitado sobre todo por el enlace de subida terminal moacutevil a Nodo B debido a las restricciones que tiene el transmisor en cuanto a potencia tamantildeo de antena y a las interferencias de las sentildeales provenientes de los otros terminales hacia el receptor Nodo B el caacutelculo del enlace realizado se limita al enlace de subida uplink budget

158 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 8 MAPL limitado por el enlace ascendente

URBANO

DENSO

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

MAPL 16238 18282 1638 18203 1635 18324 1636 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1568 17503 1565 17624 1566 17518 1557 17197

MAPL indoor 14538 15582 1468 15503 1465 15624 1464 15518 1457 15197

URBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14618 15982 1468 15903 147 16024 1472 16018 14726 15697

SUBURBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14738 15982 1478 15903 1475 16024 1476 16518 1477 16197

531 Caacutelculo del radio de celda por entorno

Aplicando el modelo de propagacioacuten seleccionado se definen los radios de cobertura de las celdas

msdrtsbf LLLL ++=

minus

+minus+++∆+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stottrtsbf dff

dhLLL

minus

+minus+++minus+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stotrftrtsbf dff

dhhLLL

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

)log(

)log(9)log(925

704)log(1854)1log(18)log(20)log(20432

+

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus=

minus

+minus+++minus+minus+sdot+sdot+=

fdff

hhLL

d

dff

dhhLfdL

srftrts

tot

stotrftrtstot

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

10 +

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus

=

fdff

hhLL

tot

srftrts

d

Como el enlace que limita la cobertura es el uplink se hace uso de la MAPL indoor para determinar el radio de cobertura

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 159

De acuerdo con los resultados obtenidos de los radios de cobertura de las celdas se definieron algunos sitios tentativos para la ubicacioacuten de los nodos b ya que COMTECO es propietaria de dichos sitios

Tabla 9 Resumen de radios de coberturas para diferentes entornos

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

Sitio UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

UD

1 Sucre 2060 3877 2245 3697 2205 3978 2191 3730 2098 3071

2 Centro 2243 4223 2302 4026 2260 4333 2260 4063 2244 3345

U

3 Muyurina 2571 5876 2670 5602 2703 6028 2736 6006 2742 4944

4 Sur 2687 6139 2790 5853 2824 6299 2858 6275 2865 5166

SU 5 Temporal 4129 8774 4236 8365 4160 9002 4185 12142 4205 9996

SU 6 V Bush Sur 3129 7507 3210 7157 3153 7701 3172 10388 3187 8552

SU 7 Pacata 4001 8502 4105 8106 4031 8723 4056 11766 4075 9686

SU 8 Zofraco 5264 8262 5400 7877 5303 8476 5335 11433 5361 9412

SU 9 Pucara 3361 6308 3449 6014 3386 6472 3407 8729 3424 7186

SU 10 Sacaba 2542 5401 2608 5149 2561 5541 2576 7474 2589 6153

U 11 Quillacollo 2333 5597 2467 5336 2351 5742 2365 7745 2376 6376

SU 12 Florida Sur 2969 6308 3045 6014 2991 6472 3009 8729 3023 7186

SU 13 Pintildeami 2983 5965 3060 5687 3005 6120 3023 8255 3038 6796

SU 14 Tiquipaya 3183 5973 3265 5695 3207 6128 3226 8266 3242 6805

SU 15 Feria 3272 6139 2797 5853 3296 6299 3316 8496 3332 6994

SU 16 Valle Hermoso 3227 6857 3311 6538 3251 6702 3271 9489 3287 7812

Seguacuten el entorno se determinoacute que el radio de cobertura de la celda sea el menor permitido de entre todos los diferentes servicios ofertados Para determinar el radio de cobertura de HSDPA se debe considerar que eacuteste variariacutea constantemente dependiendo de las condiciones del canal radio y de su esquema de modulacioacuten las mayores velocidades de transferencia son alcanzadas cuando el UE estaacute maacutes proacuteximo al Nodo B [1]

160 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 9 Modulaciones en UMTSHSDPA

Figura 10 Variacioacuten radio de cobertura HSDPA

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 161

Para clasificar los entornos existentes en el proyecto no es suficiente catalogarlos seguacuten sus caracteriacutesticas geograacuteficas sino maacutes bien tomar en cuenta la densidad de usuarios potenciales que existan en ellos Considerando que en Cochabamba no existe una fuente de informacioacuten que refleje la cantidad de usuarios de servicios de telecomunicaciones distribuidos por zonas se hizo una analogiacutea con el reporte de traacutefico generado por las estaciones base de un operador de telefoniacutea moacutevil del departamento

Asiacute se obtiene los porcentajes de concentracioacuten de usuarios potenciales por entorno urbano denso urbano y suburbano Estos porcentajes fueron adoptados en el disentildeo para distribuir la demanda en los diferentes entornos por provincia

Tabla 10 Distribucioacuten de la demanda

Entorno Densidad 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

CERCADO

URBANO

DENSO 34 5818 11167 15556 18911 21487 23594 25466 2725 29031 3086 32389

URBANO 27 4621 8868 12353 15018 17063 18736 20223 21639 23054 24506 25721

SUBURBANO 39 6674 12809 17844 21693 24647 27064 29211 31257 33301 35398 37152

SACABA

SUBURBANO 100 4655 10234 16778 23398 2918 33717 37363 41143 44905 4901 52497

QUILLACOLLO

URBANO 52 4825 10408 1682 23401 2936 347 39812 45081 50761 57007 62596

SUBURBANO 48 4453 9608 15526 216 27102 32031 36749 41614 46856 52621 57781

54 Caacutelculo del traacutefico por celda

Para calcular el balance de potencias se consideroacute un porcentaje de carga igual a 50 en el uplink y 70 en el downlink

Como se vio en los apartados anteriores en UMTS el enlace descendente es el que limita la capacidad de la celda debido a que el Nodo B debe compartir la potencia entre todos los usuarios que se conectan a la red en la respectiva celda que atiende el Nodo B

Para dimensionar la carga de la celda se hizo uso de Matlab en el que se desarrolloacute un simulador de modelo de traacutefico derivado de las ecuaciones de carga en el downlink Siguiendo la metodologiacutea de planificacioacuten de radio se debe llegar a un equilibrio entre la cobertura y la capacidad mediante la validacioacuten del radio de cobertura ya establecido y otro conforme a un anaacutelisis de carga de la celda

En este apartado se determinaraacute la carga real de la celda seguacuten una cierta penetracioacuten de servicios recomendada por la UIT para redes 3G en Latinoameacuterica y dicha carga real determinaraacute la nueva MAPL de la celda

162 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Penetracioacuten de Servicios

Servicio de videollamadas

32 kbps

Servicio de datos

64 kbps

Servicio de datos

144 kbps

Servicio de datos

384 kbps

Servicio de voz

15 kbps

η1 η2 η3 η4 η5

N1 Usuarios

N2 Usuarios

N 3 Usuarios

N4 Usuarios

N 5 Usuarios

NR1 NR2 NR3 NR4 NR4+ + + +

NRtotal

Carga 1 [ kbps]

Carga 2 [kbps]

Carga 3 [kbps]

Carga 4 [ kbps]

Carga 5 [kbps]

Cargatotal

[kbps]

η

minus+=

vRNoEb

W

i

NulNumDL

)()1( α

sum=

+minus=N

j

iaRjW

jNo

EbvjNdl

1

])1[(

)(

)1

1(log10 10

NdlNR

minus=

)1( BLERRNThroughput minus=+ + + +

sum

sum

Figura 11 Planificacioacuten de capacidad

541 Traacutefico generado por usuario

Para estimar el traacutefico de voz que genera cada usuario se adoptoacute los reportes anuales de un operador de telefoniacutea moacutevil sobre la cantidad de minutos promedio que usa un cliente por mes (Minutes of Use)

diacuteaerdiacuteara lacioacutenlacioacutenMoUmensualTraacutefico

picohoraTraacutefico _int_int ReRe602430

)_(___ =

Donde

diacutearalacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado en la hora pico y el resto de horas del

diacutea

diacuteaerlacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado el diacutea pico y el resto de diacuteas del mes

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 163

El traacutefico generado por videollamadas fue adoptado de valores recomendados por [3] El traacutefico de datos generado por los usuarios fue calculado a partir del tiempo promedio de visita a portales moacuteviles

En la primera fase del proyecto se hizo la simulacioacuten del modelo de traacutefico con los valores de penetracioacuten correspondientes a ese periodo Para describir los caacutelculos realizados se tomaraacute como ejemplo los resultados de una celda de dos sectores

Tabla 11 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 1)

El modelo desarrollado determina la carga en kbps por servicio de acuerdo con una penetracioacuten de entrada y por ende la capacidad total de la celda Seguacuten esa carga es posible determinar los canales simultaacuteneos por usuario Los canales simultaacuteneos generan un cierto nivel de interferencia en toda la celda y por tanto determinan el porcentaje de carga total de la celda

En la primera fase se genera un nivel de carga de 7318 que es muy proacuteximo al valor teoacuterico adoptado en el inicio del dimensionamiento igual a 70 considerado para el caacutelculo de balance de potencias En la segunda fase del proyecto se espera una mayor penetracioacuten de los servicios y un mayor nivel de interferencia en la celda

En la segunda fase del proyecto se hizo la simulacioacuten con mayores niveles de penetracioacuten de donde se obtuvo un nivel de interferencia mayor que en la primera fase Este nivel de interferencia proporciona la carga total de la celda (8747) que si bien es mayor todaviacutea no llegoacute a la unidad y asiacute a la capacidad maacutexima de la celda

164 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 12 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 2)

De acuerdo con el porcentaje de carga real en el downlink determinado desde el punto de vista de capacidad del Nodo B se procedioacute a determinar la variabilidad del radio de cobertura con los nuevos valores de carga

Tabla 13 Variabilidad del radio de celda

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 165

Seguacuten los nuevos valores de los radios de cobertura obtenidos se puede apreciar que no existe una cuantiosa reduccioacuten en el radio de celda Por tanto se puede afinar que se llegoacute al balance entre cobertura y capacidad

Figura 12 Variacioacuten del radio de cobertura conforme al equilibrio entre la cobertura y capacidad

6 Conclusiones

En este trabajo de investigacioacuten se ha abordado el dimensionamiento de la red de acceso radio UTRAN con el objetivo fundamental de optimizar los recursos de transmisioacuten y soporte de QoS Tambieacuten se ha analizado los principales paraacutemetros y alternativas de disentildeo a considerar en un escenario de despliegue real para COMTECO

A lo largo del anaacutelisis se ha puesto de manifiesto la extraordinaria complejidad asociada con el dimensionamiento de UTRAN Asiacute se dio lugar al presente trabajo para solucionar el problema desde un enfoque analiacutetico asegurando el equilibrio entre la cobertura y capacidad Empero se consideroacute necesario para la fase de implantacioacuten del proyecto que se validen los resultados obtenidos mediante el uso de herramientas especiacuteficas de planificacioacuten y optimizacioacuten de redes 3G propias del fabricante En la misma liacutenea se consideroacute acometer un estudio maacutes exhaustivo del impacto que puedan tener los mecanismos de gestioacuten de traacutefico y gestioacuten de recursos de radio

Referencias

[1] Holma H y A Toskala 2007 WCDMA for UMTS-HSPA Evolution and LTE

John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[2] Nawrocki M M Dohler y H Aghvanmi 2006 Understanding UMTS Radio

Network Modelling Planning and Automated Optimization Theory and Practice John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

166 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

[3] Wacker A J Laiho y T Novosad 2006 Radio Network Planning and

Optimization for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[4] Chevallier C 2006 WCDMA (UMTS) Deployment Handbook Planning and

Optimization Aspects John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[5] Holma H y A Toskala 2006 HSDPAHSUPA for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

152 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 5 Consideraciones para HSDPA

LINK BUDGET HSDPA Caracteriacutesticas teacutecnicas

UL DL Frecuencia [MHz] 900

Transmisor UE NB Potencia para canales HS-DSCH 80

Potencia maacutexima de transmisioacuten 013 300 Tasa de datos uplink [Kbps] 64

Potencia HS-DSCH - 240 Tasa de datos downlink [Kbps] 512

Pot maacutex de transmisioacuten [dBm] 210 438 Factor sobre venta en el uplink 4

Ganancia de la antena [dBi] 20 180 Factor sobre venta en el downlink 8

Cable loss including MHA intersection loss

[dB] 00 30 Carga del uplink 50

EIRP [dBm] 230 588 Carga del downlink 70

Por datos estrateacutegicos en la empresa se definioacute que la vel miacutenima para HSDPA sea 512 Kbps

523 Margen de interferencia

El factor limitante para el desempentildeo y la capacidad de un Nodo B es la recepcioacuten total de interferencia TOTALI La interferencia consiste de dos partes ownI e otherI

como tambieacuten la interferencia de otros sistemas sistemasOtrosI _ y el ruido teacutermico N

NIIII systemsotheotherownTOTAL +++= _

bull Iown Es causada por la interferencia de los mismos usuarios dentro de una celda

bull Iother Es causada por usuarios de otras celdas junto a las estaciones base que los estaacuten atendiendo

bull systemsotherI _ Viene de diferentes sistemas canales adyacentes o fugas

de potencias de otras tecnologiacuteas

Estos conceptos ayudan a definir la relacioacuten i ndash factor

own

other

I

Ii =

Se define como i ndash factor la relacioacuten existente entre la interferencia generada por las otras celdas sobre la interferencia generada por la misma celda El valor i-factor depende del entorno de propagacioacuten aacutereas de solapamiento de las celdas nuacutemero de sectores en el Nodo B intensidad de traacutefico y su distribucioacuten y distancia a las celdas servidoras o celdas que interfieren

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 153

Tabla 6 Valores tiacutepicos de factor i

Microcelda Macrocelda

Omnidireccional Omnidireccional 2 Sectores 3 Sectores 4 sectores 6 Sectores 025lt055 045 055 065 075 085

El margen de interferencia en la celda se define como el total de interferencia sobre el ruido teacutermico

N

I

IMTOTAL

=

Este paraacutemetro limita la sensibilidad de recepcioacuten por lo tanto es importante considerarlo para poder estimar la cobertura Para el propoacutesito de disentildeo y caacutelculo del balance de potencias el IM es expresado como incremento de ruido o noise rise

)log(10 IMNR =

El NR representa la porcioacuten total de potencia recibida en dB Tiacutepicamente este valor debe ir de 2 - 4 [dB] para celdas limitadas en cobertura y de 4 ndash 7 [dB] para celdas limitadas por capacidad [2]

El margen de interferencia es el uacutenico paraacutemetro tomado en cuenta en balance de potencias que viene a estar relacionado directamente con la carga de la celda

El NR tambieacuten puede ser expresado en cuanto a la carga

)1

1log(10

ηminus=NR

El noise rise va a limitar la maacutexima peacuterdida de trayecto entre el moacutevil y el Nodo B Si la carga se aproxima a 100 el NR tiende a infinito por ello el radio de celda se hace cero y el sistema inestable

Es necesario definir el porcentaje de carga de la celda ya que este describiraacute cuaacutenta interferencia es generada en la celda Haciendo el estudio para el uplink cuando ULη se

aproxima a 1 el noise rise generado tiende a infinito y el sistema llega a su capacidad maacutexima e inestable

Seguacuten [1] para una red que se encuentra en la fase inicial de despliegue es recomendable adoptar un porcentaje de carga en el uplink igual a 50-60 Haciendo uso de Matlab se simuloacute el comportamiento de la carga de la celda para diferentes tasas de datos

154 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 6 Nivel de interferencia uplink

En el graacutefico obtenido mediante la simulacioacuten en vez de mostrar los usuarios simultaacuteneos se muestra el caudal de traacutefico o throughput en Kbps

En el caso del enlace descendente el comportamiento es similar soacutelo los paraacutemetros de entrada difieren ligeramente

En comparacioacuten con la ecuacioacuten de carga del uplink el paraacutemetro de suma importancia es el factor de ortogonalidad α UMTS hace uso de coacutedigos de ortogonalidad en el enlace descendente para separar y diferenciar a los usuarios unos de otros La ortogonalidad de 1 corresponde a usuarios perfectamente ortogonales Tiacutepicamente estos valores estaacuten entre 04 y 05 en canales de multitrayecto [2]

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 155

Figura 7 Nivel de interferencia downlink

Para una red UMTS seguacuten [2] en dimensionamiento se recomienda adoptar una carga en el downlink igual a 70-80 Desde un punto de vista praacutectico y experiencia de trabajo con redes 3G dentro un escenario de despliegue real en Bolivia se pudo corroborar que dentro la planificacioacuten y disentildeo de redes UMTS Huawei un fabricante de equipos de telecomunicaciones realiza el dimensionamiento de red considerando un factor de carga igual a 75

Requerimientos de la empresa

Tasa de datos [Kbps] 122 32 64 144 384

Frecuencia [MHz] 900 900 900 900 900

Carga del uplink 50 50 50 50 50

Carga del downlink 70 70 70 70 70

Altura Nodo B [m] 30 30 30 30 30

Altura terminal moacutevil [m] 15 15 15 15 15

524 Caacutelculo de la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto permitida

Haciendo uso de todos los paraacutemetros ya detallados se determina la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto seguacuten diferentes tasas de velocidad y para diferentes entornos Como ejemplo se muestra el caacutelculo de diferentes tasas de velocidad para un entorno urbano denso Se determinan las maacuteximas peacuterdidas de trayecto permitidas tanto para interiores como para exteriores

156 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 7 Caacutelculo del link budget para diferentes velocidades en un entorno urbano

denso

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53 Modelos de propagacioacuten y radio de celda

Las predicciones de los niveles de sentildeal y cobertura son de gran importancia al momento de planificar una red de telefoniacutea moacutevil

Adoptar un modelo de propagacioacuten ayuda a predecir el valor medio de sentildeal o las peacuterdidas generadas en la trayectoria entre un transmisor y un receptor seguacuten la distancia y otros factores que contribuyen a la peacuterdida de trayecto como el perfil del terreno presencia de edificaciones u obstaacuteculos alturas de las antenas transmisoras y receptoras frecuencia de operacioacuten etc

El modelo COST 231 Walfisch-Ikegami es ampliamente usado en modelos empiacutericos de caacutelculo de propagacioacuten [3] Este modelo ha sido adoptado como estaacutendar para sistemas 3G IMT2000UMTS Para determinar los radios de coberturas de las celdas se debe considerar la direccioacuten del enlace el tipo de entorno y la velocidad de transferencia que permitan una menor peacuterdida de trayecto

UMTS depende del intercambio de capacidad y cobertura Estas variables estaacuten descritas por el comportamiento del enlace de subida y de bajada conforme a la peacuterdida de camino que generan y la carga que soportan respectivamente

Con el fin de estudiar este fenoacutemeno se simulo el comportamiento del balance de potencias tanto en el uplink como en el downlink tomando como variable de entrada la carga que soportan provista por las ecuaciones de carga ηUL y ηDL

Figura 8 Intercambio de la capacidad y la cobertura

Como el alcance de la celda estaacute limitado sobre todo por el enlace de subida terminal moacutevil a Nodo B debido a las restricciones que tiene el transmisor en cuanto a potencia tamantildeo de antena y a las interferencias de las sentildeales provenientes de los otros terminales hacia el receptor Nodo B el caacutelculo del enlace realizado se limita al enlace de subida uplink budget

158 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 8 MAPL limitado por el enlace ascendente

