Distribución de video a móviles por...

Sistemas de Telecomunicación

Distribución de video a móviles por UMTS

Índice

1. Definición de un plan de negocio para abastecer un servicio…………….2 1.1 Emplazamiento………………………………………………………………..2 1.2 Situación económica de la población en Tres Cantos…………………... 3 1.3 Servicios……………………………………………………………………….4 1.4 Contenidos…………………………………………………………………….4

2. Negocio…………………………………………………………………………..5 2.1 Inversión…………………………………………………………………….…5 2.2 Coste mensual………………………………………………………………...6 2.3 Ingresos………………………………………………………………………..6 3. Reglas de Diseño……………………………………………………………...7

3.1 Tipo de celdas…………………………………………………………………7 3.2 Asignación de frecuencias…………………………………………………...8 3.2.1 Tipos de celdas y elección de la más adecuada para el diseño……….8 3.2.2 Características del espectro en frecuencia………………………………8 3.2.3 Radio de cobertura de las antenas desplegadas……………………….9 3.3 Balance de enlaces………………………………………………………….10 3.4 Selección de emplazamientos……………………………………………..11 3.5 Cálculos de cobertura iniciales…………………………………………….12 3.6 Diagramas de radiación…………………………………………………….14 3.7 Dimensionamiento…………………………………………………………..14

4. Arquitectura…………………………………………………………………….15 4.1 Equipos…………………………………………………………………………...15 4.2 Infraestructura……………………………………………………………………17 5. Prestaciones…………………………………………………………………...17

5.1 Elección de un estándar de video……………………………………………..17 5.2 Ventajas de los mobisodes……………………………………………………..17

6. Operación y Mantenimiento………………………………………………….18 7. Simulación……………………………………………………………………..21

7.1 Diseño de la red en la etapa número uno………………………………..21 7.2 Diseño de la red en la etapa número dos………………………………..22 7.3 Mediciones de tráfico……………………………………………………….23 7.4 Referencia de equipos……………………………………………………..24

8. Análisis de viabilidad para los operadores de telecomunicación………..24 9. Conclusiones…………………………………………………………………..25

Anexo………………………………………………………………………………25 Bibliografía…………………………………………………………………………31

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1. Definición de un plan de negocio para abastecer un servicio

1.1 Emplazamiento

El estudio económico se ha realizado sobre la ciudad de Tres Cantos. Está situado a 23 kilómetros al Norte de Madrid capital, por la autovía M-607. Tiene más de 40.000 habitantes. Es una población joven, creada a comienzos de los 70, y se segregó (independizó) de Colmenar Viejo el 21 de marzo de 1991 pasando a ser el municipio número 179 de la Comunidad de Madrid. Su población es mayoritariamente joven. Figura1: El territorio tiene una extensión aproximada de 38 km2.

Figura2:

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http://es.wikipedia.org/wiki/Madrid

http://es.wikipedia.org/wiki/Colmenar_Viejo

http://es.wikipedia.org/wiki/21_de_marzo

http://es.wikipedia.org/wiki/1991

http://es.wikipedia.org/wiki/Comunidad_de_Madrid


1.2 Situación económica de la población media de Tres Cantos

Población en el año 2006 Salario en euros

1. Pozuelo de Alarcón 22.845,77

2. Rozas de Madrid (Las) 20.631,00

3. Majadahonda 20.353,14

4. Boadilla del Monte 19.900,79

5. Torrelodones 19.753,13

6. Villanueva de la Cañada 19.640,39

7. Tres Cantos 18.175,94

8. Venturada 17.814,87

9. Cobeña 17.339,69

10. Valdeolmos-Alalpardo 16.996,07

11. Alcobendas 16.923,59

12. Villaviciosa de Odón 16.722,25

13. San Agustín del Guadalix 16.549,09

14. Algete 16.193,39

15. Hoyo de Manzanares 16.155,80

16. Villalbilla 15.492,71

17. Soto del Real 15.102,11

18. Galapagar 15.069,89

19. Villanueva del Pardillo 15.010,83

20. Paracuellos de Jarama 14.718,21

21. Madrid 14.671,22

22. Collado Mediano 14.632,30

23. Alpedrete 14.561,16

24. Valdemorillo 14.472,57

25. Becerril de la Sierra 14.260,48

Comentarios: Podemos observar como la población de Tres Cantos tiene una renta per cápita más alta que la media española y de las más altas de la Comunidad de Madrid. Este hecho es un aliciente que nos ha dado las ideas para invertir en esta ciudad. Por otra parte, los servicios que se esperan desplegar van orientados a una población joven, donde el ciudadano medio busca servicios de entretenimiento en sus horas de tiempo libre; pudiendo permitirse pagar los servicios prestados por la compañía.

La idea fundamental de este proyecto es comenzar a desplegarlo en ciudades

donde el poder adquisitivo es más alto, y una vez que se vaya recuperando el capital invertido, volverlo a invertir en otras regiones menos desarrolladas económicamente. Figura3: Renta per cápita en la Comunidad de Madrid a finales del año 2004

Nuevamente volvemos a observar como Tres Cantos se encuentra en la zona de la Comunicad de Madrid con una renta per cápita mayor.