URBANO

DENSO

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

MAPL 16238 18282 1638 18203 1635 18324 1636 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1568 17503 1565 17624 1566 17518 1557 17197

MAPL indoor 14538 15582 1468 15503 1465 15624 1464 15518 1457 15197

URBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14618 15982 1468 15903 147 16024 1472 16018 14726 15697

SUBURBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14738 15982 1478 15903 1475 16024 1476 16518 1477 16197

531 Caacutelculo del radio de celda por entorno

Aplicando el modelo de propagacioacuten seleccionado se definen los radios de cobertura de las celdas

msdrtsbf LLLL ++=

minus

+minus+++∆+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stottrtsbf dff

dhLLL

minus

+minus+++minus+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stotrftrtsbf dff

dhhLLL

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

)log(

)log(9)log(925

704)log(1854)1log(18)log(20)log(20432

+

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus=

minus

+minus+++minus+minus+sdot+sdot+=

fdff

hhLL

d

dff

dhhLfdL

srftrts

tot

stotrftrtstot

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

10 +

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus

=

fdff

hhLL

tot

srftrts

d

Como el enlace que limita la cobertura es el uplink se hace uso de la MAPL indoor para determinar el radio de cobertura

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 159

De acuerdo con los resultados obtenidos de los radios de cobertura de las celdas se definieron algunos sitios tentativos para la ubicacioacuten de los nodos b ya que COMTECO es propietaria de dichos sitios

Tabla 9 Resumen de radios de coberturas para diferentes entornos

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

Sitio UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

UD

1 Sucre 2060 3877 2245 3697 2205 3978 2191 3730 2098 3071

2 Centro 2243 4223 2302 4026 2260 4333 2260 4063 2244 3345

U

3 Muyurina 2571 5876 2670 5602 2703 6028 2736 6006 2742 4944

4 Sur 2687 6139 2790 5853 2824 6299 2858 6275 2865 5166

SU 5 Temporal 4129 8774 4236 8365 4160 9002 4185 12142 4205 9996

SU 6 V Bush Sur 3129 7507 3210 7157 3153 7701 3172 10388 3187 8552

SU 7 Pacata 4001 8502 4105 8106 4031 8723 4056 11766 4075 9686

SU 8 Zofraco 5264 8262 5400 7877 5303 8476 5335 11433 5361 9412

SU 9 Pucara 3361 6308 3449 6014 3386 6472 3407 8729 3424 7186

SU 10 Sacaba 2542 5401 2608 5149 2561 5541 2576 7474 2589 6153

U 11 Quillacollo 2333 5597 2467 5336 2351 5742 2365 7745 2376 6376

SU 12 Florida Sur 2969 6308 3045 6014 2991 6472 3009 8729 3023 7186

SU 13 Pintildeami 2983 5965 3060 5687 3005 6120 3023 8255 3038 6796

SU 14 Tiquipaya 3183 5973 3265 5695 3207 6128 3226 8266 3242 6805

SU 15 Feria 3272 6139 2797 5853 3296 6299 3316 8496 3332 6994

SU 16 Valle Hermoso 3227 6857 3311 6538 3251 6702 3271 9489 3287 7812

Seguacuten el entorno se determinoacute que el radio de cobertura de la celda sea el menor permitido de entre todos los diferentes servicios ofertados Para determinar el radio de cobertura de HSDPA se debe considerar que eacuteste variariacutea constantemente dependiendo de las condiciones del canal radio y de su esquema de modulacioacuten las mayores velocidades de transferencia son alcanzadas cuando el UE estaacute maacutes proacuteximo al Nodo B [1]

160 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 9 Modulaciones en UMTSHSDPA

Figura 10 Variacioacuten radio de cobertura HSDPA

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 161

Para clasificar los entornos existentes en el proyecto no es suficiente catalogarlos seguacuten sus caracteriacutesticas geograacuteficas sino maacutes bien tomar en cuenta la densidad de usuarios potenciales que existan en ellos Considerando que en Cochabamba no existe una fuente de informacioacuten que refleje la cantidad de usuarios de servicios de telecomunicaciones distribuidos por zonas se hizo una analogiacutea con el reporte de traacutefico generado por las estaciones base de un operador de telefoniacutea moacutevil del departamento

Asiacute se obtiene los porcentajes de concentracioacuten de usuarios potenciales por entorno urbano denso urbano y suburbano Estos porcentajes fueron adoptados en el disentildeo para distribuir la demanda en los diferentes entornos por provincia

Tabla 10 Distribucioacuten de la demanda

Entorno Densidad 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

CERCADO

URBANO

DENSO 34 5818 11167 15556 18911 21487 23594 25466 2725 29031 3086 32389

URBANO 27 4621 8868 12353 15018 17063 18736 20223 21639 23054 24506 25721

SUBURBANO 39 6674 12809 17844 21693 24647 27064 29211 31257 33301 35398 37152

SACABA

SUBURBANO 100 4655 10234 16778 23398 2918 33717 37363 41143 44905 4901 52497

QUILLACOLLO

URBANO 52 4825 10408 1682 23401 2936 347 39812 45081 50761 57007 62596

SUBURBANO 48 4453 9608 15526 216 27102 32031 36749 41614 46856 52621 57781

54 Caacutelculo del traacutefico por celda

Para calcular el balance de potencias se consideroacute un porcentaje de carga igual a 50 en el uplink y 70 en el downlink

Como se vio en los apartados anteriores en UMTS el enlace descendente es el que limita la capacidad de la celda debido a que el Nodo B debe compartir la potencia entre todos los usuarios que se conectan a la red en la respectiva celda que atiende el Nodo B

Para dimensionar la carga de la celda se hizo uso de Matlab en el que se desarrolloacute un simulador de modelo de traacutefico derivado de las ecuaciones de carga en el downlink Siguiendo la metodologiacutea de planificacioacuten de radio se debe llegar a un equilibrio entre la cobertura y la capacidad mediante la validacioacuten del radio de cobertura ya establecido y otro conforme a un anaacutelisis de carga de la celda

En este apartado se determinaraacute la carga real de la celda seguacuten una cierta penetracioacuten de servicios recomendada por la UIT para redes 3G en Latinoameacuterica y dicha carga real determinaraacute la nueva MAPL de la celda

162 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Penetracioacuten de Servicios

Servicio de videollamadas

32 kbps

Servicio de datos

64 kbps

Servicio de datos

144 kbps

Servicio de datos

384 kbps

Servicio de voz

15 kbps

η1 η2 η3 η4 η5

N1 Usuarios

N2 Usuarios

N 3 Usuarios

N4 Usuarios

N 5 Usuarios

NR1 NR2 NR3 NR4 NR4+ + + +

NRtotal

Carga 1 [ kbps]

Carga 2 [kbps]

Carga 3 [kbps]

Carga 4 [ kbps]

Carga 5 [kbps]

Cargatotal

[kbps]

η

minus+=

vRNoEb

W

i

NulNumDL

)()1( α

sum=

+minus=N

j

iaRjW

jNo

EbvjNdl

1

])1[(

)(

)1

1(log10 10

NdlNR

minus=

)1( BLERRNThroughput minus=+ + + +

sum

sum

Figura 11 Planificacioacuten de capacidad

541 Traacutefico generado por usuario

Para estimar el traacutefico de voz que genera cada usuario se adoptoacute los reportes anuales de un operador de telefoniacutea moacutevil sobre la cantidad de minutos promedio que usa un cliente por mes (Minutes of Use)

diacuteaerdiacuteara lacioacutenlacioacutenMoUmensualTraacutefico

picohoraTraacutefico _int_int ReRe602430

)_(___ =

Donde

diacutearalacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado en la hora pico y el resto de horas del

diacutea

diacuteaerlacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado el diacutea pico y el resto de diacuteas del mes

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 163

El traacutefico generado por videollamadas fue adoptado de valores recomendados por [3] El traacutefico de datos generado por los usuarios fue calculado a partir del tiempo promedio de visita a portales moacuteviles

En la primera fase del proyecto se hizo la simulacioacuten del modelo de traacutefico con los valores de penetracioacuten correspondientes a ese periodo Para describir los caacutelculos realizados se tomaraacute como ejemplo los resultados de una celda de dos sectores

Tabla 11 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 1)

El modelo desarrollado determina la carga en kbps por servicio de acuerdo con una penetracioacuten de entrada y por ende la capacidad total de la celda Seguacuten esa carga es posible determinar los canales simultaacuteneos por usuario Los canales simultaacuteneos generan un cierto nivel de interferencia en toda la celda y por tanto determinan el porcentaje de carga total de la celda

En la primera fase se genera un nivel de carga de 7318 que es muy proacuteximo al valor teoacuterico adoptado en el inicio del dimensionamiento igual a 70 considerado para el caacutelculo de balance de potencias En la segunda fase del proyecto se espera una mayor penetracioacuten de los servicios y un mayor nivel de interferencia en la celda

En la segunda fase del proyecto se hizo la simulacioacuten con mayores niveles de penetracioacuten de donde se obtuvo un nivel de interferencia mayor que en la primera fase Este nivel de interferencia proporciona la carga total de la celda (8747) que si bien es mayor todaviacutea no llegoacute a la unidad y asiacute a la capacidad maacutexima de la celda

164 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 12 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 2)

De acuerdo con el porcentaje de carga real en el downlink determinado desde el punto de vista de capacidad del Nodo B se procedioacute a determinar la variabilidad del radio de cobertura con los nuevos valores de carga

Tabla 13 Variabilidad del radio de celda

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 165

Seguacuten los nuevos valores de los radios de cobertura obtenidos se puede apreciar que no existe una cuantiosa reduccioacuten en el radio de celda Por tanto se puede afinar que se llegoacute al balance entre cobertura y capacidad

Figura 12 Variacioacuten del radio de cobertura conforme al equilibrio entre la cobertura y capacidad

6 Conclusiones

En este trabajo de investigacioacuten se ha abordado el dimensionamiento de la red de acceso radio UTRAN con el objetivo fundamental de optimizar los recursos de transmisioacuten y soporte de QoS Tambieacuten se ha analizado los principales paraacutemetros y alternativas de disentildeo a considerar en un escenario de despliegue real para COMTECO

A lo largo del anaacutelisis se ha puesto de manifiesto la extraordinaria complejidad asociada con el dimensionamiento de UTRAN Asiacute se dio lugar al presente trabajo para solucionar el problema desde un enfoque analiacutetico asegurando el equilibrio entre la cobertura y capacidad Empero se consideroacute necesario para la fase de implantacioacuten del proyecto que se validen los resultados obtenidos mediante el uso de herramientas especiacuteficas de planificacioacuten y optimizacioacuten de redes 3G propias del fabricante En la misma liacutenea se consideroacute acometer un estudio maacutes exhaustivo del impacto que puedan tener los mecanismos de gestioacuten de traacutefico y gestioacuten de recursos de radio

Referencias

[1] Holma H y A Toskala 2007 WCDMA for UMTS-HSPA Evolution and LTE

John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[2] Nawrocki M M Dohler y H Aghvanmi 2006 Understanding UMTS Radio

Network Modelling Planning and Automated Optimization Theory and Practice John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

166 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

[3] Wacker A J Laiho y T Novosad 2006 Radio Network Planning and

Optimization for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[4] Chevallier C 2006 WCDMA (UMTS) Deployment Handbook Planning and

Optimization Aspects John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[5] Holma H y A Toskala 2006 HSDPAHSUPA for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 153

Tabla 6 Valores tiacutepicos de factor i

Microcelda Macrocelda

Omnidireccional Omnidireccional 2 Sectores 3 Sectores 4 sectores 6 Sectores 025lt055 045 055 065 075 085

El margen de interferencia en la celda se define como el total de interferencia sobre el ruido teacutermico

N

I

IMTOTAL

=

Este paraacutemetro limita la sensibilidad de recepcioacuten por lo tanto es importante considerarlo para poder estimar la cobertura Para el propoacutesito de disentildeo y caacutelculo del balance de potencias el IM es expresado como incremento de ruido o noise rise

)log(10 IMNR =

El NR representa la porcioacuten total de potencia recibida en dB Tiacutepicamente este valor debe ir de 2 - 4 [dB] para celdas limitadas en cobertura y de 4 ndash 7 [dB] para celdas limitadas por capacidad [2]

El margen de interferencia es el uacutenico paraacutemetro tomado en cuenta en balance de potencias que viene a estar relacionado directamente con la carga de la celda

El NR tambieacuten puede ser expresado en cuanto a la carga

)1

1log(10

ηminus=NR

El noise rise va a limitar la maacutexima peacuterdida de trayecto entre el moacutevil y el Nodo B Si la carga se aproxima a 100 el NR tiende a infinito por ello el radio de celda se hace cero y el sistema inestable

Es necesario definir el porcentaje de carga de la celda ya que este describiraacute cuaacutenta interferencia es generada en la celda Haciendo el estudio para el uplink cuando ULη se

aproxima a 1 el noise rise generado tiende a infinito y el sistema llega a su capacidad maacutexima e inestable

Seguacuten [1] para una red que se encuentra en la fase inicial de despliegue es recomendable adoptar un porcentaje de carga en el uplink igual a 50-60 Haciendo uso de Matlab se simuloacute el comportamiento de la carga de la celda para diferentes tasas de datos

154 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 6 Nivel de interferencia uplink

En el graacutefico obtenido mediante la simulacioacuten en vez de mostrar los usuarios simultaacuteneos se muestra el caudal de traacutefico o throughput en Kbps

En el caso del enlace descendente el comportamiento es similar soacutelo los paraacutemetros de entrada difieren ligeramente

En comparacioacuten con la ecuacioacuten de carga del uplink el paraacutemetro de suma importancia es el factor de ortogonalidad α UMTS hace uso de coacutedigos de ortogonalidad en el enlace descendente para separar y diferenciar a los usuarios unos de otros La ortogonalidad de 1 corresponde a usuarios perfectamente ortogonales Tiacutepicamente estos valores estaacuten entre 04 y 05 en canales de multitrayecto [2]

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 155

Figura 7 Nivel de interferencia downlink

Para una red UMTS seguacuten [2] en dimensionamiento se recomienda adoptar una carga en el downlink igual a 70-80 Desde un punto de vista praacutectico y experiencia de trabajo con redes 3G dentro un escenario de despliegue real en Bolivia se pudo corroborar que dentro la planificacioacuten y disentildeo de redes UMTS Huawei un fabricante de equipos de telecomunicaciones realiza el dimensionamiento de red considerando un factor de carga igual a 75

Requerimientos de la empresa

Tasa de datos [Kbps] 122 32 64 144 384

Frecuencia [MHz] 900 900 900 900 900

Carga del uplink 50 50 50 50 50

Carga del downlink 70 70 70 70 70

Altura Nodo B [m] 30 30 30 30 30

Altura terminal moacutevil [m] 15 15 15 15 15

524 Caacutelculo de la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto permitida

Haciendo uso de todos los paraacutemetros ya detallados se determina la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto seguacuten diferentes tasas de velocidad y para diferentes entornos Como ejemplo se muestra el caacutelculo de diferentes tasas de velocidad para un entorno urbano denso Se determinan las maacuteximas peacuterdidas de trayecto permitidas tanto para interiores como para exteriores

156 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 7 Caacutelculo del link budget para diferentes velocidades en un entorno urbano

denso

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 157

53 Modelos de propagacioacuten y radio de celda

Las predicciones de los niveles de sentildeal y cobertura son de gran importancia al momento de planificar una red de telefoniacutea moacutevil

Adoptar un modelo de propagacioacuten ayuda a predecir el valor medio de sentildeal o las peacuterdidas generadas en la trayectoria entre un transmisor y un receptor seguacuten la distancia y otros factores que contribuyen a la peacuterdida de trayecto como el perfil del terreno presencia de edificaciones u obstaacuteculos alturas de las antenas transmisoras y receptoras frecuencia de operacioacuten etc

El modelo COST 231 Walfisch-Ikegami es ampliamente usado en modelos empiacutericos de caacutelculo de propagacioacuten [3] Este modelo ha sido adoptado como estaacutendar para sistemas 3G IMT2000UMTS Para determinar los radios de coberturas de las celdas se debe considerar la direccioacuten del enlace el tipo de entorno y la velocidad de transferencia que permitan una menor peacuterdida de trayecto

UMTS depende del intercambio de capacidad y cobertura Estas variables estaacuten descritas por el comportamiento del enlace de subida y de bajada conforme a la peacuterdida de camino que generan y la carga que soportan respectivamente

Con el fin de estudiar este fenoacutemeno se simulo el comportamiento del balance de potencias tanto en el uplink como en el downlink tomando como variable de entrada la carga que soportan provista por las ecuaciones de carga ηUL y ηDL

Figura 8 Intercambio de la capacidad y la cobertura

Como el alcance de la celda estaacute limitado sobre todo por el enlace de subida terminal moacutevil a Nodo B debido a las restricciones que tiene el transmisor en cuanto a potencia tamantildeo de antena y a las interferencias de las sentildeales provenientes de los otros terminales hacia el receptor Nodo B el caacutelculo del enlace realizado se limita al enlace de subida uplink budget

158 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 8 MAPL limitado por el enlace ascendente

URBANO

DENSO

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

MAPL 16238 18282 1638 18203 1635 18324 1636 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1568 17503 1565 17624 1566 17518 1557 17197

MAPL indoor 14538 15582 1468 15503 1465 15624 1464 15518 1457 15197

URBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14618 15982 1468 15903 147 16024 1472 16018 14726 15697

SUBURBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14738 15982 1478 15903 1475 16024 1476 16518 1477 16197

531 Caacutelculo del radio de celda por entorno

Aplicando el modelo de propagacioacuten seleccionado se definen los radios de cobertura de las celdas

msdrtsbf LLLL ++=

minus

+minus+++∆+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stottrtsbf dff

dhLLL

minus

+minus+++minus+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stotrftrtsbf dff

dhhLLL

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

)log(

)log(9)log(925

704)log(1854)1log(18)log(20)log(20432

+

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus=

minus

+minus+++minus+minus+sdot+sdot+=

fdff

hhLL

d

dff

dhhLfdL

srftrts

tot

stotrftrtstot

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

10 +

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus

=

fdff

hhLL

tot

srftrts

d

Como el enlace que limita la cobertura es el uplink se hace uso de la MAPL indoor para determinar el radio de cobertura

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 159

De acuerdo con los resultados obtenidos de los radios de cobertura de las celdas se definieron algunos sitios tentativos para la ubicacioacuten de los nodos b ya que COMTECO es propietaria de dichos sitios