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1.3 Servicios

Los servicios ofrecidos estarían principalmente enfocados al sector familiar. Se pretende promover los ‘mobisodes’, series de duración limitada adaptadas para teléfonos móviles y transmitir televisión. La idea surge a partir del éxito de su implantación en Europa y Asia.

Este tipo de tecnología se va a desplegar en esta ciudad como zona

experimental para su posterior desarrollo en ciudades futuras y a nivel nacional. Entre los servicios a destacar estarían video bajo demanda y televisión. Los

servicios ofrecidos se establecerían sobre IP. Dentro del sector empresarial, la tecnología implicaría realizar un despliegue de

estaciones base que además de servicios de telefonía e internet permitan aportar estos nuevos servicios.

El sistema necesita un despliegue formado por celdas que respondan sin

problemas al fenómeno de la Itinerancia. Dentro del mundo empresarial la infraestructura de antenas permitiría aportar

los servicios de Televisión y video bajo demanda. El ancho de banda necesario para la transmisión deberá soportar mayores

tasas binarias en función de la transmisión. Velocidades binarias (orientativas) en formato MPEG de televisión digital

• 2 Mb/s: apto para señales muy simples (ej. dibujos animados). • 4-6 Mb/s: Calidad PAL. Programación típica. • 8-9 Mb/s: Calidad de estudio. Programas especiales (ej: partido de fútbol).

Para los servicios que establezcamos, en comunicaciones móviles, no deberán soportar la tasa de 1Mbps utilizando modelos de compresión que se comentarán más adelante. 1.4 Contenidos

Para televisión y video bajo demanda los contenidos se negocian con los proveedores, pudiéndose plantear ofertas en la cual la propia compañía de telefonía tenga su propio paquete de negocio. Esto permitiría abaratar los costes al usuario que va a utilizar el nuevo servicio.

Negocio: Poder dar servicios de entretenimiento mediante la incorporación de

mobisodes y videojuegos a través del terminal móvil aprovechando las ventajas del estándar UMTS adelantándose a compañías que no lo han desplegado anteriormente.

Cada mobisode tendrá una duración de uno a cinco minutos durante los cuales

el cliente podrá observar en su terminal una breve historia de alguna serie o película. Todas aquellas personas que sean amantes de algún tipo de serie reconocida

podrán acceder a través de su terminal para verlas. Otro aspecto interesante es que

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es una tecnología innovadora atractiva para todo tipo de públicos, hasta los más mayores pueden verse atraídos por esta tecnología.

Esta tecnología una vez esté desplegada evolucionará en función de la demanda.

2. Negocio La oportunidad de negocio analizada por un operador incumbente, implica que sea la propia compañía de telefonía la que aporte el servicio. Se ha decidido que sea así porque de esta forma, la empresa puede recuperar más rápido el capital invertido y para poder explorar otros campos como son que una compañía de telefonía pueda aportar contenidos. Se espera desarrollar un servicio multicast de distribución de mobisodes con el fin de alcanzar unos beneficios por parte de la empresa. Es un servicio multicast que permitirá la conexión a aquellas personas que estén conectadas a la aplicación deseada. Cabe recordar que las conexiones serán durante un periodo de tiempo limitado (desde un minuto a cinco minutos). En el caso de que lo que se pretenda distribuir sean videojuegos, se realizará una emisión unicast, es decir, en este caso es un proceso de descarga de datos de una red determinada. Una visión que se dará a largo plazo cuando el servicio de mobisodes esté desplegado, es el permitir jugar a videojuegos en red varios usuarios a través del terminal móvil. 2.1 Inversión Económica:

La inversión se va a llevar a cabo en dos etapas con el fin de poder realizar la inversión poco a poco y que la empresa pueda ir realizando pruebas, con el objetivo de que en la segunda etapa no se cometan otra vez los mismos errores. Estimación del número de antenas: Superficie: 38 Km2

Radio de Cobertura: 500 metros = 0.5 Km Superficie celda: πR2 = 0.7854 Km2 Nº de Estaciones Base necesarias : Superficie/Superficie celda = 48.38 Nodos B ETAPA Nº1 Dispositivo Nº de Unidades Precio por Unidad Precio Total* Nodo B 20 10000 200.000 RNC 4 500 2.000 Router 1 5250 5250 SUMA 207.250 ETAPA Nº2 Nodo B 28 10000 280.000 RNC 5 500 2.500 Router 2 5250 10.500 SUMA TOTAL 293.000