Tabla 9 Resumen de radios de coberturas para diferentes entornos

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

Sitio UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

UD

1 Sucre 2060 3877 2245 3697 2205 3978 2191 3730 2098 3071

2 Centro 2243 4223 2302 4026 2260 4333 2260 4063 2244 3345

U

3 Muyurina 2571 5876 2670 5602 2703 6028 2736 6006 2742 4944

4 Sur 2687 6139 2790 5853 2824 6299 2858 6275 2865 5166

SU 5 Temporal 4129 8774 4236 8365 4160 9002 4185 12142 4205 9996

SU 6 V Bush Sur 3129 7507 3210 7157 3153 7701 3172 10388 3187 8552

SU 7 Pacata 4001 8502 4105 8106 4031 8723 4056 11766 4075 9686

SU 8 Zofraco 5264 8262 5400 7877 5303 8476 5335 11433 5361 9412

SU 9 Pucara 3361 6308 3449 6014 3386 6472 3407 8729 3424 7186

SU 10 Sacaba 2542 5401 2608 5149 2561 5541 2576 7474 2589 6153

U 11 Quillacollo 2333 5597 2467 5336 2351 5742 2365 7745 2376 6376

SU 12 Florida Sur 2969 6308 3045 6014 2991 6472 3009 8729 3023 7186

SU 13 Pintildeami 2983 5965 3060 5687 3005 6120 3023 8255 3038 6796

SU 14 Tiquipaya 3183 5973 3265 5695 3207 6128 3226 8266 3242 6805

SU 15 Feria 3272 6139 2797 5853 3296 6299 3316 8496 3332 6994

SU 16 Valle Hermoso 3227 6857 3311 6538 3251 6702 3271 9489 3287 7812

Seguacuten el entorno se determinoacute que el radio de cobertura de la celda sea el menor permitido de entre todos los diferentes servicios ofertados Para determinar el radio de cobertura de HSDPA se debe considerar que eacuteste variariacutea constantemente dependiendo de las condiciones del canal radio y de su esquema de modulacioacuten las mayores velocidades de transferencia son alcanzadas cuando el UE estaacute maacutes proacuteximo al Nodo B [1]

160 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 9 Modulaciones en UMTSHSDPA

Figura 10 Variacioacuten radio de cobertura HSDPA

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 161

Para clasificar los entornos existentes en el proyecto no es suficiente catalogarlos seguacuten sus caracteriacutesticas geograacuteficas sino maacutes bien tomar en cuenta la densidad de usuarios potenciales que existan en ellos Considerando que en Cochabamba no existe una fuente de informacioacuten que refleje la cantidad de usuarios de servicios de telecomunicaciones distribuidos por zonas se hizo una analogiacutea con el reporte de traacutefico generado por las estaciones base de un operador de telefoniacutea moacutevil del departamento

Asiacute se obtiene los porcentajes de concentracioacuten de usuarios potenciales por entorno urbano denso urbano y suburbano Estos porcentajes fueron adoptados en el disentildeo para distribuir la demanda en los diferentes entornos por provincia

Tabla 10 Distribucioacuten de la demanda

Entorno Densidad 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

CERCADO

URBANO

DENSO 34 5818 11167 15556 18911 21487 23594 25466 2725 29031 3086 32389

URBANO 27 4621 8868 12353 15018 17063 18736 20223 21639 23054 24506 25721

SUBURBANO 39 6674 12809 17844 21693 24647 27064 29211 31257 33301 35398 37152

SACABA

SUBURBANO 100 4655 10234 16778 23398 2918 33717 37363 41143 44905 4901 52497

QUILLACOLLO

URBANO 52 4825 10408 1682 23401 2936 347 39812 45081 50761 57007 62596

SUBURBANO 48 4453 9608 15526 216 27102 32031 36749 41614 46856 52621 57781

54 Caacutelculo del traacutefico por celda

Para calcular el balance de potencias se consideroacute un porcentaje de carga igual a 50 en el uplink y 70 en el downlink

Como se vio en los apartados anteriores en UMTS el enlace descendente es el que limita la capacidad de la celda debido a que el Nodo B debe compartir la potencia entre todos los usuarios que se conectan a la red en la respectiva celda que atiende el Nodo B

Para dimensionar la carga de la celda se hizo uso de Matlab en el que se desarrolloacute un simulador de modelo de traacutefico derivado de las ecuaciones de carga en el downlink Siguiendo la metodologiacutea de planificacioacuten de radio se debe llegar a un equilibrio entre la cobertura y la capacidad mediante la validacioacuten del radio de cobertura ya establecido y otro conforme a un anaacutelisis de carga de la celda

En este apartado se determinaraacute la carga real de la celda seguacuten una cierta penetracioacuten de servicios recomendada por la UIT para redes 3G en Latinoameacuterica y dicha carga real determinaraacute la nueva MAPL de la celda

162 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Penetracioacuten de Servicios

Servicio de videollamadas

32 kbps

Servicio de datos

64 kbps

Servicio de datos

144 kbps

Servicio de datos

384 kbps

Servicio de voz

15 kbps

η1 η2 η3 η4 η5

N1 Usuarios

N2 Usuarios

N 3 Usuarios

N4 Usuarios

N 5 Usuarios

NR1 NR2 NR3 NR4 NR4+ + + +

NRtotal

Carga 1 [ kbps]

Carga 2 [kbps]

Carga 3 [kbps]

Carga 4 [ kbps]

Carga 5 [kbps]

Cargatotal

[kbps]

η

minus+=

vRNoEb

W

i

NulNumDL

)()1( α

sum=

+minus=N

j

iaRjW

jNo

EbvjNdl

1

])1[(

)(

)1

1(log10 10

NdlNR

minus=

)1( BLERRNThroughput minus=+ + + +

sum

sum

Figura 11 Planificacioacuten de capacidad

541 Traacutefico generado por usuario

Para estimar el traacutefico de voz que genera cada usuario se adoptoacute los reportes anuales de un operador de telefoniacutea moacutevil sobre la cantidad de minutos promedio que usa un cliente por mes (Minutes of Use)

diacuteaerdiacuteara lacioacutenlacioacutenMoUmensualTraacutefico

picohoraTraacutefico _int_int ReRe602430

)_(___ =

Donde

diacutearalacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado en la hora pico y el resto de horas del

diacutea

diacuteaerlacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado el diacutea pico y el resto de diacuteas del mes

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 163

El traacutefico generado por videollamadas fue adoptado de valores recomendados por [3] El traacutefico de datos generado por los usuarios fue calculado a partir del tiempo promedio de visita a portales moacuteviles

En la primera fase del proyecto se hizo la simulacioacuten del modelo de traacutefico con los valores de penetracioacuten correspondientes a ese periodo Para describir los caacutelculos realizados se tomaraacute como ejemplo los resultados de una celda de dos sectores

Tabla 11 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 1)

El modelo desarrollado determina la carga en kbps por servicio de acuerdo con una penetracioacuten de entrada y por ende la capacidad total de la celda Seguacuten esa carga es posible determinar los canales simultaacuteneos por usuario Los canales simultaacuteneos generan un cierto nivel de interferencia en toda la celda y por tanto determinan el porcentaje de carga total de la celda

En la primera fase se genera un nivel de carga de 7318 que es muy proacuteximo al valor teoacuterico adoptado en el inicio del dimensionamiento igual a 70 considerado para el caacutelculo de balance de potencias En la segunda fase del proyecto se espera una mayor penetracioacuten de los servicios y un mayor nivel de interferencia en la celda

En la segunda fase del proyecto se hizo la simulacioacuten con mayores niveles de penetracioacuten de donde se obtuvo un nivel de interferencia mayor que en la primera fase Este nivel de interferencia proporciona la carga total de la celda (8747) que si bien es mayor todaviacutea no llegoacute a la unidad y asiacute a la capacidad maacutexima de la celda

164 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 12 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 2)

De acuerdo con el porcentaje de carga real en el downlink determinado desde el punto de vista de capacidad del Nodo B se procedioacute a determinar la variabilidad del radio de cobertura con los nuevos valores de carga

Tabla 13 Variabilidad del radio de celda

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 165

Seguacuten los nuevos valores de los radios de cobertura obtenidos se puede apreciar que no existe una cuantiosa reduccioacuten en el radio de celda Por tanto se puede afinar que se llegoacute al balance entre cobertura y capacidad

Figura 12 Variacioacuten del radio de cobertura conforme al equilibrio entre la cobertura y capacidad

6 Conclusiones

En este trabajo de investigacioacuten se ha abordado el dimensionamiento de la red de acceso radio UTRAN con el objetivo fundamental de optimizar los recursos de transmisioacuten y soporte de QoS Tambieacuten se ha analizado los principales paraacutemetros y alternativas de disentildeo a considerar en un escenario de despliegue real para COMTECO

A lo largo del anaacutelisis se ha puesto de manifiesto la extraordinaria complejidad asociada con el dimensionamiento de UTRAN Asiacute se dio lugar al presente trabajo para solucionar el problema desde un enfoque analiacutetico asegurando el equilibrio entre la cobertura y capacidad Empero se consideroacute necesario para la fase de implantacioacuten del proyecto que se validen los resultados obtenidos mediante el uso de herramientas especiacuteficas de planificacioacuten y optimizacioacuten de redes 3G propias del fabricante En la misma liacutenea se consideroacute acometer un estudio maacutes exhaustivo del impacto que puedan tener los mecanismos de gestioacuten de traacutefico y gestioacuten de recursos de radio

Referencias

[1] Holma H y A Toskala 2007 WCDMA for UMTS-HSPA Evolution and LTE

John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[2] Nawrocki M M Dohler y H Aghvanmi 2006 Understanding UMTS Radio

Network Modelling Planning and Automated Optimization Theory and Practice John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

166 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

[3] Wacker A J Laiho y T Novosad 2006 Radio Network Planning and

Optimization for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[4] Chevallier C 2006 WCDMA (UMTS) Deployment Handbook Planning and

Optimization Aspects John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[5] Holma H y A Toskala 2006 HSDPAHSUPA for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

154 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 6 Nivel de interferencia uplink

En el graacutefico obtenido mediante la simulacioacuten en vez de mostrar los usuarios simultaacuteneos se muestra el caudal de traacutefico o throughput en Kbps

En el caso del enlace descendente el comportamiento es similar soacutelo los paraacutemetros de entrada difieren ligeramente

En comparacioacuten con la ecuacioacuten de carga del uplink el paraacutemetro de suma importancia es el factor de ortogonalidad α UMTS hace uso de coacutedigos de ortogonalidad en el enlace descendente para separar y diferenciar a los usuarios unos de otros La ortogonalidad de 1 corresponde a usuarios perfectamente ortogonales Tiacutepicamente estos valores estaacuten entre 04 y 05 en canales de multitrayecto [2]

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 155

Figura 7 Nivel de interferencia downlink

Para una red UMTS seguacuten [2] en dimensionamiento se recomienda adoptar una carga en el downlink igual a 70-80 Desde un punto de vista praacutectico y experiencia de trabajo con redes 3G dentro un escenario de despliegue real en Bolivia se pudo corroborar que dentro la planificacioacuten y disentildeo de redes UMTS Huawei un fabricante de equipos de telecomunicaciones realiza el dimensionamiento de red considerando un factor de carga igual a 75

Requerimientos de la empresa

Tasa de datos [Kbps] 122 32 64 144 384

Frecuencia [MHz] 900 900 900 900 900

Carga del uplink 50 50 50 50 50

Carga del downlink 70 70 70 70 70

Altura Nodo B [m] 30 30 30 30 30

Altura terminal moacutevil [m] 15 15 15 15 15

524 Caacutelculo de la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto permitida

Haciendo uso de todos los paraacutemetros ya detallados se determina la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto seguacuten diferentes tasas de velocidad y para diferentes entornos Como ejemplo se muestra el caacutelculo de diferentes tasas de velocidad para un entorno urbano denso Se determinan las maacuteximas peacuterdidas de trayecto permitidas tanto para interiores como para exteriores

156 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 7 Caacutelculo del link budget para diferentes velocidades en un entorno urbano

denso

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 157

53 Modelos de propagacioacuten y radio de celda

Las predicciones de los niveles de sentildeal y cobertura son de gran importancia al momento de planificar una red de telefoniacutea moacutevil

Adoptar un modelo de propagacioacuten ayuda a predecir el valor medio de sentildeal o las peacuterdidas generadas en la trayectoria entre un transmisor y un receptor seguacuten la distancia y otros factores que contribuyen a la peacuterdida de trayecto como el perfil del terreno presencia de edificaciones u obstaacuteculos alturas de las antenas transmisoras y receptoras frecuencia de operacioacuten etc

El modelo COST 231 Walfisch-Ikegami es ampliamente usado en modelos empiacutericos de caacutelculo de propagacioacuten [3] Este modelo ha sido adoptado como estaacutendar para sistemas 3G IMT2000UMTS Para determinar los radios de coberturas de las celdas se debe considerar la direccioacuten del enlace el tipo de entorno y la velocidad de transferencia que permitan una menor peacuterdida de trayecto

UMTS depende del intercambio de capacidad y cobertura Estas variables estaacuten descritas por el comportamiento del enlace de subida y de bajada conforme a la peacuterdida de camino que generan y la carga que soportan respectivamente

Con el fin de estudiar este fenoacutemeno se simulo el comportamiento del balance de potencias tanto en el uplink como en el downlink tomando como variable de entrada la carga que soportan provista por las ecuaciones de carga ηUL y ηDL

Figura 8 Intercambio de la capacidad y la cobertura

Como el alcance de la celda estaacute limitado sobre todo por el enlace de subida terminal moacutevil a Nodo B debido a las restricciones que tiene el transmisor en cuanto a potencia tamantildeo de antena y a las interferencias de las sentildeales provenientes de los otros terminales hacia el receptor Nodo B el caacutelculo del enlace realizado se limita al enlace de subida uplink budget

158 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 8 MAPL limitado por el enlace ascendente

URBANO

DENSO

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

MAPL 16238 18282 1638 18203 1635 18324 1636 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1568 17503 1565 17624 1566 17518 1557 17197

MAPL indoor 14538 15582 1468 15503 1465 15624 1464 15518 1457 15197

URBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14618 15982 1468 15903 147 16024 1472 16018 14726 15697

SUBURBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14738 15982 1478 15903 1475 16024 1476 16518 1477 16197

531 Caacutelculo del radio de celda por entorno

Aplicando el modelo de propagacioacuten seleccionado se definen los radios de cobertura de las celdas

msdrtsbf LLLL ++=

minus

+minus+++∆+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stottrtsbf dff

dhLLL

minus

+minus+++minus+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stotrftrtsbf dff

dhhLLL

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

)log(

)log(9)log(925

704)log(1854)1log(18)log(20)log(20432

+

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus=

minus

+minus+++minus+minus+sdot+sdot+=

fdff

hhLL

d

dff

dhhLfdL

srftrts

tot

stotrftrtstot

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

10 +

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus

=

fdff

hhLL

tot

srftrts

d

Como el enlace que limita la cobertura es el uplink se hace uso de la MAPL indoor para determinar el radio de cobertura

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 159

De acuerdo con los resultados obtenidos de los radios de cobertura de las celdas se definieron algunos sitios tentativos para la ubicacioacuten de los nodos b ya que COMTECO es propietaria de dichos sitios

Tabla 9 Resumen de radios de coberturas para diferentes entornos

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

Sitio UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

UD

1 Sucre 2060 3877 2245 3697 2205 3978 2191 3730 2098 3071

2 Centro 2243 4223 2302 4026 2260 4333 2260 4063 2244 3345

U

3 Muyurina 2571 5876 2670 5602 2703 6028 2736 6006 2742 4944

4 Sur 2687 6139 2790 5853 2824 6299 2858 6275 2865 5166

SU 5 Temporal 4129 8774 4236 8365 4160 9002 4185 12142 4205 9996

SU 6 V Bush Sur 3129 7507 3210 7157 3153 7701 3172 10388 3187 8552

SU 7 Pacata 4001 8502 4105 8106 4031 8723 4056 11766 4075 9686

SU 8 Zofraco 5264 8262 5400 7877 5303 8476 5335 11433 5361 9412

SU 9 Pucara 3361 6308 3449 6014 3386 6472 3407 8729 3424 7186

SU 10 Sacaba 2542 5401 2608 5149 2561 5541 2576 7474 2589 6153

U 11 Quillacollo 2333 5597 2467 5336 2351 5742 2365 7745 2376 6376

SU 12 Florida Sur 2969 6308 3045 6014 2991 6472 3009 8729 3023 7186

SU 13 Pintildeami 2983 5965 3060 5687 3005 6120 3023 8255 3038 6796

SU 14 Tiquipaya 3183 5973 3265 5695 3207 6128 3226 8266 3242 6805

SU 15 Feria 3272 6139 2797 5853 3296 6299 3316 8496 3332 6994

SU 16 Valle Hermoso 3227 6857 3311 6538 3251 6702 3271 9489 3287 7812

Seguacuten el entorno se determinoacute que el radio de cobertura de la celda sea el menor permitido de entre todos los diferentes servicios ofertados Para determinar el radio de cobertura de HSDPA se debe considerar que eacuteste variariacutea constantemente dependiendo de las condiciones del canal radio y de su esquema de modulacioacuten las mayores velocidades de transferencia son alcanzadas cuando el UE estaacute maacutes proacuteximo al Nodo B [1]

160 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 9 Modulaciones en UMTSHSDPA

Figura 10 Variacioacuten radio de cobertura HSDPA

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 161

Para clasificar los entornos existentes en el proyecto no es suficiente catalogarlos seguacuten sus caracteriacutesticas geograacuteficas sino maacutes bien tomar en cuenta la densidad de usuarios potenciales que existan en ellos Considerando que en Cochabamba no existe una fuente de informacioacuten que refleje la cantidad de usuarios de servicios de telecomunicaciones distribuidos por zonas se hizo una analogiacutea con el reporte de traacutefico generado por las estaciones base de un operador de telefoniacutea moacutevil del departamento

Asiacute se obtiene los porcentajes de concentracioacuten de usuarios potenciales por entorno urbano denso urbano y suburbano Estos porcentajes fueron adoptados en el disentildeo para distribuir la demanda en los diferentes entornos por provincia

Tabla 10 Distribucioacuten de la demanda

Entorno Densidad 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

CERCADO

URBANO

DENSO 34 5818 11167 15556 18911 21487 23594 25466 2725 29031 3086 32389

URBANO 27 4621 8868 12353 15018 17063 18736 20223 21639 23054 24506 25721

SUBURBANO 39 6674 12809 17844 21693 24647 27064 29211 31257 33301 35398 37152

SACABA

SUBURBANO 100 4655 10234 16778 23398 2918 33717 37363 41143 44905 4901 52497

QUILLACOLLO

URBANO 52 4825 10408 1682 23401 2936 347 39812 45081 50761 57007 62596

SUBURBANO 48 4453 9608 15526 216 27102 32031 36749 41614 46856 52621 57781

54 Caacutelculo del traacutefico por celda

Para calcular el balance de potencias se consideroacute un porcentaje de carga igual a 50 en el uplink y 70 en el downlink

Como se vio en los apartados anteriores en UMTS el enlace descendente es el que limita la capacidad de la celda debido a que el Nodo B debe compartir la potencia entre todos los usuarios que se conectan a la red en la respectiva celda que atiende el Nodo B

Para dimensionar la carga de la celda se hizo uso de Matlab en el que se desarrolloacute un simulador de modelo de traacutefico derivado de las ecuaciones de carga en el downlink Siguiendo la metodologiacutea de planificacioacuten de radio se debe llegar a un equilibrio entre la cobertura y la capacidad mediante la validacioacuten del radio de cobertura ya establecido y otro conforme a un anaacutelisis de carga de la celda

En este apartado se determinaraacute la carga real de la celda seguacuten una cierta penetracioacuten de servicios recomendada por la UIT para redes 3G en Latinoameacuterica y dicha carga real determinaraacute la nueva MAPL de la celda

162 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Penetracioacuten de Servicios

Servicio de videollamadas

32 kbps

Servicio de datos

64 kbps

Servicio de datos

144 kbps

Servicio de datos

384 kbps

Servicio de voz

15 kbps

η1 η2 η3 η4 η5

N1 Usuarios

N2 Usuarios

N 3 Usuarios

N4 Usuarios

N 5 Usuarios

NR1 NR2 NR3 NR4 NR4+ + + +

NRtotal

Carga 1 [ kbps]