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Nota*: Precios estimados en euros teóricamente. Estos costes se pueden ver incrementados en caso de necesitarse alguna estación base adicional para cubrir una determinada región de cobertura. Los cambios que se produzcan derivados por el RNC serán a nivel Software, ya que se puede aprovechar perfectamente la utilización de las BSC (Base Station Control) de la tecnología GSM instalada anteriormente. 2.2 Coste mensual Estimación de densidad de población: Nº de personas por celda teórico: 40.000 habitantes/ 48 celdas = 833,33 ≈ 834 usuarios/celda Nº de personas por celda práctico: 40.000 habitantes/54 celdas = 740.740 usuarios/celda Router Tráfico Nº de Unidades Precio Unidad al

mes PRECIO TOTAL

Etapa Nº1 Gastos Fijos 5 Gbps 1 1.500 1.500 SUMA 1.500 Etapa Nº2 Gastos Fijos 5 Gbps 2 1.500 3.000 SUMA 3.000 2.3 Ingresos La empresa buscará obtener servicios desplegando este servicio ofertando mobisodes a un precio razonable entre 1 y 5 euros. También dependerá de si el usuario quiere descargarse otras aplicaciones como pueden ser diferentes videojuegos. TEMÁTICA TOTAL Primer Año Deportes Series Dibujos

Animados Videojuegos

Ingresos* Esperados

50.000 45000 75.000 75.000

Segundo Año

Ingresos Esperados

60.000 55.000 76.000 76.000

SUMA 110.000 100.000 151.000 151.000 512.000 Nota*: Está expresado en euros. Se prevee obtener mayores ingresos en la temática de dibujos animados y videojuegos al ser el 80% de la población joven y existir una tasa elevada de jóvenes menores de 18 años interesados en utilizar este tipo de servicios. Aunque cabe recordar que es un negocio orientado a todos los públicos de fácil acceso para que las personas menos habituadas a las nuevas tecnologías puedan acceder.

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Se espera que en caso de no cubrir las expectativas, se puedan obtener ingresos adicionales alquilando la red a operadores virtuales. Adicionalmente, un gran volumen de negocio se alcanzaría con el servicio de voz prestado. Ya que las instalaciones desplegadas se utilizarán también para realización de llamadas utilizando la tecnología UMTS.

Previsiones: Se espera cubrir los gastos en menos de dos años para que el servicio sea rentable, ya que de superar este plazo, la tecnología puede haber quedado obsoleta y no obtener los beneficios esperados. 3. Reglas de Diseño:

Para establecer el despliegue de antenas correctamente se deberán seguir los siguientes pasos atentamente, estos incluirán una serie de pautas en el diseño y en la puesta en marcha. NOTA: Este despliegue también se está realizando con un doble propósito, ya que se utilizará esta misma red para poder realizar llamadas. En nuestro caso, sólo hemos analizado los posibles beneficios obtenidos de la venta de mobisodes. Planificación 2 Balance de enlaces 3 Selección de emplazamientos 4 Cálculos de cobertura iniciales 5 Ajuste de parámetros de bases y mejora de cobertura 6 Cálculos de tráfico y dimensionamiento 7 Asignación de frecuencias Fases de despliegue de la red:

I. Cobertura: planificación sin tener en cuenta la etapa 5 II. Capacidad: nueva planificación con todas las etapas

3.1 Tipos de células

1. Uso del concepto de ‘Macroceldas’. 2. Uso del concepto de ‘Microceldas’. 3. Uso del concepto de ‘Picoceldas’.

1. Utilización de ‘Macroceldas’: Esta alternativa no es viable en zonas urbanas ya

que tienen como característica fundamental un área de cobertura muy grande, pero una capacidad en cuanto a número de usuarios bastante baja. Las ciudades tienen como inconveniente, una densidad de población muy elevada.

2. Utilización de ‘Microceldas’: Esta alternativa tiene mayor viabilidad ya que permite hacer frente a un mayor número de usuarios, fundamentalmente las células se agruparán en clústeres con el fin de reutilizar secuencias código. Para coberturas ‘Microcelulares’, las antenas de las estaciones base se sitúan bajo los edificios, a alturas de 3 a 10 metros sobre el suelo. La propagación tendrá lugar en condiciones de visión directa.

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Inconvenientes: Se verá muy influido por la topografía urbana, es decir, anchura de calles, trazados de edificios, etc. En zonas donde no hay visión directa, la señal cae muy rápidamente (NLOS).

3. Utilización de ‘Picocélulas’: Utilización en aeropuertos, centros comerciales y bancos.

Elegiremos la opción para nuestro diseño de las ‘microcélulas’ por ser el más

adecuado para una zona urbana. Para mayor aclaración de la opción elegida se ha desarrollado una tabla comparativa de las tres topologías. 3.2 Asignación de frecuencias 3.2.1 Tipos de celdas y elección de la más adecuada para el diseño: Características Macrocélulas Microcélulas Picocélulas Radio de Cobertura 1.5 - 20 Km 0.5 – 1.5 Km 30 – 200 m Entorno Rural Urbano e Interiores Interiores Capacidad Baja Alta Alta Calidad de cobertura (SNR) Media Alta Alta Densidad de Tráfico Baja Alta Alta Movilidad Alta (120Km/h) Media Media Tipos de Antenas Sectorizadas* Sectorizadas Sectorizadas Nota*: Generalmente, cada célula se suele dividir en tres sectores. Como método de estimación de la pérdida básica de propagación se va a utilizar el siguiente: Lb(dB) = 43,3 + 33,9 log f(MHz) − 13,82 log ht(m)+ (44,9 − 6,55 log ht(m)) log d(km) + 0,1Ldif,

Siendo ht la altura efectiva de la base, y Ldif la pérdida por difracción en el perfil calculada según el método de Deygout. Este modelo corresponde al COST 231-Hata para ciudad grande y altura del móvil 1,5 m, consta de más de un término con el fin de tener en cuenta parcialmente las pérdidas por difracción, más una corrección de −6 dB (debida a que el modelo COST 231-Hata ya tiene en cuenta la difracción, en promedio). Se utilizará este modelo para todas las distancias y alturas efectivas de la estación base. 3.2.2 Características del espectro en frecuencia Parámetros Ancho de Banda teórico 5MHz Ancho de banda práctico 4.5 – 5.2 MHz Nivel de señal -90 dBm Rango de frecuencias bajos estudio 2110 -2170

MHz Ancho de Banda de coherencia (Bc) BBc < W* Dispersión temporal Sí Canal Selectivo en frecuencia Sí

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Figura4: Espectro en frecuencia para UMTS

Se ha introducido esta figura con el fin de mostrar gráficamente el tipo de señal con la que vamos a trabajar. Se puede apreciar un nivel de señal muy bajo que le permite camuflarse con el ruido para dotar de una mayor seguridad a la transmisión, característica general de CDMA. Con la utilización del espectro ensanchado conseguiremos:

• Reducción de densidad espectral • Protección frente a interferencias

– De banda estrecha – De banda ancha

• Resolución temporal y protección frente a multitrayecto 3.2.3 Radio de cobertura y número de antenas desplegadas Parámetros Radio cobertura de la antena 0.5 Km Área de cobertura 0.7854 Km2

Número de antenas Etapa Nº1 20 Número de antenas Etapa Nº2 28 Cobertura Etapa Nº1 41.66% Cobertura Etapa Nº2 59.33% Nota*: W: Ancho de banda de la señal BBc : Ancho de banda de Carlson referido al canal en el dominio frecuencial.

W< Bc implica que la respuesta en frecuencia no es plana y que va a afectar en parte a la señal a transmitir.

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Figura5: Agrupación de células mediante clústeres

Con el fin de aprovechar frecuencias, dividiremos el conjunto de células en

clústeres de manera que en cada clúster podamos utilizar las portadoras que se han utilizado en los clústeres vecinos. La forma que se tomará de los clústeres será rómbica. 3.3 Balance de enlaces

En esta tabla se trata de explicar cada uno de los parámetros que influyen en un determinado enlace.

Parámetros Comentarios

A Potencia transmitida (dBm)

B Pérdidas en transmisor (dB) DL: combinador, duplexor, cable.

C Ganancia de antena transmisora (dBi)UL: incluye atenuación por el cuerpo del usuario

D PIRE (dBm) D = A - B + C

E Sensibilidad (dBm) Referida a la salida de antena

F Ganancia por diversidad (dB) Reducción de sensibilidad por diversidad de recepción

G Margen log-normal (dB) Depende del porcentaje perimetral y de la desviación típica

H Margen de interferencia (dB) Incremento de sensibilidad en presencia de interferencia

I Potencia mediana necesaria en recepción (dBm) I = E - F + G + H

J Ganancia de antena receptora (dBi) DL: incluye atenuación por el cuerpo del usuario

K Atenuación compensable (dB) K = D – I + J

L Pérdida por penetración en interiores (dB)

M Atenuación en exteriores (dB) Se han realizado una serie de cálculos suponiendo que el enlace ascendente

limita al descendente. Para ello, se han calculado las atenuaciones compensables (K) y se han igualado en ambos casos. Para conseguirlo, se ha reducido en 10 dB la potencia del transmisor.

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Downlink Uplink

A Ptx=43dBm (20W) => 43 -10 =33 dBm Ptx= 23.97 dBm (0.25 W)

B Ltx=5dB Lrx= 5 dB

C Gtx=18dB Grx= -3 dB

D PIRE= Ptx + Gtx – Ltx= 56dBm PIRE= Prx + Grx – Lrx = 20.97 dBm

E S=-102dBm S = -106dBm

F 0 dB 0 dB

G MLOG=17dB MLOG= 17 dB

H MINST= 0 dB MINST = 0 dB

I Pmedia= E –F +G +H= -102-0+17+0=-85dBm Pmedia= E – F + G + H = -106 + 0 + 17 + 0 = -89 dBm

J Grx=-3dB Grx=18 dB

K K= D – I + J = 138 dBm K= D – I +J= 128 dBm

L --------- ---------

M --------- --------- Tratamos de igualar K1 a K2 K1 = 138 dBm => 128 dBm Esto requiere un descenso de la potencia del transmisor en un factor de 10 dB. 3.4 Selección de emplazamientos

El diseño consta de dos etapas, en la primera de ellas se desplegarán 20 estaciones base. Como observamos en la figura, se ha desarrollado en dos partes de la ciudad diferente, esto se ha realizado así, con el fin de empezar a cubrir el territorio por dos zonas diferentes aumentando la velocidad de instalación.