Carga 2 [kbps]

Carga 3 [kbps]

Carga 4 [ kbps]

Carga 5 [kbps]

Cargatotal

[kbps]

η

minus+=

vRNoEb

W

i

NulNumDL

)()1( α

sum=

+minus=N

j

iaRjW

jNo

EbvjNdl

1

])1[(

)(

)1

1(log10 10

NdlNR

minus=

)1( BLERRNThroughput minus=+ + + +

sum

sum

Figura 11 Planificacioacuten de capacidad

541 Traacutefico generado por usuario

Para estimar el traacutefico de voz que genera cada usuario se adoptoacute los reportes anuales de un operador de telefoniacutea moacutevil sobre la cantidad de minutos promedio que usa un cliente por mes (Minutes of Use)

diacuteaerdiacuteara lacioacutenlacioacutenMoUmensualTraacutefico

picohoraTraacutefico _int_int ReRe602430

)_(___ =

Donde

diacutearalacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado en la hora pico y el resto de horas del

diacutea

diacuteaerlacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado el diacutea pico y el resto de diacuteas del mes

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 163

El traacutefico generado por videollamadas fue adoptado de valores recomendados por [3] El traacutefico de datos generado por los usuarios fue calculado a partir del tiempo promedio de visita a portales moacuteviles

En la primera fase del proyecto se hizo la simulacioacuten del modelo de traacutefico con los valores de penetracioacuten correspondientes a ese periodo Para describir los caacutelculos realizados se tomaraacute como ejemplo los resultados de una celda de dos sectores

Tabla 11 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 1)

El modelo desarrollado determina la carga en kbps por servicio de acuerdo con una penetracioacuten de entrada y por ende la capacidad total de la celda Seguacuten esa carga es posible determinar los canales simultaacuteneos por usuario Los canales simultaacuteneos generan un cierto nivel de interferencia en toda la celda y por tanto determinan el porcentaje de carga total de la celda

En la primera fase se genera un nivel de carga de 7318 que es muy proacuteximo al valor teoacuterico adoptado en el inicio del dimensionamiento igual a 70 considerado para el caacutelculo de balance de potencias En la segunda fase del proyecto se espera una mayor penetracioacuten de los servicios y un mayor nivel de interferencia en la celda

En la segunda fase del proyecto se hizo la simulacioacuten con mayores niveles de penetracioacuten de donde se obtuvo un nivel de interferencia mayor que en la primera fase Este nivel de interferencia proporciona la carga total de la celda (8747) que si bien es mayor todaviacutea no llegoacute a la unidad y asiacute a la capacidad maacutexima de la celda

164 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 12 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 2)

De acuerdo con el porcentaje de carga real en el downlink determinado desde el punto de vista de capacidad del Nodo B se procedioacute a determinar la variabilidad del radio de cobertura con los nuevos valores de carga

Tabla 13 Variabilidad del radio de celda

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 165

Seguacuten los nuevos valores de los radios de cobertura obtenidos se puede apreciar que no existe una cuantiosa reduccioacuten en el radio de celda Por tanto se puede afinar que se llegoacute al balance entre cobertura y capacidad

Figura 12 Variacioacuten del radio de cobertura conforme al equilibrio entre la cobertura y capacidad

6 Conclusiones

En este trabajo de investigacioacuten se ha abordado el dimensionamiento de la red de acceso radio UTRAN con el objetivo fundamental de optimizar los recursos de transmisioacuten y soporte de QoS Tambieacuten se ha analizado los principales paraacutemetros y alternativas de disentildeo a considerar en un escenario de despliegue real para COMTECO

A lo largo del anaacutelisis se ha puesto de manifiesto la extraordinaria complejidad asociada con el dimensionamiento de UTRAN Asiacute se dio lugar al presente trabajo para solucionar el problema desde un enfoque analiacutetico asegurando el equilibrio entre la cobertura y capacidad Empero se consideroacute necesario para la fase de implantacioacuten del proyecto que se validen los resultados obtenidos mediante el uso de herramientas especiacuteficas de planificacioacuten y optimizacioacuten de redes 3G propias del fabricante En la misma liacutenea se consideroacute acometer un estudio maacutes exhaustivo del impacto que puedan tener los mecanismos de gestioacuten de traacutefico y gestioacuten de recursos de radio

Referencias

[1] Holma H y A Toskala 2007 WCDMA for UMTS-HSPA Evolution and LTE

John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[2] Nawrocki M M Dohler y H Aghvanmi 2006 Understanding UMTS Radio

Network Modelling Planning and Automated Optimization Theory and Practice John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

166 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

[3] Wacker A J Laiho y T Novosad 2006 Radio Network Planning and

Optimization for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[4] Chevallier C 2006 WCDMA (UMTS) Deployment Handbook Planning and

Optimization Aspects John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[5] Holma H y A Toskala 2006 HSDPAHSUPA for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 155

Figura 7 Nivel de interferencia downlink

Para una red UMTS seguacuten [2] en dimensionamiento se recomienda adoptar una carga en el downlink igual a 70-80 Desde un punto de vista praacutectico y experiencia de trabajo con redes 3G dentro un escenario de despliegue real en Bolivia se pudo corroborar que dentro la planificacioacuten y disentildeo de redes UMTS Huawei un fabricante de equipos de telecomunicaciones realiza el dimensionamiento de red considerando un factor de carga igual a 75

Requerimientos de la empresa

Tasa de datos [Kbps] 122 32 64 144 384

Frecuencia [MHz] 900 900 900 900 900

Carga del uplink 50 50 50 50 50

Carga del downlink 70 70 70 70 70

Altura Nodo B [m] 30 30 30 30 30

Altura terminal moacutevil [m] 15 15 15 15 15

524 Caacutelculo de la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto permitida

Haciendo uso de todos los paraacutemetros ya detallados se determina la maacutexima peacuterdida de propagacioacuten de trayecto seguacuten diferentes tasas de velocidad y para diferentes entornos Como ejemplo se muestra el caacutelculo de diferentes tasas de velocidad para un entorno urbano denso Se determinan las maacuteximas peacuterdidas de trayecto permitidas tanto para interiores como para exteriores

156 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 7 Caacutelculo del link budget para diferentes velocidades en un entorno urbano

denso

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 157

53 Modelos de propagacioacuten y radio de celda

Las predicciones de los niveles de sentildeal y cobertura son de gran importancia al momento de planificar una red de telefoniacutea moacutevil

Adoptar un modelo de propagacioacuten ayuda a predecir el valor medio de sentildeal o las peacuterdidas generadas en la trayectoria entre un transmisor y un receptor seguacuten la distancia y otros factores que contribuyen a la peacuterdida de trayecto como el perfil del terreno presencia de edificaciones u obstaacuteculos alturas de las antenas transmisoras y receptoras frecuencia de operacioacuten etc

El modelo COST 231 Walfisch-Ikegami es ampliamente usado en modelos empiacutericos de caacutelculo de propagacioacuten [3] Este modelo ha sido adoptado como estaacutendar para sistemas 3G IMT2000UMTS Para determinar los radios de coberturas de las celdas se debe considerar la direccioacuten del enlace el tipo de entorno y la velocidad de transferencia que permitan una menor peacuterdida de trayecto

UMTS depende del intercambio de capacidad y cobertura Estas variables estaacuten descritas por el comportamiento del enlace de subida y de bajada conforme a la peacuterdida de camino que generan y la carga que soportan respectivamente

Con el fin de estudiar este fenoacutemeno se simulo el comportamiento del balance de potencias tanto en el uplink como en el downlink tomando como variable de entrada la carga que soportan provista por las ecuaciones de carga ηUL y ηDL

Figura 8 Intercambio de la capacidad y la cobertura

Como el alcance de la celda estaacute limitado sobre todo por el enlace de subida terminal moacutevil a Nodo B debido a las restricciones que tiene el transmisor en cuanto a potencia tamantildeo de antena y a las interferencias de las sentildeales provenientes de los otros terminales hacia el receptor Nodo B el caacutelculo del enlace realizado se limita al enlace de subida uplink budget

158 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 8 MAPL limitado por el enlace ascendente

URBANO

DENSO

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

MAPL 16238 18282 1638 18203 1635 18324 1636 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1568 17503 1565 17624 1566 17518 1557 17197

MAPL indoor 14538 15582 1468 15503 1465 15624 1464 15518 1457 15197

URBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14618 15982 1468 15903 147 16024 1472 16018 14726 15697

SUBURBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14738 15982 1478 15903 1475 16024 1476 16518 1477 16197

531 Caacutelculo del radio de celda por entorno

Aplicando el modelo de propagacioacuten seleccionado se definen los radios de cobertura de las celdas

msdrtsbf LLLL ++=

minus

+minus+++∆+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stottrtsbf dff

dhLLL

minus

+minus+++minus+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stotrftrtsbf dff

dhhLLL

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

)log(

)log(9)log(925

704)log(1854)1log(18)log(20)log(20432

+

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus=

minus

+minus+++minus+minus+sdot+sdot+=

fdff

hhLL

d

dff

dhhLfdL

srftrts

tot

stotrftrtstot

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

10 +

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus

=

fdff

hhLL

tot

srftrts

d

Como el enlace que limita la cobertura es el uplink se hace uso de la MAPL indoor para determinar el radio de cobertura

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 159

De acuerdo con los resultados obtenidos de los radios de cobertura de las celdas se definieron algunos sitios tentativos para la ubicacioacuten de los nodos b ya que COMTECO es propietaria de dichos sitios

Tabla 9 Resumen de radios de coberturas para diferentes entornos

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

Sitio UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

UD

1 Sucre 2060 3877 2245 3697 2205 3978 2191 3730 2098 3071

2 Centro 2243 4223 2302 4026 2260 4333 2260 4063 2244 3345

U

3 Muyurina 2571 5876 2670 5602 2703 6028 2736 6006 2742 4944

4 Sur 2687 6139 2790 5853 2824 6299 2858 6275 2865 5166

SU 5 Temporal 4129 8774 4236 8365 4160 9002 4185 12142 4205 9996

SU 6 V Bush Sur 3129 7507 3210 7157 3153 7701 3172 10388 3187 8552

SU 7 Pacata 4001 8502 4105 8106 4031 8723 4056 11766 4075 9686

SU 8 Zofraco 5264 8262 5400 7877 5303 8476 5335 11433 5361 9412

SU 9 Pucara 3361 6308 3449 6014 3386 6472 3407 8729 3424 7186

SU 10 Sacaba 2542 5401 2608 5149 2561 5541 2576 7474 2589 6153

U 11 Quillacollo 2333 5597 2467 5336 2351 5742 2365 7745 2376 6376

SU 12 Florida Sur 2969 6308 3045 6014 2991 6472 3009 8729 3023 7186

SU 13 Pintildeami 2983 5965 3060 5687 3005 6120 3023 8255 3038 6796

SU 14 Tiquipaya 3183 5973 3265 5695 3207 6128 3226 8266 3242 6805

SU 15 Feria 3272 6139 2797 5853 3296 6299 3316 8496 3332 6994

SU 16 Valle Hermoso 3227 6857 3311 6538 3251 6702 3271 9489 3287 7812

Seguacuten el entorno se determinoacute que el radio de cobertura de la celda sea el menor permitido de entre todos los diferentes servicios ofertados Para determinar el radio de cobertura de HSDPA se debe considerar que eacuteste variariacutea constantemente dependiendo de las condiciones del canal radio y de su esquema de modulacioacuten las mayores velocidades de transferencia son alcanzadas cuando el UE estaacute maacutes proacuteximo al Nodo B [1]

160 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 9 Modulaciones en UMTSHSDPA

Figura 10 Variacioacuten radio de cobertura HSDPA

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 161

Para clasificar los entornos existentes en el proyecto no es suficiente catalogarlos seguacuten sus caracteriacutesticas geograacuteficas sino maacutes bien tomar en cuenta la densidad de usuarios potenciales que existan en ellos Considerando que en Cochabamba no existe una fuente de informacioacuten que refleje la cantidad de usuarios de servicios de telecomunicaciones distribuidos por zonas se hizo una analogiacutea con el reporte de traacutefico generado por las estaciones base de un operador de telefoniacutea moacutevil del departamento

Asiacute se obtiene los porcentajes de concentracioacuten de usuarios potenciales por entorno urbano denso urbano y suburbano Estos porcentajes fueron adoptados en el disentildeo para distribuir la demanda en los diferentes entornos por provincia

Tabla 10 Distribucioacuten de la demanda

Entorno Densidad 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

CERCADO

URBANO

DENSO 34 5818 11167 15556 18911 21487 23594 25466 2725 29031 3086 32389

URBANO 27 4621 8868 12353 15018 17063 18736 20223 21639 23054 24506 25721

SUBURBANO 39 6674 12809 17844 21693 24647 27064 29211 31257 33301 35398 37152

SACABA

SUBURBANO 100 4655 10234 16778 23398 2918 33717 37363 41143 44905 4901 52497

QUILLACOLLO

URBANO 52 4825 10408 1682 23401 2936 347 39812 45081 50761 57007 62596

SUBURBANO 48 4453 9608 15526 216 27102 32031 36749 41614 46856 52621 57781

54 Caacutelculo del traacutefico por celda

Para calcular el balance de potencias se consideroacute un porcentaje de carga igual a 50 en el uplink y 70 en el downlink

Como se vio en los apartados anteriores en UMTS el enlace descendente es el que limita la capacidad de la celda debido a que el Nodo B debe compartir la potencia entre todos los usuarios que se conectan a la red en la respectiva celda que atiende el Nodo B

Para dimensionar la carga de la celda se hizo uso de Matlab en el que se desarrolloacute un simulador de modelo de traacutefico derivado de las ecuaciones de carga en el downlink Siguiendo la metodologiacutea de planificacioacuten de radio se debe llegar a un equilibrio entre la cobertura y la capacidad mediante la validacioacuten del radio de cobertura ya establecido y otro conforme a un anaacutelisis de carga de la celda

En este apartado se determinaraacute la carga real de la celda seguacuten una cierta penetracioacuten de servicios recomendada por la UIT para redes 3G en Latinoameacuterica y dicha carga real determinaraacute la nueva MAPL de la celda

162 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Penetracioacuten de Servicios

Servicio de videollamadas

32 kbps

Servicio de datos

64 kbps

Servicio de datos

144 kbps

Servicio de datos

384 kbps

Servicio de voz

15 kbps

η1 η2 η3 η4 η5

N1 Usuarios

N2 Usuarios

N 3 Usuarios

N4 Usuarios

N 5 Usuarios

NR1 NR2 NR3 NR4 NR4+ + + +

NRtotal

Carga 1 [ kbps]

Carga 2 [kbps]

Carga 3 [kbps]

Carga 4 [ kbps]

Carga 5 [kbps]

Cargatotal

[kbps]

η

minus+=

vRNoEb

W

i

NulNumDL

)()1( α

sum=

+minus=N

j

iaRjW

jNo

EbvjNdl

1

])1[(

)(

)1

1(log10 10

NdlNR

minus=

)1( BLERRNThroughput minus=+ + + +

sum

sum

Figura 11 Planificacioacuten de capacidad

541 Traacutefico generado por usuario

Para estimar el traacutefico de voz que genera cada usuario se adoptoacute los reportes anuales de un operador de telefoniacutea moacutevil sobre la cantidad de minutos promedio que usa un cliente por mes (Minutes of Use)

diacuteaerdiacuteara lacioacutenlacioacutenMoUmensualTraacutefico

picohoraTraacutefico _int_int ReRe602430

)_(___ =

Donde

diacutearalacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado en la hora pico y el resto de horas del

diacutea

diacuteaerlacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado el diacutea pico y el resto de diacuteas del mes

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 163

El traacutefico generado por videollamadas fue adoptado de valores recomendados por [3] El traacutefico de datos generado por los usuarios fue calculado a partir del tiempo promedio de visita a portales moacuteviles

En la primera fase del proyecto se hizo la simulacioacuten del modelo de traacutefico con los valores de penetracioacuten correspondientes a ese periodo Para describir los caacutelculos realizados se tomaraacute como ejemplo los resultados de una celda de dos sectores

Tabla 11 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 1)

El modelo desarrollado determina la carga en kbps por servicio de acuerdo con una penetracioacuten de entrada y por ende la capacidad total de la celda Seguacuten esa carga es posible determinar los canales simultaacuteneos por usuario Los canales simultaacuteneos generan un cierto nivel de interferencia en toda la celda y por tanto determinan el porcentaje de carga total de la celda

En la primera fase se genera un nivel de carga de 7318 que es muy proacuteximo al valor teoacuterico adoptado en el inicio del dimensionamiento igual a 70 considerado para el caacutelculo de balance de potencias En la segunda fase del proyecto se espera una mayor penetracioacuten de los servicios y un mayor nivel de interferencia en la celda

En la segunda fase del proyecto se hizo la simulacioacuten con mayores niveles de penetracioacuten de donde se obtuvo un nivel de interferencia mayor que en la primera fase Este nivel de interferencia proporciona la carga total de la celda (8747) que si bien es mayor todaviacutea no llegoacute a la unidad y asiacute a la capacidad maacutexima de la celda

164 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 12 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 2)

De acuerdo con el porcentaje de carga real en el downlink determinado desde el punto de vista de capacidad del Nodo B se procedioacute a determinar la variabilidad del radio de cobertura con los nuevos valores de carga

Tabla 13 Variabilidad del radio de celda

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 165

Seguacuten los nuevos valores de los radios de cobertura obtenidos se puede apreciar que no existe una cuantiosa reduccioacuten en el radio de celda Por tanto se puede afinar que se llegoacute al balance entre cobertura y capacidad

Figura 12 Variacioacuten del radio de cobertura conforme al equilibrio entre la cobertura y capacidad

6 Conclusiones

En este trabajo de investigacioacuten se ha abordado el dimensionamiento de la red de acceso radio UTRAN con el objetivo fundamental de optimizar los recursos de transmisioacuten y soporte de QoS Tambieacuten se ha analizado los principales paraacutemetros y alternativas de disentildeo a considerar en un escenario de despliegue real para COMTECO

A lo largo del anaacutelisis se ha puesto de manifiesto la extraordinaria complejidad asociada con el dimensionamiento de UTRAN Asiacute se dio lugar al presente trabajo para solucionar el problema desde un enfoque analiacutetico asegurando el equilibrio entre la cobertura y capacidad Empero se consideroacute necesario para la fase de implantacioacuten del proyecto que se validen los resultados obtenidos mediante el uso de herramientas especiacuteficas de planificacioacuten y optimizacioacuten de redes 3G propias del fabricante En la misma liacutenea se consideroacute acometer un estudio maacutes exhaustivo del impacto que puedan tener los mecanismos de gestioacuten de traacutefico y gestioacuten de recursos de radio

Referencias

[1] Holma H y A Toskala 2007 WCDMA for UMTS-HSPA Evolution and LTE

John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[2] Nawrocki M M Dohler y H Aghvanmi 2006 Understanding UMTS Radio

Network Modelling Planning and Automated Optimization Theory and Practice John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

166 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

[3] Wacker A J Laiho y T Novosad 2006 Radio Network Planning and

Optimization for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[4] Chevallier C 2006 WCDMA (UMTS) Deployment Handbook Planning and

Optimization Aspects John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[5] Holma H y A Toskala 2006 HSDPAHSUPA for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