En la segunda etapa, se desplegará el resto de estaciones base necesarias

para cubrir el resto de la superficie de Tres Cantos. Teóricamente se instalarán 28 estaciones base más.

Se ha decidido ahorrar un par de estaciones base no cubriendo la parte nor-

oeste de la ciudad, que corresponde a una zona no habitada y muy poco transitada. Lógicamente, pocas personas demandarán en las afueras este tipo de servicio.

No obstante, se ha decidido cubrir todas las zonas pertenecientes a parques de

la ciudad ya que son zonas muy transitadas por los usuarios y pueden llegar a ser zonas de encuentro para realizar conciertos, ferias u otro tipo de actividades.

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Figura6: Etapa Número 1 en la fase de despliegue

Figura7: Etapa Número 2 en la fase de despliegue

Nota: Teóricamente han sido necesarias 48 estaciones base, pero en realidad, se ha recurrido a utilizar 54, ya que en el caso teórico no se ha tenido en cuenta el solapamiento producido por cada una de las células. 3.5 Cálculos de cobertura

Se ha recurrido a un programa de simulación llamado ‘Sirenet’ para realizar los cálculos de cobertura. Se ha elegido para su realización un escenario en la localización de Tres Cantos. La superficie cubierta es un rectángulo porque el programa nos permite seleccionar la parte del terreno para una zona rectangular o un cuadrado.

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Figura8:

Observamos como con la colocación de transmisores elegida se logra cubrir un 94% de la superficie. Aquellas zonas que quedan sin cubrir se suelen deber a la existencia de un edificio más alto o a la necesidad de colocar otro transmisor. Desde el punto de vista económico, las empresas nos permitirán responder con un margen de un 90% de cobertura. Figura9:

Ambos escenarios corresponden a un 30% aproximadamente de la superficie que se espera cubrir. Como vemos en la figura anterior, se han utilizado estaciones base directivas y en muchos de los casos, directivas y trisectorizadas. Dependiendo de la zona, se elige cubrir con antenas trisectorizadas, que desde el punto de vista económico serán más rentables.

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3.6 Diagrama de Radiación Figura10:

En esta figura, queda expresado el diagrama de radiación horizontal (figura de color verde) y el diagrama de radiación vertical (figura de color azul).

El diagrama de radiación será muy importante en el despliegue ya que de ello depende el área de cobertura cubierta y el solapamiento producido entre los diferentes transmisores. Figura11: Diagrama de Radiación Vertical Diagrama de Radiación Horizontal

Estas dos figuras corresponden a los diagramas de radiación equivalentes utilizados en la herramienta de simulación. Con este hecho queremos constatar la verdadera realidad, en la cual los diagramas de radiación teóricos difieren en cierto margen de los que se obtienen en la realidad. 3.7 Dimensionamiento DIMENSIONAMIENTO ETAPA 1 ETAPA 2 Número de Habitantes 15.000 40.000 Número de Personas Externas 1.000 30.000 Habitantes Conectados 1000 2600 Trabajadores Conectados (en horas de descanso)

100 2000

Régimen Binario Utilizado (Kbps) 666.000 2.760.000 Régimen Binario Disponible (Kbps)

100.000x20 100.000x54

Régimen Binario por antena (kbps)

100.000 100.000

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Se ha realizado una sobreestimación porque habrá momentos en los cuales se conecten personas que no vivan en Tres Cantos, pero que trabajen en esta ciudad. Nota: Todos estos cálculos están pensados para conexiones simultáneas de los usuarios. Los cálculos se han realizado para una tasa de transferencia de 6Mbps. Es una tasa binaria que nos permite ver emisiones con una elevada calidad. Suponemos por tanto, un ancho de banda de 6Mbps, pero podrá haber usuarios viendo dibujos animados a un régimen de 2 Mbps, mientras otros usuarios que estén viendo un partido consuman 9 Mbps de ancho de banda. 4. Arquitectura 4.1 Equipos

Para la realización de la instalación se intentarán reaprovechar muchos de los mástiles con la tecnología GSM que hay colocados en la ciudad. Se utilizará este tipo de antenas, las cuales tienen un azimut aproximadamente de 60º. En la fotografía inferior observaremos un mástil formado por 6 antenas. Las antenas tienen una cobertura mayor de 500 metros, pero los cálculos se han realizado para 500 metros para tener en cuenta fenómenos de desvanecimiento. Figura12: Antena formada por seis sectores Sector (Antena)

En las dos tablas siguientes tablas mostramos las especificaciones técnicas del tipo de antena utilizada para nuestro diseño. Si observamos los rangos de frecuencias, comprobaremos que también permite trabajar en una de las bandas de GSM para 1800 MHz. Para poder acceder al servicio de ‘mobisodes’, se recurrirá a la banda de [2110 2170] MHz utilizada en el estándar UMTS.

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CARACTERÍSITICAS MECÁNICAS Peso 13.8 kg (30.6 lb) Dimensiones (LxWxD) 1.293 x 305 x 165 mm (50.9 x 12 x 6.5 in) Área Máxima 0.18 m2 (1.9 ft2) Velocidad Máxima 241 km/h Material Hardware Acero Galvanizado Tipo de Conector 7 – 16 DIN – Hembra Color Gris Montaje del Hardware Estándar 600899A-2 CARACTERÍSITICAS ELÉCTRICAS Frecuencia (MHz): 1710 – 1880 1850 – 1890 1920 – 2180 Polarización: +/-45º +/-45º +/-45º Ganancia(dBd/dBi): 15.6/17.7 15.9/18 15.9/18 Azimuth BW (º): 67 65 63 Elevación BW(º): 7.5 7 6.5 Aislamiento (dB): >30 >1.4:1 >1.4:1 VSWR: <1.4:1 <1.4:1 <1.4:1 Máxima Potencia(W): 250 250 250 Impedancia(Ω): 50 50 50 Protección a relámpagos: DC Ground DC Ground DC Ground Figura13: Antena formada por dos sectores Central de Conmutación

En nuestro despliegue, dependiendo del estudio de cobertura, se instalarán, en los mástiles, de 1 a 6 sectores. Desde el punto de vista económico, resulta más rentable instalar 6 sectores en un mástil que instalar 6 sectores en mástiles separados. No obstante habrá zonas donde el número de antenas sectorizadas sea menor al ser cubierta mucha de la cobertura por antenas vecinas.

En la segunda figura, aparece una central de conmutación. Esta parte de la

instalación no necesitará ser modificada a nivel Hardware, pero se necesitará instalar un software adicional para poder hacer frente al nuevo servicio de los ‘mobisodes’.

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4.2 Infraestructura Después de los numerosos estudios realizados, se requerirá realizar un despliegue de BTSs (Base Transceiver Stations) utilizando los mismos postes de instalación que las antenas GSM. Con ello, se consigue abaratar bastante los costes de la inversión llevada a cabo. Todos los elementos presentes en la red UMTS, se muestran en las dos figuras siguientes; para más detalles sobre su funcionamiento ver ANEXO. Por otra parte, se ha llevado a cabo un despliegue de 54 antenas con el fin de poder dar cobertura en toda la superficie de la población de Tres Cantos. Para más detalles sobre su colocación ver figuras en apartado 3.4 (Despliegue). Figura14: Breve esquema de interconexión de los elementos básicos de una red UMTS.

Figura15: Diferentes tipos de nodos presentes en la red UMTS

5. Prestaciones 5.1 Elección de un estándar de video La utilización de Mobisodes está basada en la implementación del formato 3GP (3º Generation Partnership) para almacenar datos multimedia (video y audio). Este formato procede de una versión inicial del ISO 14496-1 Media Format. Basado en tecnología MPEG-4 o H263 se consigue guardar video. 5.2 Ventajas de los mobisodes Compresión de la información. Multiregeneración de la señal sin pérdida de calidad. Calidad elevada. Mejores posibilidades de tratamiento (ordenadores).

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Otros servicios añadidos. Interactividad: Podemos elegir la gama de servicios como son películas, dibujos animados, deporte o noticias. Dentro del tipo de servicio se puede elegir el tema que más se ajuste a los gustos del usuario. 6. Operación y Mantenimiento Es muy importante, poder introducir elementos de testeo que nos permitan detectar errores eficientemente para poder evitar afectar al cliente que está utilizando el servicio lo menos posible. Figura16: Dispositivo de testing

La arquitectura 3G es radicalmente diferente a GSM, pero los mecanismos de instalación y mantenimiento son prácticamente similares. La utilización de celdas ATM proporciona mecanismos de compartición del ancho de banda disponible, todo esto hará que el monitoreo de la red sea complejo y requiera mecanismos de control específicos. Figura17: ¿Qué necesita ser testeado?

El proceso de monitoreo debe ser rápido y conseguir garantizar la fiabilidad del protocolo ATM.

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Estrategias de testeo En la red desplegada, se utilizan diversas técnicas de control entre el RNC (Radio Network Control) y el MSC (Management Station Control). A continuación se numerarán las más importantes que se deben utilizar en el proyecto: 1. Colocación de alarmas en la capa física. 2. Medición del BER (Bit Error Ratio) en la capa física. 3. Medidas de calidad y servicio (Q&S)

4. Ping IP sobre ATM para transmitir o responder a través de la red al terminal 3G.

Figura18: Escenario de testeo utilizando la estrategia número cuatro

Otras técnicas utilizadas para prevenir y detectar errores de manera bidireccional en diversos puntos estratégicos de la red son las siguientes:

1. Escaneo del tráfico existente en la red. 2. Monitoreo de la red desde salas de control mediante técnicos

especializados. 3. Custodia del tráfico. 4. Protocolo 3G de decodificación.

Figura19: Ejemplo de aplicación del Aurora Forte

Comprueba que la red ATM esté libre de errores.