156 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 7 Caacutelculo del link budget para diferentes velocidades en un entorno urbano

denso

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 157

53 Modelos de propagacioacuten y radio de celda

Las predicciones de los niveles de sentildeal y cobertura son de gran importancia al momento de planificar una red de telefoniacutea moacutevil

Adoptar un modelo de propagacioacuten ayuda a predecir el valor medio de sentildeal o las peacuterdidas generadas en la trayectoria entre un transmisor y un receptor seguacuten la distancia y otros factores que contribuyen a la peacuterdida de trayecto como el perfil del terreno presencia de edificaciones u obstaacuteculos alturas de las antenas transmisoras y receptoras frecuencia de operacioacuten etc

El modelo COST 231 Walfisch-Ikegami es ampliamente usado en modelos empiacutericos de caacutelculo de propagacioacuten [3] Este modelo ha sido adoptado como estaacutendar para sistemas 3G IMT2000UMTS Para determinar los radios de coberturas de las celdas se debe considerar la direccioacuten del enlace el tipo de entorno y la velocidad de transferencia que permitan una menor peacuterdida de trayecto

UMTS depende del intercambio de capacidad y cobertura Estas variables estaacuten descritas por el comportamiento del enlace de subida y de bajada conforme a la peacuterdida de camino que generan y la carga que soportan respectivamente

Con el fin de estudiar este fenoacutemeno se simulo el comportamiento del balance de potencias tanto en el uplink como en el downlink tomando como variable de entrada la carga que soportan provista por las ecuaciones de carga ηUL y ηDL

Figura 8 Intercambio de la capacidad y la cobertura

Como el alcance de la celda estaacute limitado sobre todo por el enlace de subida terminal moacutevil a Nodo B debido a las restricciones que tiene el transmisor en cuanto a potencia tamantildeo de antena y a las interferencias de las sentildeales provenientes de los otros terminales hacia el receptor Nodo B el caacutelculo del enlace realizado se limita al enlace de subida uplink budget

158 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 8 MAPL limitado por el enlace ascendente

URBANO

DENSO

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

MAPL 16238 18282 1638 18203 1635 18324 1636 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1568 17503 1565 17624 1566 17518 1557 17197

MAPL indoor 14538 15582 1468 15503 1465 15624 1464 15518 1457 15197

URBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14618 15982 1468 15903 147 16024 1472 16018 14726 15697

SUBURBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14738 15982 1478 15903 1475 16024 1476 16518 1477 16197

531 Caacutelculo del radio de celda por entorno

Aplicando el modelo de propagacioacuten seleccionado se definen los radios de cobertura de las celdas

msdrtsbf LLLL ++=

minus

+minus+++∆+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stottrtsbf dff

dhLLL

minus

+minus+++minus+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stotrftrtsbf dff

dhhLLL

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

)log(

)log(9)log(925

704)log(1854)1log(18)log(20)log(20432

+

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus=

minus

+minus+++minus+minus+sdot+sdot+=

fdff

hhLL

d

dff

dhhLfdL

srftrts

tot

stotrftrtstot

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

10 +

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus

=

fdff

hhLL

tot

srftrts

d

Como el enlace que limita la cobertura es el uplink se hace uso de la MAPL indoor para determinar el radio de cobertura

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 159

De acuerdo con los resultados obtenidos de los radios de cobertura de las celdas se definieron algunos sitios tentativos para la ubicacioacuten de los nodos b ya que COMTECO es propietaria de dichos sitios

Tabla 9 Resumen de radios de coberturas para diferentes entornos

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

Sitio UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

UD

1 Sucre 2060 3877 2245 3697 2205 3978 2191 3730 2098 3071

2 Centro 2243 4223 2302 4026 2260 4333 2260 4063 2244 3345

U

3 Muyurina 2571 5876 2670 5602 2703 6028 2736 6006 2742 4944

4 Sur 2687 6139 2790 5853 2824 6299 2858 6275 2865 5166

SU 5 Temporal 4129 8774 4236 8365 4160 9002 4185 12142 4205 9996

SU 6 V Bush Sur 3129 7507 3210 7157 3153 7701 3172 10388 3187 8552

SU 7 Pacata 4001 8502 4105 8106 4031 8723 4056 11766 4075 9686

SU 8 Zofraco 5264 8262 5400 7877 5303 8476 5335 11433 5361 9412

SU 9 Pucara 3361 6308 3449 6014 3386 6472 3407 8729 3424 7186

SU 10 Sacaba 2542 5401 2608 5149 2561 5541 2576 7474 2589 6153

U 11 Quillacollo 2333 5597 2467 5336 2351 5742 2365 7745 2376 6376

SU 12 Florida Sur 2969 6308 3045 6014 2991 6472 3009 8729 3023 7186

SU 13 Pintildeami 2983 5965 3060 5687 3005 6120 3023 8255 3038 6796

SU 14 Tiquipaya 3183 5973 3265 5695 3207 6128 3226 8266 3242 6805

SU 15 Feria 3272 6139 2797 5853 3296 6299 3316 8496 3332 6994

SU 16 Valle Hermoso 3227 6857 3311 6538 3251 6702 3271 9489 3287 7812

Seguacuten el entorno se determinoacute que el radio de cobertura de la celda sea el menor permitido de entre todos los diferentes servicios ofertados Para determinar el radio de cobertura de HSDPA se debe considerar que eacuteste variariacutea constantemente dependiendo de las condiciones del canal radio y de su esquema de modulacioacuten las mayores velocidades de transferencia son alcanzadas cuando el UE estaacute maacutes proacuteximo al Nodo B [1]

160 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 9 Modulaciones en UMTSHSDPA

Figura 10 Variacioacuten radio de cobertura HSDPA

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 161

Para clasificar los entornos existentes en el proyecto no es suficiente catalogarlos seguacuten sus caracteriacutesticas geograacuteficas sino maacutes bien tomar en cuenta la densidad de usuarios potenciales que existan en ellos Considerando que en Cochabamba no existe una fuente de informacioacuten que refleje la cantidad de usuarios de servicios de telecomunicaciones distribuidos por zonas se hizo una analogiacutea con el reporte de traacutefico generado por las estaciones base de un operador de telefoniacutea moacutevil del departamento

Asiacute se obtiene los porcentajes de concentracioacuten de usuarios potenciales por entorno urbano denso urbano y suburbano Estos porcentajes fueron adoptados en el disentildeo para distribuir la demanda en los diferentes entornos por provincia

Tabla 10 Distribucioacuten de la demanda

Entorno Densidad 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

CERCADO

URBANO

DENSO 34 5818 11167 15556 18911 21487 23594 25466 2725 29031 3086 32389

URBANO 27 4621 8868 12353 15018 17063 18736 20223 21639 23054 24506 25721

SUBURBANO 39 6674 12809 17844 21693 24647 27064 29211 31257 33301 35398 37152

SACABA

SUBURBANO 100 4655 10234 16778 23398 2918 33717 37363 41143 44905 4901 52497

QUILLACOLLO

URBANO 52 4825 10408 1682 23401 2936 347 39812 45081 50761 57007 62596

SUBURBANO 48 4453 9608 15526 216 27102 32031 36749 41614 46856 52621 57781

54 Caacutelculo del traacutefico por celda

Para calcular el balance de potencias se consideroacute un porcentaje de carga igual a 50 en el uplink y 70 en el downlink

Como se vio en los apartados anteriores en UMTS el enlace descendente es el que limita la capacidad de la celda debido a que el Nodo B debe compartir la potencia entre todos los usuarios que se conectan a la red en la respectiva celda que atiende el Nodo B

Para dimensionar la carga de la celda se hizo uso de Matlab en el que se desarrolloacute un simulador de modelo de traacutefico derivado de las ecuaciones de carga en el downlink Siguiendo la metodologiacutea de planificacioacuten de radio se debe llegar a un equilibrio entre la cobertura y la capacidad mediante la validacioacuten del radio de cobertura ya establecido y otro conforme a un anaacutelisis de carga de la celda

En este apartado se determinaraacute la carga real de la celda seguacuten una cierta penetracioacuten de servicios recomendada por la UIT para redes 3G en Latinoameacuterica y dicha carga real determinaraacute la nueva MAPL de la celda

162 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Penetracioacuten de Servicios

Servicio de videollamadas

32 kbps

Servicio de datos

64 kbps

Servicio de datos

144 kbps

Servicio de datos

384 kbps

Servicio de voz

15 kbps

η1 η2 η3 η4 η5

N1 Usuarios

N2 Usuarios

N 3 Usuarios

N4 Usuarios

N 5 Usuarios

NR1 NR2 NR3 NR4 NR4+ + + +

NRtotal

Carga 1 [ kbps]

Carga 2 [kbps]

Carga 3 [kbps]

Carga 4 [ kbps]

Carga 5 [kbps]

Cargatotal

[kbps]

η

minus+=

vRNoEb

W

i

NulNumDL

)()1( α

sum=

+minus=N

j

iaRjW

jNo

EbvjNdl

1

])1[(

)(

)1

1(log10 10

NdlNR

minus=

)1( BLERRNThroughput minus=+ + + +

sum

sum

Figura 11 Planificacioacuten de capacidad

541 Traacutefico generado por usuario

Para estimar el traacutefico de voz que genera cada usuario se adoptoacute los reportes anuales de un operador de telefoniacutea moacutevil sobre la cantidad de minutos promedio que usa un cliente por mes (Minutes of Use)

diacuteaerdiacuteara lacioacutenlacioacutenMoUmensualTraacutefico

picohoraTraacutefico _int_int ReRe602430

)_(___ =

Donde

diacutearalacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado en la hora pico y el resto de horas del

diacutea

diacuteaerlacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado el diacutea pico y el resto de diacuteas del mes

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 163

El traacutefico generado por videollamadas fue adoptado de valores recomendados por [3] El traacutefico de datos generado por los usuarios fue calculado a partir del tiempo promedio de visita a portales moacuteviles

En la primera fase del proyecto se hizo la simulacioacuten del modelo de traacutefico con los valores de penetracioacuten correspondientes a ese periodo Para describir los caacutelculos realizados se tomaraacute como ejemplo los resultados de una celda de dos sectores

Tabla 11 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 1)

El modelo desarrollado determina la carga en kbps por servicio de acuerdo con una penetracioacuten de entrada y por ende la capacidad total de la celda Seguacuten esa carga es posible determinar los canales simultaacuteneos por usuario Los canales simultaacuteneos generan un cierto nivel de interferencia en toda la celda y por tanto determinan el porcentaje de carga total de la celda

En la primera fase se genera un nivel de carga de 7318 que es muy proacuteximo al valor teoacuterico adoptado en el inicio del dimensionamiento igual a 70 considerado para el caacutelculo de balance de potencias En la segunda fase del proyecto se espera una mayor penetracioacuten de los servicios y un mayor nivel de interferencia en la celda

En la segunda fase del proyecto se hizo la simulacioacuten con mayores niveles de penetracioacuten de donde se obtuvo un nivel de interferencia mayor que en la primera fase Este nivel de interferencia proporciona la carga total de la celda (8747) que si bien es mayor todaviacutea no llegoacute a la unidad y asiacute a la capacidad maacutexima de la celda

164 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 12 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 2)

De acuerdo con el porcentaje de carga real en el downlink determinado desde el punto de vista de capacidad del Nodo B se procedioacute a determinar la variabilidad del radio de cobertura con los nuevos valores de carga

Tabla 13 Variabilidad del radio de celda

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 165

Seguacuten los nuevos valores de los radios de cobertura obtenidos se puede apreciar que no existe una cuantiosa reduccioacuten en el radio de celda Por tanto se puede afinar que se llegoacute al balance entre cobertura y capacidad

Figura 12 Variacioacuten del radio de cobertura conforme al equilibrio entre la cobertura y capacidad

6 Conclusiones

En este trabajo de investigacioacuten se ha abordado el dimensionamiento de la red de acceso radio UTRAN con el objetivo fundamental de optimizar los recursos de transmisioacuten y soporte de QoS Tambieacuten se ha analizado los principales paraacutemetros y alternativas de disentildeo a considerar en un escenario de despliegue real para COMTECO

A lo largo del anaacutelisis se ha puesto de manifiesto la extraordinaria complejidad asociada con el dimensionamiento de UTRAN Asiacute se dio lugar al presente trabajo para solucionar el problema desde un enfoque analiacutetico asegurando el equilibrio entre la cobertura y capacidad Empero se consideroacute necesario para la fase de implantacioacuten del proyecto que se validen los resultados obtenidos mediante el uso de herramientas especiacuteficas de planificacioacuten y optimizacioacuten de redes 3G propias del fabricante En la misma liacutenea se consideroacute acometer un estudio maacutes exhaustivo del impacto que puedan tener los mecanismos de gestioacuten de traacutefico y gestioacuten de recursos de radio

Referencias

[1] Holma H y A Toskala 2007 WCDMA for UMTS-HSPA Evolution and LTE

John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[2] Nawrocki M M Dohler y H Aghvanmi 2006 Understanding UMTS Radio

Network Modelling Planning and Automated Optimization Theory and Practice John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

166 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

[3] Wacker A J Laiho y T Novosad 2006 Radio Network Planning and

Optimization for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[4] Chevallier C 2006 WCDMA (UMTS) Deployment Handbook Planning and

Optimization Aspects John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[5] Holma H y A Toskala 2006 HSDPAHSUPA for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 157

53 Modelos de propagacioacuten y radio de celda

Las predicciones de los niveles de sentildeal y cobertura son de gran importancia al momento de planificar una red de telefoniacutea moacutevil

Adoptar un modelo de propagacioacuten ayuda a predecir el valor medio de sentildeal o las peacuterdidas generadas en la trayectoria entre un transmisor y un receptor seguacuten la distancia y otros factores que contribuyen a la peacuterdida de trayecto como el perfil del terreno presencia de edificaciones u obstaacuteculos alturas de las antenas transmisoras y receptoras frecuencia de operacioacuten etc

El modelo COST 231 Walfisch-Ikegami es ampliamente usado en modelos empiacutericos de caacutelculo de propagacioacuten [3] Este modelo ha sido adoptado como estaacutendar para sistemas 3G IMT2000UMTS Para determinar los radios de coberturas de las celdas se debe considerar la direccioacuten del enlace el tipo de entorno y la velocidad de transferencia que permitan una menor peacuterdida de trayecto

UMTS depende del intercambio de capacidad y cobertura Estas variables estaacuten descritas por el comportamiento del enlace de subida y de bajada conforme a la peacuterdida de camino que generan y la carga que soportan respectivamente

Con el fin de estudiar este fenoacutemeno se simulo el comportamiento del balance de potencias tanto en el uplink como en el downlink tomando como variable de entrada la carga que soportan provista por las ecuaciones de carga ηUL y ηDL

Figura 8 Intercambio de la capacidad y la cobertura

Como el alcance de la celda estaacute limitado sobre todo por el enlace de subida terminal moacutevil a Nodo B debido a las restricciones que tiene el transmisor en cuanto a potencia tamantildeo de antena y a las interferencias de las sentildeales provenientes de los otros terminales hacia el receptor Nodo B el caacutelculo del enlace realizado se limita al enlace de subida uplink budget

158 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 8 MAPL limitado por el enlace ascendente

URBANO

DENSO

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

MAPL 16238 18282 1638 18203 1635 18324 1636 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1568 17503 1565 17624 1566 17518 1557 17197

MAPL indoor 14538 15582 1468 15503 1465 15624 1464 15518 1457 15197

URBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14618 15982 1468 15903 147 16024 1472 16018 14726 15697

SUBURBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14738 15982 1478 15903 1475 16024 1476 16518 1477 16197

531 Caacutelculo del radio de celda por entorno

Aplicando el modelo de propagacioacuten seleccionado se definen los radios de cobertura de las celdas

msdrtsbf LLLL ++=

minus

+minus+++∆+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stottrtsbf dff

dhLLL

minus

+minus+++minus+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stotrftrtsbf dff

dhhLLL

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

)log(

)log(9)log(925

704)log(1854)1log(18)log(20)log(20432

+

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus=

minus

+minus+++minus+minus+sdot+sdot+=

fdff

hhLL

d

dff

dhhLfdL

srftrts

tot

stotrftrtstot

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

10 +

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus

=

fdff

hhLL

tot

srftrts

d

Como el enlace que limita la cobertura es el uplink se hace uso de la MAPL indoor para determinar el radio de cobertura

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 159

De acuerdo con los resultados obtenidos de los radios de cobertura de las celdas se definieron algunos sitios tentativos para la ubicacioacuten de los nodos b ya que COMTECO es propietaria de dichos sitios

Tabla 9 Resumen de radios de coberturas para diferentes entornos

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

Sitio UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

UD

1 Sucre 2060 3877 2245 3697 2205 3978 2191 3730 2098 3071

2 Centro 2243 4223 2302 4026 2260 4333 2260 4063 2244 3345

U

3 Muyurina 2571 5876 2670 5602 2703 6028 2736 6006 2742 4944

4 Sur 2687 6139 2790 5853 2824 6299 2858 6275 2865 5166

SU 5 Temporal 4129 8774 4236 8365 4160 9002 4185 12142 4205 9996

SU 6 V Bush Sur 3129 7507 3210 7157 3153 7701 3172 10388 3187 8552

SU 7 Pacata 4001 8502 4105 8106 4031 8723 4056 11766 4075 9686

SU 8 Zofraco 5264 8262 5400 7877 5303 8476 5335 11433 5361 9412

SU 9 Pucara 3361 6308 3449 6014 3386 6472 3407 8729 3424 7186

SU 10 Sacaba 2542 5401 2608 5149 2561 5541 2576 7474 2589 6153

U 11 Quillacollo 2333 5597 2467 5336 2351 5742 2365 7745 2376 6376

SU 12 Florida Sur 2969 6308 3045 6014 2991 6472 3009 8729 3023 7186

SU 13 Pintildeami 2983 5965 3060 5687 3005 6120 3023 8255 3038 6796

SU 14 Tiquipaya 3183 5973 3265 5695 3207 6128 3226 8266 3242 6805

SU 15 Feria 3272 6139 2797 5853 3296 6299 3316 8496 3332 6994

SU 16 Valle Hermoso 3227 6857 3311 6538 3251 6702 3271 9489 3287 7812

Seguacuten el entorno se determinoacute que el radio de cobertura de la celda sea el menor permitido de entre todos los diferentes servicios ofertados Para determinar el radio de cobertura de HSDPA se debe considerar que eacuteste variariacutea constantemente dependiendo de las condiciones del canal radio y de su esquema de modulacioacuten las mayores velocidades de transferencia son alcanzadas cuando el UE estaacute maacutes proacuteximo al Nodo B [1]

160 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 9 Modulaciones en UMTSHSDPA

Figura 10 Variacioacuten radio de cobertura HSDPA

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 161

Para clasificar los entornos existentes en el proyecto no es suficiente catalogarlos seguacuten sus caracteriacutesticas geograacuteficas sino maacutes bien tomar en cuenta la densidad de usuarios potenciales que existan en ellos Considerando que en Cochabamba no existe una fuente de informacioacuten que refleje la cantidad de usuarios de servicios de telecomunicaciones distribuidos por zonas se hizo una analogiacutea con el reporte de traacutefico generado por las estaciones base de un operador de telefoniacutea moacutevil del departamento

Asiacute se obtiene los porcentajes de concentracioacuten de usuarios potenciales por entorno urbano denso urbano y suburbano Estos porcentajes fueron adoptados en el disentildeo para distribuir la demanda en los diferentes entornos por provincia

Tabla 10 Distribucioacuten de la demanda

Entorno Densidad 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

CERCADO

URBANO

DENSO 34 5818 11167 15556 18911 21487 23594 25466 2725 29031 3086 32389

URBANO 27 4621 8868 12353 15018 17063 18736 20223 21639 23054 24506 25721

SUBURBANO 39 6674 12809 17844 21693 24647 27064 29211 31257 33301 35398 37152

SACABA

SUBURBANO 100 4655 10234 16778 23398 2918 33717 37363 41143 44905 4901 52497

QUILLACOLLO

URBANO 52 4825 10408 1682 23401 2936 347 39812 45081 50761 57007 62596

SUBURBANO 48 4453 9608 15526 216 27102 32031 36749 41614 46856 52621 57781

54 Caacutelculo del traacutefico por celda

Para calcular el balance de potencias se consideroacute un porcentaje de carga igual a 50 en el uplink y 70 en el downlink

Como se vio en los apartados anteriores en UMTS el enlace descendente es el que limita la capacidad de la celda debido a que el Nodo B debe compartir la potencia entre todos los usuarios que se conectan a la red en la respectiva celda que atiende el Nodo B

Para dimensionar la carga de la celda se hizo uso de Matlab en el que se desarrolloacute un simulador de modelo de traacutefico derivado de las ecuaciones de carga en el downlink Siguiendo la metodologiacutea de planificacioacuten de radio se debe llegar a un equilibrio entre la cobertura y la capacidad mediante la validacioacuten del radio de cobertura ya establecido y otro conforme a un anaacutelisis de carga de la celda

En este apartado se determinaraacute la carga real de la celda seguacuten una cierta penetracioacuten de servicios recomendada por la UIT para redes 3G en Latinoameacuterica y dicha carga real determinaraacute la nueva MAPL de la celda

162 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Penetracioacuten de Servicios

Servicio de videollamadas

32 kbps

Servicio de datos

64 kbps

Servicio de datos

144 kbps

Servicio de datos

384 kbps

Servicio de voz

15 kbps

η1 η2 η3 η4 η5

N1 Usuarios

N2 Usuarios

N 3 Usuarios

N4 Usuarios

N 5 Usuarios

NR1 NR2 NR3 NR4 NR4+ + + +

NRtotal

Carga 1 [ kbps]

Carga 2 [kbps]

Carga 3 [kbps]

Carga 4 [ kbps]

Carga 5 [kbps]

Cargatotal

[kbps]

η

minus+=

vRNoEb

W

i

NulNumDL

)()1( α

sum=

+minus=N

j

iaRjW

jNo

EbvjNdl

1

])1[(

)(

)1

1(log10 10

NdlNR

minus=

)1( BLERRNThroughput minus=+ + + +

sum

sum

Figura 11 Planificacioacuten de capacidad

541 Traacutefico generado por usuario

Para estimar el traacutefico de voz que genera cada usuario se adoptoacute los reportes anuales de un operador de telefoniacutea moacutevil sobre la cantidad de minutos promedio que usa un cliente por mes (Minutes of Use)

diacuteaerdiacuteara lacioacutenlacioacutenMoUmensualTraacutefico

picohoraTraacutefico _int_int ReRe602430

)_(___ =

Donde

diacutearalacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado en la hora pico y el resto de horas del

diacutea

diacuteaerlacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado el diacutea pico y el resto de diacuteas del mes

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 163

El traacutefico generado por videollamadas fue adoptado de valores recomendados por [3] El traacutefico de datos generado por los usuarios fue calculado a partir del tiempo promedio de visita a portales moacuteviles

En la primera fase del proyecto se hizo la simulacioacuten del modelo de traacutefico con los valores de penetracioacuten correspondientes a ese periodo Para describir los caacutelculos realizados se tomaraacute como ejemplo los resultados de una celda de dos sectores

Tabla 11 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 1)

El modelo desarrollado determina la carga en kbps por servicio de acuerdo con una penetracioacuten de entrada y por ende la capacidad total de la celda Seguacuten esa carga es posible determinar los canales simultaacuteneos por usuario Los canales simultaacuteneos generan un cierto nivel de interferencia en toda la celda y por tanto determinan el porcentaje de carga total de la celda

En la primera fase se genera un nivel de carga de 7318 que es muy proacuteximo al valor teoacuterico adoptado en el inicio del dimensionamiento igual a 70 considerado para el caacutelculo de balance de potencias En la segunda fase del proyecto se espera una mayor penetracioacuten de los servicios y un mayor nivel de interferencia en la celda

En la segunda fase del proyecto se hizo la simulacioacuten con mayores niveles de penetracioacuten de donde se obtuvo un nivel de interferencia mayor que en la primera fase Este nivel de interferencia proporciona la carga total de la celda (8747) que si bien es mayor todaviacutea no llegoacute a la unidad y asiacute a la capacidad maacutexima de la celda

164 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 12 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 2)

De acuerdo con el porcentaje de carga real en el downlink determinado desde el punto de vista de capacidad del Nodo B se procedioacute a determinar la variabilidad del radio de cobertura con los nuevos valores de carga

Tabla 13 Variabilidad del radio de celda

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 165

Seguacuten los nuevos valores de los radios de cobertura obtenidos se puede apreciar que no existe una cuantiosa reduccioacuten en el radio de celda Por tanto se puede afinar que se llegoacute al balance entre cobertura y capacidad

Figura 12 Variacioacuten del radio de cobertura conforme al equilibrio entre la cobertura y capacidad

6 Conclusiones

En este trabajo de investigacioacuten se ha abordado el dimensionamiento de la red de acceso radio UTRAN con el objetivo fundamental de optimizar los recursos de transmisioacuten y soporte de QoS Tambieacuten se ha analizado los principales paraacutemetros y alternativas de disentildeo a considerar en un escenario de despliegue real para COMTECO

A lo largo del anaacutelisis se ha puesto de manifiesto la extraordinaria complejidad asociada con el dimensionamiento de UTRAN Asiacute se dio lugar al presente trabajo para solucionar el problema desde un enfoque analiacutetico asegurando el equilibrio entre la cobertura y capacidad Empero se consideroacute necesario para la fase de implantacioacuten del proyecto que se validen los resultados obtenidos mediante el uso de herramientas especiacuteficas de planificacioacuten y optimizacioacuten de redes 3G propias del fabricante En la misma liacutenea se consideroacute acometer un estudio maacutes exhaustivo del impacto que puedan tener los mecanismos de gestioacuten de traacutefico y gestioacuten de recursos de radio

Referencias

[1] Holma H y A Toskala 2007 WCDMA for UMTS-HSPA Evolution and LTE

John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[2] Nawrocki M M Dohler y H Aghvanmi 2006 Understanding UMTS Radio

Network Modelling Planning and Automated Optimization Theory and Practice John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

166 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

[3] Wacker A J Laiho y T Novosad 2006 Radio Network Planning and

Optimization for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[4] Chevallier C 2006 WCDMA (UMTS) Deployment Handbook Planning and

Optimization Aspects John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[5] Holma H y A Toskala 2006 HSDPAHSUPA for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

158 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 8 MAPL limitado por el enlace ascendente

URBANO

DENSO

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

MAPL 16238 18282 1638 18203 1635 18324 1636 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1568 17503 1565 17624 1566 17518 1557 17197

MAPL indoor 14538 15582 1468 15503 1465 15624 1464 15518 1457 15197

URBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14618 15982 1468 15903 147 16024 1472 16018 14726 15697

SUBURBANO

MAPL 16238 18282 1628 18203 1625 18324 1626 18218 1627 17897

MAPL outdoor 15538 17582 1558 17503 1555 17624 1556 17518 1557 17197

MAPL indoor 14738 15982 1478 15903 1475 16024 1476 16518 1477 16197

531 Caacutelculo del radio de celda por entorno

Aplicando el modelo de propagacioacuten seleccionado se definen los radios de cobertura de las celdas

msdrtsbf LLLL ++=

minus

+minus+++∆+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stottrtsbf dff

dhLLL

minus

+minus+++minus+minus++= )log(9)log(925

704)log(1854)1log(18 stotrftrtsbf dff

dhhLLL

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

)log(

)log(9)log(925

704)log(1854)1log(18)log(20)log(20432

+

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus=

minus

+minus+++minus+minus+sdot+sdot+=

fdff

hhLL

d

dff

dhhLfdL

srftrts

tot

stotrftrtstot

)1820(

)log(20432)log(9)log(925

70454)1log(18

10 +

sdotminusminus+

+minusminusminusminus++minus

=

fdff

hhLL

tot

srftrts

d

Como el enlace que limita la cobertura es el uplink se hace uso de la MAPL indoor para determinar el radio de cobertura

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 159

De acuerdo con los resultados obtenidos de los radios de cobertura de las celdas se definieron algunos sitios tentativos para la ubicacioacuten de los nodos b ya que COMTECO es propietaria de dichos sitios

Tabla 9 Resumen de radios de coberturas para diferentes entornos

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

Sitio UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

UD

1 Sucre 2060 3877 2245 3697 2205 3978 2191 3730 2098 3071

2 Centro 2243 4223 2302 4026 2260 4333 2260 4063 2244 3345

U

3 Muyurina 2571 5876 2670 5602 2703 6028 2736 6006 2742 4944

4 Sur 2687 6139 2790 5853 2824 6299 2858 6275 2865 5166

SU 5 Temporal 4129 8774 4236 8365 4160 9002 4185 12142 4205 9996

SU 6 V Bush Sur 3129 7507 3210 7157 3153 7701 3172 10388 3187 8552

SU 7 Pacata 4001 8502 4105 8106 4031 8723 4056 11766 4075 9686

SU 8 Zofraco 5264 8262 5400 7877 5303 8476 5335 11433 5361 9412

SU 9 Pucara 3361 6308 3449 6014 3386 6472 3407 8729 3424 7186

SU 10 Sacaba 2542 5401 2608 5149 2561 5541 2576 7474 2589 6153

U 11 Quillacollo 2333 5597 2467 5336 2351 5742 2365 7745 2376 6376

SU 12 Florida Sur 2969 6308 3045 6014 2991 6472 3009 8729 3023 7186

SU 13 Pintildeami 2983 5965 3060 5687 3005 6120 3023 8255 3038 6796

SU 14 Tiquipaya 3183 5973 3265 5695 3207 6128 3226 8266 3242 6805

SU 15 Feria 3272 6139 2797 5853 3296 6299 3316 8496 3332 6994

SU 16 Valle Hermoso 3227 6857 3311 6538 3251 6702 3271 9489 3287 7812

Seguacuten el entorno se determinoacute que el radio de cobertura de la celda sea el menor permitido de entre todos los diferentes servicios ofertados Para determinar el radio de cobertura de HSDPA se debe considerar que eacuteste variariacutea constantemente dependiendo de las condiciones del canal radio y de su esquema de modulacioacuten las mayores velocidades de transferencia son alcanzadas cuando el UE estaacute maacutes proacuteximo al Nodo B [1]

160 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 9 Modulaciones en UMTSHSDPA

Figura 10 Variacioacuten radio de cobertura HSDPA

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 161

Para clasificar los entornos existentes en el proyecto no es suficiente catalogarlos seguacuten sus caracteriacutesticas geograacuteficas sino maacutes bien tomar en cuenta la densidad de usuarios potenciales que existan en ellos Considerando que en Cochabamba no existe una fuente de informacioacuten que refleje la cantidad de usuarios de servicios de telecomunicaciones distribuidos por zonas se hizo una analogiacutea con el reporte de traacutefico generado por las estaciones base de un operador de telefoniacutea moacutevil del departamento

Asiacute se obtiene los porcentajes de concentracioacuten de usuarios potenciales por entorno urbano denso urbano y suburbano Estos porcentajes fueron adoptados en el disentildeo para distribuir la demanda en los diferentes entornos por provincia

Tabla 10 Distribucioacuten de la demanda

Entorno Densidad 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

CERCADO

URBANO

DENSO 34 5818 11167 15556 18911 21487 23594 25466 2725 29031 3086 32389

URBANO 27 4621 8868 12353 15018 17063 18736 20223 21639 23054 24506 25721

SUBURBANO 39 6674 12809 17844 21693 24647 27064 29211 31257 33301 35398 37152

SACABA

SUBURBANO 100 4655 10234 16778 23398 2918 33717 37363 41143 44905 4901 52497

QUILLACOLLO

URBANO 52 4825 10408 1682 23401 2936 347 39812 45081 50761 57007 62596

SUBURBANO 48 4453 9608 15526 216 27102 32031 36749 41614 46856 52621 57781

54 Caacutelculo del traacutefico por celda

Para calcular el balance de potencias se consideroacute un porcentaje de carga igual a 50 en el uplink y 70 en el downlink

Como se vio en los apartados anteriores en UMTS el enlace descendente es el que limita la capacidad de la celda debido a que el Nodo B debe compartir la potencia entre todos los usuarios que se conectan a la red en la respectiva celda que atiende el Nodo B

Para dimensionar la carga de la celda se hizo uso de Matlab en el que se desarrolloacute un simulador de modelo de traacutefico derivado de las ecuaciones de carga en el downlink Siguiendo la metodologiacutea de planificacioacuten de radio se debe llegar a un equilibrio entre la cobertura y la capacidad mediante la validacioacuten del radio de cobertura ya establecido y otro conforme a un anaacutelisis de carga de la celda

En este apartado se determinaraacute la carga real de la celda seguacuten una cierta penetracioacuten de servicios recomendada por la UIT para redes 3G en Latinoameacuterica y dicha carga real determinaraacute la nueva MAPL de la celda

162 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Penetracioacuten de Servicios

Servicio de videollamadas

32 kbps

Servicio de datos

64 kbps

Servicio de datos

144 kbps

Servicio de datos

384 kbps

Servicio de voz

15 kbps

η1 η2 η3 η4 η5

N1 Usuarios

N2 Usuarios

N 3 Usuarios

N4 Usuarios

N 5 Usuarios

NR1 NR2 NR3 NR4 NR4+ + + +

NRtotal

Carga 1 [ kbps]

Carga 2 [kbps]

Carga 3 [kbps]

Carga 4 [ kbps]

Carga 5 [kbps]

Cargatotal

[kbps]

η

minus+=

vRNoEb

W

i

NulNumDL

)()1( α

sum=

+minus=N

j

iaRjW

jNo

EbvjNdl

1

])1[(

)(

)1

1(log10 10

NdlNR

minus=

)1( BLERRNThroughput minus=+ + + +

sum

sum

Figura 11 Planificacioacuten de capacidad

541 Traacutefico generado por usuario

Para estimar el traacutefico de voz que genera cada usuario se adoptoacute los reportes anuales de un operador de telefoniacutea moacutevil sobre la cantidad de minutos promedio que usa un cliente por mes (Minutes of Use)

diacuteaerdiacuteara lacioacutenlacioacutenMoUmensualTraacutefico

picohoraTraacutefico _int_int ReRe602430

)_(___ =

Donde

diacutearalacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado en la hora pico y el resto de horas del

diacutea

diacuteaerlacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado el diacutea pico y el resto de diacuteas del mes

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 163

El traacutefico generado por videollamadas fue adoptado de valores recomendados por [3] El traacutefico de datos generado por los usuarios fue calculado a partir del tiempo promedio de visita a portales moacuteviles

En la primera fase del proyecto se hizo la simulacioacuten del modelo de traacutefico con los valores de penetracioacuten correspondientes a ese periodo Para describir los caacutelculos realizados se tomaraacute como ejemplo los resultados de una celda de dos sectores

Tabla 11 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 1)

El modelo desarrollado determina la carga en kbps por servicio de acuerdo con una penetracioacuten de entrada y por ende la capacidad total de la celda Seguacuten esa carga es posible determinar los canales simultaacuteneos por usuario Los canales simultaacuteneos generan un cierto nivel de interferencia en toda la celda y por tanto determinan el porcentaje de carga total de la celda

En la primera fase se genera un nivel de carga de 7318 que es muy proacuteximo al valor teoacuterico adoptado en el inicio del dimensionamiento igual a 70 considerado para el caacutelculo de balance de potencias En la segunda fase del proyecto se espera una mayor penetracioacuten de los servicios y un mayor nivel de interferencia en la celda

En la segunda fase del proyecto se hizo la simulacioacuten con mayores niveles de penetracioacuten de donde se obtuvo un nivel de interferencia mayor que en la primera fase Este nivel de interferencia proporciona la carga total de la celda (8747) que si bien es mayor todaviacutea no llegoacute a la unidad y asiacute a la capacidad maacutexima de la celda

164 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 12 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 2)

De acuerdo con el porcentaje de carga real en el downlink determinado desde el punto de vista de capacidad del Nodo B se procedioacute a determinar la variabilidad del radio de cobertura con los nuevos valores de carga

Tabla 13 Variabilidad del radio de celda

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 165

Seguacuten los nuevos valores de los radios de cobertura obtenidos se puede apreciar que no existe una cuantiosa reduccioacuten en el radio de celda Por tanto se puede afinar que se llegoacute al balance entre cobertura y capacidad

Figura 12 Variacioacuten del radio de cobertura conforme al equilibrio entre la cobertura y capacidad

6 Conclusiones

En este trabajo de investigacioacuten se ha abordado el dimensionamiento de la red de acceso radio UTRAN con el objetivo fundamental de optimizar los recursos de transmisioacuten y soporte de QoS Tambieacuten se ha analizado los principales paraacutemetros y alternativas de disentildeo a considerar en un escenario de despliegue real para COMTECO

A lo largo del anaacutelisis se ha puesto de manifiesto la extraordinaria complejidad asociada con el dimensionamiento de UTRAN Asiacute se dio lugar al presente trabajo para solucionar el problema desde un enfoque analiacutetico asegurando el equilibrio entre la cobertura y capacidad Empero se consideroacute necesario para la fase de implantacioacuten del proyecto que se validen los resultados obtenidos mediante el uso de herramientas especiacuteficas de planificacioacuten y optimizacioacuten de redes 3G propias del fabricante En la misma liacutenea se consideroacute acometer un estudio maacutes exhaustivo del impacto que puedan tener los mecanismos de gestioacuten de traacutefico y gestioacuten de recursos de radio

Referencias

[1] Holma H y A Toskala 2007 WCDMA for UMTS-HSPA Evolution and LTE

John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[2] Nawrocki M M Dohler y H Aghvanmi 2006 Understanding UMTS Radio

Network Modelling Planning and Automated Optimization Theory and Practice John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

166 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

[3] Wacker A J Laiho y T Novosad 2006 Radio Network Planning and

Optimization for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[4] Chevallier C 2006 WCDMA (UMTS) Deployment Handbook Planning and

Optimization Aspects John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[5] Holma H y A Toskala 2006 HSDPAHSUPA for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 159

De acuerdo con los resultados obtenidos de los radios de cobertura de las celdas se definieron algunos sitios tentativos para la ubicacioacuten de los nodos b ya que COMTECO es propietaria de dichos sitios