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Figura20: Escaneo del tráfico ATM

Consigue mostrar en tiempo real el tráfico de la red UMTS. Figura21: PING IP sobre ATM

Con este programa se consiguen realizar diversas pruebas de vital importancia:

• Tests de transmisión y respuesta. • Pruebas de conexión a la red. • Ajustes en la transmisión.

Figura22: Calidad de Servicio

Con estas mediciones trataremos de medir el rendimiento de ciertos parámetros presentes en la red ATM.

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Se deberá tener en cuenta un presupuesto adicional para personal que preste servicio dedicado a operación y mantenimiento de la red. 7. Simulación

7.2 Calidad de Servicio 7.3 Ancho de Banda 7.4 Referencia de equipos 7.5 Estudio de la cobertura del sistema 7.6 Estudio de la capacidad del sistema

7.1 Diseño de la red en la etapa número uno Figura23: Diseño correspondiente a la primera etapa

Comentarios: Para los cálculos se ha decidido tomar como referencia la velocidad máxima de transferencia de hasta 2Mbits/s

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Figura24: Listado de componentes presentes en la simulación para la primera etapa

Se han colocado 25 nodos en lugar de 20, al comprobarse en la práctica la necesidad de colocar más emplazamientos para cubrir la cobertura. 7.2 Diseño de la red en la etapa número dos

Comentarios: En esta figura se incluyen 54 nodos B correspondientes a cada una de las estaciones base. Si observamos el dibujo, podemos apreciar que el fondo no es celular como en la etapa 1, esto se debe a limitaciones de configuración del programa, pero los cálculos si permite realizarlos perfectamente para la nueva configuración de red establecida.

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7.3 Mediciones de tráfico Se han llevado a cabo diversas simulaciones con el fin de poder comprobar el futuro comportamiento de la red UMTS en la transmisión de paquetes correspondientes a los mobisodes o videojuegos que se descarga el usuario. Figura25:

Se ha realizado una simulación correspondiente a una hora de servicio de los SGSN presentes en la red. Las mediciones realizadas corresponden a los nodos de conmutación de paquetes. Estos cálculos son de vital importancia ya que reflejan el número de peticiones concedidas desde los SGSN para poder acceder y descargar los servicios multimedia. Figura26: Tráfico recibido en un terminal UMTS

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Figura27: Tráfico enviado por un terminal UMTS

En las dos figuras anteriores se puede observar el tráfico en sentido descendente y ascendente durante una hora. Podemos observar como en la captura de tráfico de video recibido, las tasas de transmisión rondan los 800 kbits/s, mientras que en la de tráfico enviado (UL) no superan los 700 bits/s. Esto se debe a que en sentido descendente se está descargando el mobisode mientras que en el sentido ascendente, el móvil está enviando informes de medidas en los que indica la potencia y otros parámetros para que la comunicación sea estable. 7.4 Referencia de Equipos A continuación se expresará mediante una breve tabla un conjunto de parámetros a tener en cuenta sobre algunos de los elementos más importantes en la red UMTS:

Protocolos Tipo de línea de transmisión

Nº de conexiones

Router UDP, IP, Ethernet,

RIP, OSPF, SLIP

4 Ethernet 10BaseT/100BaseT

2 conexiones Serial Line

IP Nodo B UMTS

(RLC, W-CDMA), Node-B

Conexiones Radio variables

1 ATM conexión a

RNC

Servidor UDP, IP, Ethernet, RIP, TCP,

OSPF

1 Ethernet connection at 10

Mbps, 100 Mbps, or 1000

Mbps

2 conexiones

8. Análisis de viabilidad para los operadores de telecomunicación Este tipo de inversión debe ser llevada a cabo por un operador de telecomunicaciones que disponga de una de las cuatro licencias asignadas. Esta

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inversión deberá llevarla a cabo un operador incumbente como puede ser Telefónica Móviles.

Por otra parte, el despliegue de la red aporta numerosas ventajas pudiendo reaprovecharse el ancho de banda restante para realizar otro tipo de servicios.

Una posible idea sería alquilar parte de este ancho de banda a operadores

virtuales que puedan sacarle partido como pueden ser Yoigo o el Corte Inglés. Otro tipo de servicio nuevo aprovechando la infraestructura, que se podría dar,

sería un sistema que permitiera saber en todo momento en qué parte de la ciudad nos encontramos. En una primera fase, esto no tiene mucho sentido ya que la red sólo se desplegaría en Tres Cantos, pero cuando este tipo de instalación tuviera repercusión nacional, sí tendría significado económico.

Por otra parte, esta nueva tecnología permite prestar servicio a todas aquellas personas que no utilizan televisión digital de pago y que quieren y pueden perfectamente acceder a este tipo de servicios de una forma más económica. 9. Conclusiones

El Proyecto pone de manifiesto una realidad: y es que los móviles ya han dejado apartada su primitiva función de instrumentos para llamar por teléfono sin hilos ni cables, para pasar a convertirse en verdaderos objetos de compañía (al igual que la televisión, que ya es "uno más de la familia") de alta tecnología. Para concluir, en nuestra opinión, y a pesar de que todavía todo esto no es más que una iniciativa y un proyecto muy reciente, puede que éste sea el futuro, e incluso puede que las grandes compañías de cinematografía adapten sus producciones y se aventuren a entrar en este nuevo mercado repleto de oportunidades.