Tabla 9 Resumen de radios de coberturas para diferentes entornos

122 Kbps 32 Kbps 64 Kbps 144 Kbps 384 Kbps

Sitio UL DL UL DL UL DL UL DL UL DL

UD

1 Sucre 2060 3877 2245 3697 2205 3978 2191 3730 2098 3071

2 Centro 2243 4223 2302 4026 2260 4333 2260 4063 2244 3345

U

3 Muyurina 2571 5876 2670 5602 2703 6028 2736 6006 2742 4944

4 Sur 2687 6139 2790 5853 2824 6299 2858 6275 2865 5166

SU 5 Temporal 4129 8774 4236 8365 4160 9002 4185 12142 4205 9996

SU 6 V Bush Sur 3129 7507 3210 7157 3153 7701 3172 10388 3187 8552

SU 7 Pacata 4001 8502 4105 8106 4031 8723 4056 11766 4075 9686

SU 8 Zofraco 5264 8262 5400 7877 5303 8476 5335 11433 5361 9412

SU 9 Pucara 3361 6308 3449 6014 3386 6472 3407 8729 3424 7186

SU 10 Sacaba 2542 5401 2608 5149 2561 5541 2576 7474 2589 6153

U 11 Quillacollo 2333 5597 2467 5336 2351 5742 2365 7745 2376 6376

SU 12 Florida Sur 2969 6308 3045 6014 2991 6472 3009 8729 3023 7186

SU 13 Pintildeami 2983 5965 3060 5687 3005 6120 3023 8255 3038 6796

SU 14 Tiquipaya 3183 5973 3265 5695 3207 6128 3226 8266 3242 6805

SU 15 Feria 3272 6139 2797 5853 3296 6299 3316 8496 3332 6994

SU 16 Valle Hermoso 3227 6857 3311 6538 3251 6702 3271 9489 3287 7812

Seguacuten el entorno se determinoacute que el radio de cobertura de la celda sea el menor permitido de entre todos los diferentes servicios ofertados Para determinar el radio de cobertura de HSDPA se debe considerar que eacuteste variariacutea constantemente dependiendo de las condiciones del canal radio y de su esquema de modulacioacuten las mayores velocidades de transferencia son alcanzadas cuando el UE estaacute maacutes proacuteximo al Nodo B [1]

160 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 9 Modulaciones en UMTSHSDPA

Figura 10 Variacioacuten radio de cobertura HSDPA

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 161

Para clasificar los entornos existentes en el proyecto no es suficiente catalogarlos seguacuten sus caracteriacutesticas geograacuteficas sino maacutes bien tomar en cuenta la densidad de usuarios potenciales que existan en ellos Considerando que en Cochabamba no existe una fuente de informacioacuten que refleje la cantidad de usuarios de servicios de telecomunicaciones distribuidos por zonas se hizo una analogiacutea con el reporte de traacutefico generado por las estaciones base de un operador de telefoniacutea moacutevil del departamento

Asiacute se obtiene los porcentajes de concentracioacuten de usuarios potenciales por entorno urbano denso urbano y suburbano Estos porcentajes fueron adoptados en el disentildeo para distribuir la demanda en los diferentes entornos por provincia

Tabla 10 Distribucioacuten de la demanda

Entorno Densidad 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

CERCADO

URBANO

DENSO 34 5818 11167 15556 18911 21487 23594 25466 2725 29031 3086 32389

URBANO 27 4621 8868 12353 15018 17063 18736 20223 21639 23054 24506 25721

SUBURBANO 39 6674 12809 17844 21693 24647 27064 29211 31257 33301 35398 37152

SACABA

SUBURBANO 100 4655 10234 16778 23398 2918 33717 37363 41143 44905 4901 52497

QUILLACOLLO

URBANO 52 4825 10408 1682 23401 2936 347 39812 45081 50761 57007 62596

SUBURBANO 48 4453 9608 15526 216 27102 32031 36749 41614 46856 52621 57781

54 Caacutelculo del traacutefico por celda

Para calcular el balance de potencias se consideroacute un porcentaje de carga igual a 50 en el uplink y 70 en el downlink

Como se vio en los apartados anteriores en UMTS el enlace descendente es el que limita la capacidad de la celda debido a que el Nodo B debe compartir la potencia entre todos los usuarios que se conectan a la red en la respectiva celda que atiende el Nodo B

Para dimensionar la carga de la celda se hizo uso de Matlab en el que se desarrolloacute un simulador de modelo de traacutefico derivado de las ecuaciones de carga en el downlink Siguiendo la metodologiacutea de planificacioacuten de radio se debe llegar a un equilibrio entre la cobertura y la capacidad mediante la validacioacuten del radio de cobertura ya establecido y otro conforme a un anaacutelisis de carga de la celda

En este apartado se determinaraacute la carga real de la celda seguacuten una cierta penetracioacuten de servicios recomendada por la UIT para redes 3G en Latinoameacuterica y dicha carga real determinaraacute la nueva MAPL de la celda

162 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Penetracioacuten de Servicios

Servicio de videollamadas

32 kbps

Servicio de datos

64 kbps

Servicio de datos

144 kbps

Servicio de datos

384 kbps

Servicio de voz

15 kbps

η1 η2 η3 η4 η5

N1 Usuarios

N2 Usuarios

N 3 Usuarios

N4 Usuarios

N 5 Usuarios

NR1 NR2 NR3 NR4 NR4+ + + +

NRtotal

Carga 1 [ kbps]

Carga 2 [kbps]

Carga 3 [kbps]

Carga 4 [ kbps]

Carga 5 [kbps]

Cargatotal

[kbps]

η

minus+=

vRNoEb

W

i

NulNumDL

)()1( α

sum=

+minus=N

j

iaRjW

jNo

EbvjNdl

1

])1[(

)(

)1

1(log10 10

NdlNR

minus=

)1( BLERRNThroughput minus=+ + + +

sum

sum

Figura 11 Planificacioacuten de capacidad

541 Traacutefico generado por usuario

Para estimar el traacutefico de voz que genera cada usuario se adoptoacute los reportes anuales de un operador de telefoniacutea moacutevil sobre la cantidad de minutos promedio que usa un cliente por mes (Minutes of Use)

diacuteaerdiacuteara lacioacutenlacioacutenMoUmensualTraacutefico

picohoraTraacutefico _int_int ReRe602430

)_(___ =

Donde

diacutearalacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado en la hora pico y el resto de horas del

diacutea

diacuteaerlacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado el diacutea pico y el resto de diacuteas del mes

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 163

El traacutefico generado por videollamadas fue adoptado de valores recomendados por [3] El traacutefico de datos generado por los usuarios fue calculado a partir del tiempo promedio de visita a portales moacuteviles

En la primera fase del proyecto se hizo la simulacioacuten del modelo de traacutefico con los valores de penetracioacuten correspondientes a ese periodo Para describir los caacutelculos realizados se tomaraacute como ejemplo los resultados de una celda de dos sectores

Tabla 11 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 1)

El modelo desarrollado determina la carga en kbps por servicio de acuerdo con una penetracioacuten de entrada y por ende la capacidad total de la celda Seguacuten esa carga es posible determinar los canales simultaacuteneos por usuario Los canales simultaacuteneos generan un cierto nivel de interferencia en toda la celda y por tanto determinan el porcentaje de carga total de la celda

En la primera fase se genera un nivel de carga de 7318 que es muy proacuteximo al valor teoacuterico adoptado en el inicio del dimensionamiento igual a 70 considerado para el caacutelculo de balance de potencias En la segunda fase del proyecto se espera una mayor penetracioacuten de los servicios y un mayor nivel de interferencia en la celda

En la segunda fase del proyecto se hizo la simulacioacuten con mayores niveles de penetracioacuten de donde se obtuvo un nivel de interferencia mayor que en la primera fase Este nivel de interferencia proporciona la carga total de la celda (8747) que si bien es mayor todaviacutea no llegoacute a la unidad y asiacute a la capacidad maacutexima de la celda

164 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 12 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 2)

De acuerdo con el porcentaje de carga real en el downlink determinado desde el punto de vista de capacidad del Nodo B se procedioacute a determinar la variabilidad del radio de cobertura con los nuevos valores de carga

Tabla 13 Variabilidad del radio de celda

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 165

Seguacuten los nuevos valores de los radios de cobertura obtenidos se puede apreciar que no existe una cuantiosa reduccioacuten en el radio de celda Por tanto se puede afinar que se llegoacute al balance entre cobertura y capacidad

Figura 12 Variacioacuten del radio de cobertura conforme al equilibrio entre la cobertura y capacidad

6 Conclusiones

En este trabajo de investigacioacuten se ha abordado el dimensionamiento de la red de acceso radio UTRAN con el objetivo fundamental de optimizar los recursos de transmisioacuten y soporte de QoS Tambieacuten se ha analizado los principales paraacutemetros y alternativas de disentildeo a considerar en un escenario de despliegue real para COMTECO

A lo largo del anaacutelisis se ha puesto de manifiesto la extraordinaria complejidad asociada con el dimensionamiento de UTRAN Asiacute se dio lugar al presente trabajo para solucionar el problema desde un enfoque analiacutetico asegurando el equilibrio entre la cobertura y capacidad Empero se consideroacute necesario para la fase de implantacioacuten del proyecto que se validen los resultados obtenidos mediante el uso de herramientas especiacuteficas de planificacioacuten y optimizacioacuten de redes 3G propias del fabricante En la misma liacutenea se consideroacute acometer un estudio maacutes exhaustivo del impacto que puedan tener los mecanismos de gestioacuten de traacutefico y gestioacuten de recursos de radio

Referencias

[1] Holma H y A Toskala 2007 WCDMA for UMTS-HSPA Evolution and LTE

John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[2] Nawrocki M M Dohler y H Aghvanmi 2006 Understanding UMTS Radio

Network Modelling Planning and Automated Optimization Theory and Practice John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

166 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

[3] Wacker A J Laiho y T Novosad 2006 Radio Network Planning and

Optimization for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[4] Chevallier C 2006 WCDMA (UMTS) Deployment Handbook Planning and

Optimization Aspects John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[5] Holma H y A Toskala 2006 HSDPAHSUPA for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

160 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Figura 9 Modulaciones en UMTSHSDPA

Figura 10 Variacioacuten radio de cobertura HSDPA

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 161

Para clasificar los entornos existentes en el proyecto no es suficiente catalogarlos seguacuten sus caracteriacutesticas geograacuteficas sino maacutes bien tomar en cuenta la densidad de usuarios potenciales que existan en ellos Considerando que en Cochabamba no existe una fuente de informacioacuten que refleje la cantidad de usuarios de servicios de telecomunicaciones distribuidos por zonas se hizo una analogiacutea con el reporte de traacutefico generado por las estaciones base de un operador de telefoniacutea moacutevil del departamento

Asiacute se obtiene los porcentajes de concentracioacuten de usuarios potenciales por entorno urbano denso urbano y suburbano Estos porcentajes fueron adoptados en el disentildeo para distribuir la demanda en los diferentes entornos por provincia

Tabla 10 Distribucioacuten de la demanda

Entorno Densidad 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

CERCADO

URBANO

DENSO 34 5818 11167 15556 18911 21487 23594 25466 2725 29031 3086 32389

URBANO 27 4621 8868 12353 15018 17063 18736 20223 21639 23054 24506 25721

SUBURBANO 39 6674 12809 17844 21693 24647 27064 29211 31257 33301 35398 37152

SACABA

SUBURBANO 100 4655 10234 16778 23398 2918 33717 37363 41143 44905 4901 52497

QUILLACOLLO

URBANO 52 4825 10408 1682 23401 2936 347 39812 45081 50761 57007 62596

SUBURBANO 48 4453 9608 15526 216 27102 32031 36749 41614 46856 52621 57781

54 Caacutelculo del traacutefico por celda

Para calcular el balance de potencias se consideroacute un porcentaje de carga igual a 50 en el uplink y 70 en el downlink

Como se vio en los apartados anteriores en UMTS el enlace descendente es el que limita la capacidad de la celda debido a que el Nodo B debe compartir la potencia entre todos los usuarios que se conectan a la red en la respectiva celda que atiende el Nodo B

Para dimensionar la carga de la celda se hizo uso de Matlab en el que se desarrolloacute un simulador de modelo de traacutefico derivado de las ecuaciones de carga en el downlink Siguiendo la metodologiacutea de planificacioacuten de radio se debe llegar a un equilibrio entre la cobertura y la capacidad mediante la validacioacuten del radio de cobertura ya establecido y otro conforme a un anaacutelisis de carga de la celda

En este apartado se determinaraacute la carga real de la celda seguacuten una cierta penetracioacuten de servicios recomendada por la UIT para redes 3G en Latinoameacuterica y dicha carga real determinaraacute la nueva MAPL de la celda

162 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Penetracioacuten de Servicios

Servicio de videollamadas

32 kbps

Servicio de datos

64 kbps

Servicio de datos

144 kbps

Servicio de datos

384 kbps

Servicio de voz

15 kbps

η1 η2 η3 η4 η5

N1 Usuarios

N2 Usuarios

N 3 Usuarios

N4 Usuarios

N 5 Usuarios

NR1 NR2 NR3 NR4 NR4+ + + +

NRtotal

Carga 1 [ kbps]

Carga 2 [kbps]

Carga 3 [kbps]

Carga 4 [ kbps]

Carga 5 [kbps]

Cargatotal

[kbps]

η

minus+=

vRNoEb

W

i

NulNumDL

)()1( α

sum=

+minus=N

j

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jNo

EbvjNdl

1

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)(

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1(log10 10

NdlNR

minus=

)1( BLERRNThroughput minus=+ + + +

sum

sum

Figura 11 Planificacioacuten de capacidad

541 Traacutefico generado por usuario

Para estimar el traacutefico de voz que genera cada usuario se adoptoacute los reportes anuales de un operador de telefoniacutea moacutevil sobre la cantidad de minutos promedio que usa un cliente por mes (Minutes of Use)

diacuteaerdiacuteara lacioacutenlacioacutenMoUmensualTraacutefico

picohoraTraacutefico _int_int ReRe602430

)_(___ =

Donde

diacutearalacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado en la hora pico y el resto de horas del

diacutea

diacuteaerlacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado el diacutea pico y el resto de diacuteas del mes

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El traacutefico generado por videollamadas fue adoptado de valores recomendados por [3] El traacutefico de datos generado por los usuarios fue calculado a partir del tiempo promedio de visita a portales moacuteviles

En la primera fase del proyecto se hizo la simulacioacuten del modelo de traacutefico con los valores de penetracioacuten correspondientes a ese periodo Para describir los caacutelculos realizados se tomaraacute como ejemplo los resultados de una celda de dos sectores

Tabla 11 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 1)

El modelo desarrollado determina la carga en kbps por servicio de acuerdo con una penetracioacuten de entrada y por ende la capacidad total de la celda Seguacuten esa carga es posible determinar los canales simultaacuteneos por usuario Los canales simultaacuteneos generan un cierto nivel de interferencia en toda la celda y por tanto determinan el porcentaje de carga total de la celda

En la primera fase se genera un nivel de carga de 7318 que es muy proacuteximo al valor teoacuterico adoptado en el inicio del dimensionamiento igual a 70 considerado para el caacutelculo de balance de potencias En la segunda fase del proyecto se espera una mayor penetracioacuten de los servicios y un mayor nivel de interferencia en la celda

En la segunda fase del proyecto se hizo la simulacioacuten con mayores niveles de penetracioacuten de donde se obtuvo un nivel de interferencia mayor que en la primera fase Este nivel de interferencia proporciona la carga total de la celda (8747) que si bien es mayor todaviacutea no llegoacute a la unidad y asiacute a la capacidad maacutexima de la celda

164 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 12 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 2)

De acuerdo con el porcentaje de carga real en el downlink determinado desde el punto de vista de capacidad del Nodo B se procedioacute a determinar la variabilidad del radio de cobertura con los nuevos valores de carga

Tabla 13 Variabilidad del radio de celda

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 165

Seguacuten los nuevos valores de los radios de cobertura obtenidos se puede apreciar que no existe una cuantiosa reduccioacuten en el radio de celda Por tanto se puede afinar que se llegoacute al balance entre cobertura y capacidad

Figura 12 Variacioacuten del radio de cobertura conforme al equilibrio entre la cobertura y capacidad

6 Conclusiones

En este trabajo de investigacioacuten se ha abordado el dimensionamiento de la red de acceso radio UTRAN con el objetivo fundamental de optimizar los recursos de transmisioacuten y soporte de QoS Tambieacuten se ha analizado los principales paraacutemetros y alternativas de disentildeo a considerar en un escenario de despliegue real para COMTECO

A lo largo del anaacutelisis se ha puesto de manifiesto la extraordinaria complejidad asociada con el dimensionamiento de UTRAN Asiacute se dio lugar al presente trabajo para solucionar el problema desde un enfoque analiacutetico asegurando el equilibrio entre la cobertura y capacidad Empero se consideroacute necesario para la fase de implantacioacuten del proyecto que se validen los resultados obtenidos mediante el uso de herramientas especiacuteficas de planificacioacuten y optimizacioacuten de redes 3G propias del fabricante En la misma liacutenea se consideroacute acometer un estudio maacutes exhaustivo del impacto que puedan tener los mecanismos de gestioacuten de traacutefico y gestioacuten de recursos de radio

Referencias

[1] Holma H y A Toskala 2007 WCDMA for UMTS-HSPA Evolution and LTE

John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[2] Nawrocki M M Dohler y H Aghvanmi 2006 Understanding UMTS Radio

Network Modelling Planning and Automated Optimization Theory and Practice John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

166 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

[3] Wacker A J Laiho y T Novosad 2006 Radio Network Planning and

Optimization for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[4] Chevallier C 2006 WCDMA (UMTS) Deployment Handbook Planning and

Optimization Aspects John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[5] Holma H y A Toskala 2006 HSDPAHSUPA for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 161

Para clasificar los entornos existentes en el proyecto no es suficiente catalogarlos seguacuten sus caracteriacutesticas geograacuteficas sino maacutes bien tomar en cuenta la densidad de usuarios potenciales que existan en ellos Considerando que en Cochabamba no existe una fuente de informacioacuten que refleje la cantidad de usuarios de servicios de telecomunicaciones distribuidos por zonas se hizo una analogiacutea con el reporte de traacutefico generado por las estaciones base de un operador de telefoniacutea moacutevil del departamento

Asiacute se obtiene los porcentajes de concentracioacuten de usuarios potenciales por entorno urbano denso urbano y suburbano Estos porcentajes fueron adoptados en el disentildeo para distribuir la demanda en los diferentes entornos por provincia

Tabla 10 Distribucioacuten de la demanda

Entorno Densidad 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

CERCADO

URBANO

DENSO 34 5818 11167 15556 18911 21487 23594 25466 2725 29031 3086 32389

URBANO 27 4621 8868 12353 15018 17063 18736 20223 21639 23054 24506 25721

SUBURBANO 39 6674 12809 17844 21693 24647 27064 29211 31257 33301 35398 37152

SACABA

SUBURBANO 100 4655 10234 16778 23398 2918 33717 37363 41143 44905 4901 52497

QUILLACOLLO

URBANO 52 4825 10408 1682 23401 2936 347 39812 45081 50761 57007 62596

SUBURBANO 48 4453 9608 15526 216 27102 32031 36749 41614 46856 52621 57781

54 Caacutelculo del traacutefico por celda

Para calcular el balance de potencias se consideroacute un porcentaje de carga igual a 50 en el uplink y 70 en el downlink

Como se vio en los apartados anteriores en UMTS el enlace descendente es el que limita la capacidad de la celda debido a que el Nodo B debe compartir la potencia entre todos los usuarios que se conectan a la red en la respectiva celda que atiende el Nodo B

Para dimensionar la carga de la celda se hizo uso de Matlab en el que se desarrolloacute un simulador de modelo de traacutefico derivado de las ecuaciones de carga en el downlink Siguiendo la metodologiacutea de planificacioacuten de radio se debe llegar a un equilibrio entre la cobertura y la capacidad mediante la validacioacuten del radio de cobertura ya establecido y otro conforme a un anaacutelisis de carga de la celda

En este apartado se determinaraacute la carga real de la celda seguacuten una cierta penetracioacuten de servicios recomendada por la UIT para redes 3G en Latinoameacuterica y dicha carga real determinaraacute la nueva MAPL de la celda

162 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Penetracioacuten de Servicios

Servicio de videollamadas

32 kbps

Servicio de datos

64 kbps

Servicio de datos

144 kbps

Servicio de datos

384 kbps

Servicio de voz

15 kbps

η1 η2 η3 η4 η5

N1 Usuarios

N2 Usuarios

N 3 Usuarios

N4 Usuarios

N 5 Usuarios

NR1 NR2 NR3 NR4 NR4+ + + +

NRtotal

Carga 1 [ kbps]

Carga 2 [kbps]

Carga 3 [kbps]

Carga 4 [ kbps]

Carga 5 [kbps]

Cargatotal

[kbps]

η

minus+=

vRNoEb

W

i

NulNumDL

)()1( α

sum=

+minus=N

j

iaRjW

jNo

EbvjNdl

1

])1[(

)(

)1

1(log10 10

NdlNR

minus=

)1( BLERRNThroughput minus=+ + + +

sum

sum

Figura 11 Planificacioacuten de capacidad

541 Traacutefico generado por usuario

Para estimar el traacutefico de voz que genera cada usuario se adoptoacute los reportes anuales de un operador de telefoniacutea moacutevil sobre la cantidad de minutos promedio que usa un cliente por mes (Minutes of Use)

diacuteaerdiacuteara lacioacutenlacioacutenMoUmensualTraacutefico

picohoraTraacutefico _int_int ReRe602430

)_(___ =

Donde

diacutearalacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado en la hora pico y el resto de horas del

diacutea

diacuteaerlacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado el diacutea pico y el resto de diacuteas del mes

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 163

El traacutefico generado por videollamadas fue adoptado de valores recomendados por [3] El traacutefico de datos generado por los usuarios fue calculado a partir del tiempo promedio de visita a portales moacuteviles

En la primera fase del proyecto se hizo la simulacioacuten del modelo de traacutefico con los valores de penetracioacuten correspondientes a ese periodo Para describir los caacutelculos realizados se tomaraacute como ejemplo los resultados de una celda de dos sectores

Tabla 11 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 1)

El modelo desarrollado determina la carga en kbps por servicio de acuerdo con una penetracioacuten de entrada y por ende la capacidad total de la celda Seguacuten esa carga es posible determinar los canales simultaacuteneos por usuario Los canales simultaacuteneos generan un cierto nivel de interferencia en toda la celda y por tanto determinan el porcentaje de carga total de la celda

En la primera fase se genera un nivel de carga de 7318 que es muy proacuteximo al valor teoacuterico adoptado en el inicio del dimensionamiento igual a 70 considerado para el caacutelculo de balance de potencias En la segunda fase del proyecto se espera una mayor penetracioacuten de los servicios y un mayor nivel de interferencia en la celda

En la segunda fase del proyecto se hizo la simulacioacuten con mayores niveles de penetracioacuten de donde se obtuvo un nivel de interferencia mayor que en la primera fase Este nivel de interferencia proporciona la carga total de la celda (8747) que si bien es mayor todaviacutea no llegoacute a la unidad y asiacute a la capacidad maacutexima de la celda

164 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 12 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 2)

De acuerdo con el porcentaje de carga real en el downlink determinado desde el punto de vista de capacidad del Nodo B se procedioacute a determinar la variabilidad del radio de cobertura con los nuevos valores de carga

Tabla 13 Variabilidad del radio de celda

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 165

Seguacuten los nuevos valores de los radios de cobertura obtenidos se puede apreciar que no existe una cuantiosa reduccioacuten en el radio de celda Por tanto se puede afinar que se llegoacute al balance entre cobertura y capacidad

Figura 12 Variacioacuten del radio de cobertura conforme al equilibrio entre la cobertura y capacidad

6 Conclusiones

En este trabajo de investigacioacuten se ha abordado el dimensionamiento de la red de acceso radio UTRAN con el objetivo fundamental de optimizar los recursos de transmisioacuten y soporte de QoS Tambieacuten se ha analizado los principales paraacutemetros y alternativas de disentildeo a considerar en un escenario de despliegue real para COMTECO

A lo largo del anaacutelisis se ha puesto de manifiesto la extraordinaria complejidad asociada con el dimensionamiento de UTRAN Asiacute se dio lugar al presente trabajo para solucionar el problema desde un enfoque analiacutetico asegurando el equilibrio entre la cobertura y capacidad Empero se consideroacute necesario para la fase de implantacioacuten del proyecto que se validen los resultados obtenidos mediante el uso de herramientas especiacuteficas de planificacioacuten y optimizacioacuten de redes 3G propias del fabricante En la misma liacutenea se consideroacute acometer un estudio maacutes exhaustivo del impacto que puedan tener los mecanismos de gestioacuten de traacutefico y gestioacuten de recursos de radio

Referencias

[1] Holma H y A Toskala 2007 WCDMA for UMTS-HSPA Evolution and LTE

John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[2] Nawrocki M M Dohler y H Aghvanmi 2006 Understanding UMTS Radio

Network Modelling Planning and Automated Optimization Theory and Practice John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

166 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

[3] Wacker A J Laiho y T Novosad 2006 Radio Network Planning and

Optimization for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[4] Chevallier C 2006 WCDMA (UMTS) Deployment Handbook Planning and

Optimization Aspects John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[5] Holma H y A Toskala 2006 HSDPAHSUPA for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

162 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Penetracioacuten de Servicios

Servicio de videollamadas

32 kbps

Servicio de datos

64 kbps

Servicio de datos

144 kbps

Servicio de datos

384 kbps

Servicio de voz

15 kbps

η1 η2 η3 η4 η5

N1 Usuarios

N2 Usuarios

N 3 Usuarios

N4 Usuarios

N 5 Usuarios

NR1 NR2 NR3 NR4 NR4+ + + +

NRtotal

Carga 1 [ kbps]

Carga 2 [kbps]

Carga 3 [kbps]

Carga 4 [ kbps]

Carga 5 [kbps]

Cargatotal

[kbps]

η

minus+=

vRNoEb

W

i

NulNumDL

)()1( α

sum=

+minus=N

j

iaRjW

jNo

EbvjNdl

1

])1[(

)(

)1

1(log10 10

NdlNR

minus=

)1( BLERRNThroughput minus=+ + + +

sum

sum

Figura 11 Planificacioacuten de capacidad

541 Traacutefico generado por usuario

Para estimar el traacutefico de voz que genera cada usuario se adoptoacute los reportes anuales de un operador de telefoniacutea moacutevil sobre la cantidad de minutos promedio que usa un cliente por mes (Minutes of Use)

diacuteaerdiacuteara lacioacutenlacioacutenMoUmensualTraacutefico

picohoraTraacutefico _int_int ReRe602430

)_(___ =

Donde

diacutearalacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado en la hora pico y el resto de horas del

diacutea

diacuteaerlacioacuten _intRe Relacioacuten de traacutefico generado el diacutea pico y el resto de diacuteas del mes

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El traacutefico generado por videollamadas fue adoptado de valores recomendados por [3] El traacutefico de datos generado por los usuarios fue calculado a partir del tiempo promedio de visita a portales moacuteviles

En la primera fase del proyecto se hizo la simulacioacuten del modelo de traacutefico con los valores de penetracioacuten correspondientes a ese periodo Para describir los caacutelculos realizados se tomaraacute como ejemplo los resultados de una celda de dos sectores

Tabla 11 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 1)

El modelo desarrollado determina la carga en kbps por servicio de acuerdo con una penetracioacuten de entrada y por ende la capacidad total de la celda Seguacuten esa carga es posible determinar los canales simultaacuteneos por usuario Los canales simultaacuteneos generan un cierto nivel de interferencia en toda la celda y por tanto determinan el porcentaje de carga total de la celda

En la primera fase se genera un nivel de carga de 7318 que es muy proacuteximo al valor teoacuterico adoptado en el inicio del dimensionamiento igual a 70 considerado para el caacutelculo de balance de potencias En la segunda fase del proyecto se espera una mayor penetracioacuten de los servicios y un mayor nivel de interferencia en la celda

En la segunda fase del proyecto se hizo la simulacioacuten con mayores niveles de penetracioacuten de donde se obtuvo un nivel de interferencia mayor que en la primera fase Este nivel de interferencia proporciona la carga total de la celda (8747) que si bien es mayor todaviacutea no llegoacute a la unidad y asiacute a la capacidad maacutexima de la celda

164 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 12 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 2)

De acuerdo con el porcentaje de carga real en el downlink determinado desde el punto de vista de capacidad del Nodo B se procedioacute a determinar la variabilidad del radio de cobertura con los nuevos valores de carga

Tabla 13 Variabilidad del radio de celda

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 165

Seguacuten los nuevos valores de los radios de cobertura obtenidos se puede apreciar que no existe una cuantiosa reduccioacuten en el radio de celda Por tanto se puede afinar que se llegoacute al balance entre cobertura y capacidad

Figura 12 Variacioacuten del radio de cobertura conforme al equilibrio entre la cobertura y capacidad

6 Conclusiones

En este trabajo de investigacioacuten se ha abordado el dimensionamiento de la red de acceso radio UTRAN con el objetivo fundamental de optimizar los recursos de transmisioacuten y soporte de QoS Tambieacuten se ha analizado los principales paraacutemetros y alternativas de disentildeo a considerar en un escenario de despliegue real para COMTECO

A lo largo del anaacutelisis se ha puesto de manifiesto la extraordinaria complejidad asociada con el dimensionamiento de UTRAN Asiacute se dio lugar al presente trabajo para solucionar el problema desde un enfoque analiacutetico asegurando el equilibrio entre la cobertura y capacidad Empero se consideroacute necesario para la fase de implantacioacuten del proyecto que se validen los resultados obtenidos mediante el uso de herramientas especiacuteficas de planificacioacuten y optimizacioacuten de redes 3G propias del fabricante En la misma liacutenea se consideroacute acometer un estudio maacutes exhaustivo del impacto que puedan tener los mecanismos de gestioacuten de traacutefico y gestioacuten de recursos de radio

Referencias

[1] Holma H y A Toskala 2007 WCDMA for UMTS-HSPA Evolution and LTE

John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[2] Nawrocki M M Dohler y H Aghvanmi 2006 Understanding UMTS Radio

Network Modelling Planning and Automated Optimization Theory and Practice John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

166 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

[3] Wacker A J Laiho y T Novosad 2006 Radio Network Planning and

Optimization for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[4] Chevallier C 2006 WCDMA (UMTS) Deployment Handbook Planning and

Optimization Aspects John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[5] Holma H y A Toskala 2006 HSDPAHSUPA for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 163

El traacutefico generado por videollamadas fue adoptado de valores recomendados por [3] El traacutefico de datos generado por los usuarios fue calculado a partir del tiempo promedio de visita a portales moacuteviles

En la primera fase del proyecto se hizo la simulacioacuten del modelo de traacutefico con los valores de penetracioacuten correspondientes a ese periodo Para describir los caacutelculos realizados se tomaraacute como ejemplo los resultados de una celda de dos sectores

Tabla 11 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 1)

El modelo desarrollado determina la carga en kbps por servicio de acuerdo con una penetracioacuten de entrada y por ende la capacidad total de la celda Seguacuten esa carga es posible determinar los canales simultaacuteneos por usuario Los canales simultaacuteneos generan un cierto nivel de interferencia en toda la celda y por tanto determinan el porcentaje de carga total de la celda

En la primera fase se genera un nivel de carga de 7318 que es muy proacuteximo al valor teoacuterico adoptado en el inicio del dimensionamiento igual a 70 considerado para el caacutelculo de balance de potencias En la segunda fase del proyecto se espera una mayor penetracioacuten de los servicios y un mayor nivel de interferencia en la celda

En la segunda fase del proyecto se hizo la simulacioacuten con mayores niveles de penetracioacuten de donde se obtuvo un nivel de interferencia mayor que en la primera fase Este nivel de interferencia proporciona la carga total de la celda (8747) que si bien es mayor todaviacutea no llegoacute a la unidad y asiacute a la capacidad maacutexima de la celda

164 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 12 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 2)

De acuerdo con el porcentaje de carga real en el downlink determinado desde el punto de vista de capacidad del Nodo B se procedioacute a determinar la variabilidad del radio de cobertura con los nuevos valores de carga

Tabla 13 Variabilidad del radio de celda

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 165

Seguacuten los nuevos valores de los radios de cobertura obtenidos se puede apreciar que no existe una cuantiosa reduccioacuten en el radio de celda Por tanto se puede afinar que se llegoacute al balance entre cobertura y capacidad

Figura 12 Variacioacuten del radio de cobertura conforme al equilibrio entre la cobertura y capacidad

6 Conclusiones

En este trabajo de investigacioacuten se ha abordado el dimensionamiento de la red de acceso radio UTRAN con el objetivo fundamental de optimizar los recursos de transmisioacuten y soporte de QoS Tambieacuten se ha analizado los principales paraacutemetros y alternativas de disentildeo a considerar en un escenario de despliegue real para COMTECO

A lo largo del anaacutelisis se ha puesto de manifiesto la extraordinaria complejidad asociada con el dimensionamiento de UTRAN Asiacute se dio lugar al presente trabajo para solucionar el problema desde un enfoque analiacutetico asegurando el equilibrio entre la cobertura y capacidad Empero se consideroacute necesario para la fase de implantacioacuten del proyecto que se validen los resultados obtenidos mediante el uso de herramientas especiacuteficas de planificacioacuten y optimizacioacuten de redes 3G propias del fabricante En la misma liacutenea se consideroacute acometer un estudio maacutes exhaustivo del impacto que puedan tener los mecanismos de gestioacuten de traacutefico y gestioacuten de recursos de radio

Referencias

[1] Holma H y A Toskala 2007 WCDMA for UMTS-HSPA Evolution and LTE

John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[2] Nawrocki M M Dohler y H Aghvanmi 2006 Understanding UMTS Radio

Network Modelling Planning and Automated Optimization Theory and Practice John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

166 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

[3] Wacker A J Laiho y T Novosad 2006 Radio Network Planning and

Optimization for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[4] Chevallier C 2006 WCDMA (UMTS) Deployment Handbook Planning and

Optimization Aspects John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[5] Holma H y A Toskala 2006 HSDPAHSUPA for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

164 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

Tabla 12 Configuracioacuten baacutesica de celda urbana de dos sectores (FASE 2)

De acuerdo con el porcentaje de carga real en el downlink determinado desde el punto de vista de capacidad del Nodo B se procedioacute a determinar la variabilidad del radio de cobertura con los nuevos valores de carga

Tabla 13 Variabilidad del radio de celda

ACTA NOVA Vol 4 Nordm1 diciembre 2008 Universidad Empresa y Sociedad 165

Seguacuten los nuevos valores de los radios de cobertura obtenidos se puede apreciar que no existe una cuantiosa reduccioacuten en el radio de celda Por tanto se puede afinar que se llegoacute al balance entre cobertura y capacidad

Figura 12 Variacioacuten del radio de cobertura conforme al equilibrio entre la cobertura y capacidad

6 Conclusiones

En este trabajo de investigacioacuten se ha abordado el dimensionamiento de la red de acceso radio UTRAN con el objetivo fundamental de optimizar los recursos de transmisioacuten y soporte de QoS Tambieacuten se ha analizado los principales paraacutemetros y alternativas de disentildeo a considerar en un escenario de despliegue real para COMTECO

A lo largo del anaacutelisis se ha puesto de manifiesto la extraordinaria complejidad asociada con el dimensionamiento de UTRAN Asiacute se dio lugar al presente trabajo para solucionar el problema desde un enfoque analiacutetico asegurando el equilibrio entre la cobertura y capacidad Empero se consideroacute necesario para la fase de implantacioacuten del proyecto que se validen los resultados obtenidos mediante el uso de herramientas especiacuteficas de planificacioacuten y optimizacioacuten de redes 3G propias del fabricante En la misma liacutenea se consideroacute acometer un estudio maacutes exhaustivo del impacto que puedan tener los mecanismos de gestioacuten de traacutefico y gestioacuten de recursos de radio

Referencias

[1] Holma H y A Toskala 2007 WCDMA for UMTS-HSPA Evolution and LTE

John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[2] Nawrocki M M Dohler y H Aghvanmi 2006 Understanding UMTS Radio

Network Modelling Planning and Automated Optimization Theory and Practice John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

166 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

[3] Wacker A J Laiho y T Novosad 2006 Radio Network Planning and

Optimization for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[4] Chevallier C 2006 WCDMA (UMTS) Deployment Handbook Planning and

Optimization Aspects John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[5] Holma H y A Toskala 2006 HSDPAHSUPA for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

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Seguacuten los nuevos valores de los radios de cobertura obtenidos se puede apreciar que no existe una cuantiosa reduccioacuten en el radio de celda Por tanto se puede afinar que se llegoacute al balance entre cobertura y capacidad

Figura 12 Variacioacuten del radio de cobertura conforme al equilibrio entre la cobertura y capacidad

6 Conclusiones

En este trabajo de investigacioacuten se ha abordado el dimensionamiento de la red de acceso radio UTRAN con el objetivo fundamental de optimizar los recursos de transmisioacuten y soporte de QoS Tambieacuten se ha analizado los principales paraacutemetros y alternativas de disentildeo a considerar en un escenario de despliegue real para COMTECO

A lo largo del anaacutelisis se ha puesto de manifiesto la extraordinaria complejidad asociada con el dimensionamiento de UTRAN Asiacute se dio lugar al presente trabajo para solucionar el problema desde un enfoque analiacutetico asegurando el equilibrio entre la cobertura y capacidad Empero se consideroacute necesario para la fase de implantacioacuten del proyecto que se validen los resultados obtenidos mediante el uso de herramientas especiacuteficas de planificacioacuten y optimizacioacuten de redes 3G propias del fabricante En la misma liacutenea se consideroacute acometer un estudio maacutes exhaustivo del impacto que puedan tener los mecanismos de gestioacuten de traacutefico y gestioacuten de recursos de radio

Referencias

[1] Holma H y A Toskala 2007 WCDMA for UMTS-HSPA Evolution and LTE

John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[2] Nawrocki M M Dohler y H Aghvanmi 2006 Understanding UMTS Radio

Network Modelling Planning and Automated Optimization Theory and Practice John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

166 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

[3] Wacker A J Laiho y T Novosad 2006 Radio Network Planning and

Optimization for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[4] Chevallier C 2006 WCDMA (UMTS) Deployment Handbook Planning and

Optimization Aspects John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[5] Holma H y A Toskala 2006 HSDPAHSUPA for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

166 middot Jaimes Planificacioacuten de red de acceso radio UMTSHSDPA

[3] Wacker A J Laiho y T Novosad 2006 Radio Network Planning and

Optimization for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[4] Chevallier C 2006 WCDMA (UMTS) Deployment Handbook Planning and

Optimization Aspects John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra

[5] Holma H y A Toskala 2006 HSDPAHSUPA for UMTS John Wiley amp Sons Ltda Inglaterra