Anexo equipos de la red umts y

protocolos Se ha incluido este apartado como aclaración de algunos conceptos sobre el estándar UMTS que conviene saber por parte del lector para una comprensión más profunda de su funcionamiento interno.

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Arquitectura del UE Figura1:

Existen tres tipos de Ues que soportan el modelo UMTS:

1. Estaciones móbiles simples (umts station) 2. Estaciones de trabajo avanzadas (umts workstation). 3. Servidores avanzados (umts server).

Todos estos tipos se pueden modelar en las diferentes arquitecturas UMTS que podemos desplegar. En el desarrollo de los cálculos se deberá tener en cuenta realizar un estudio de los nodos con un comportamiento fijo o móvil. La inversión en investigación de este tipo de aspectos permitirá un mejor comportamiento del dispositivo y una mayor rapidez en la comunicación con el dispositivo de la estación base con el que se va a comunicar. La arquitectura de la estación UMTS incluye una capa de aplicación que se alimenta directamente con la capa GMM. También incluye la capa RLC/MAC, un transmisor y receptor radio y una antena. La worksation avanzada y el servidor incluyen el protocolo completo de TCP (UDP)/IP entre la capa de aplicación y la capa GMM. La capa GMM contiene funciones de GMM, GSM y capas RRC. Posee las funciones de Gestión de Movilidad, funciones de gestión y funciones de control (establecimiento y liberación de portadoras). Figura2: UMTS Station

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Figura3: UMTS WorkStation

La capa RLC/MAC tiene las siguientes funciones:

- Establecimiento de prioridades. - Control del flujo de datos. - Tres tipos de modos RLC. - Segmentación y reensamblado de paquetes de capas superiores.

Las conexiones entre transmisor y receptor a través de la capa RLC/MAC representan canales de transporte. En el uplink el tipo de canales lógicos que se establecen son los siguientes: Canal de acceso aleatorio RACH Canal común de paquetes CPCH Canal dedicado DCH donde la señalización y los datos convergen. Cada canal de transporte posee un único código de propagación que permite distinguir de otros canales de transporte. En el downlink el tipo de canales lógicos que se establecen son los siguientes: Canal lógico FACH. Canal compartido DSCH. Canal Indicador de adquisición AICH Canal dedicado de señalización para el usuario. Cuatro canales para recepción de datos. Cada canal se asigna a diferentes códigos de propagación permitiendo un envío simultáneo de la información. Brevemente mostraremos en la siguiente figura como son las cuatro colas de la capa GMM. Cuando un paquete de datos llega a la capa GMM, este es encabezado en la capa RLC/MAC en el caso de haber recibido un mensaje tipo RAB setup. El resto de los paquetes se encolan en la capa GMM en función de su perfil de QoS. La capa RLC/MAC permitirá transmitir paquetes a las capas superiores una vez que estos se vayan encolando en su cola.

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Figura4: Estructura de encolado para capa GMM y RLC/MAC

Arquitectura del Nodo-B El Nodo B gestiona la interfaz de red para poder trabajar con los Ues. Una red podrá disponer de dos tipos de modelos: Nodo-B con un único sector. Nodo-B con tres sectores. Cada Nodo-B representa la gestión de una célula. Un RNC conectará con uno o varios Nodos-B para comunicarse con los UEs de la red y gestionar múltiples llamadas. El Nodo-B incluye un módulo procesador sobre cada sector a controlar. Cada procesador está conectado a una pila ATM, un módulo transmisor y un módulo receptor. Canal de bajada: Nodo-B ← Módulo Transmisor Canal de subida: Nodo-B → Módulo Receptor En el Downlink: Se utilizan streams FACH o DSCH En el Uplink : Todos los paquetes viajan sobre RACH, CPCH o DCH streams. Figura5: Nodo-B con un único sector

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Figura6: Nodo-B formado por tres sectores

Modelo del Nodo RNC El nodo RNC está compuesto de un módulo procesador que ejecuta un proceso que permite activar las funcionalidades del RNC. Contiene nueve pilas ATM conectadas a este, una de las cuales conecta con el SGSN. Las otras ocho conectarán con las pilas de los Nodos-B. El proceso del Nodo-B puede modelarse como una comunicación con los Nodos-B, así como con el SGSN. Este se podrá conectar a más Nodos-B si añadimos más pilas o áreas de memoria. El RNC alberga arrays de colas que sirven para propósitos específicos. Cada posición en el array representa un conjunto de búferes (o colas) que se asignan para un canal específico. Cada canal puede asignarse y liberarse dinámicamente durante la simulación. El RNC asignará un mismo número de slots en este array para cada Nodo-B. Figura7: Modelo de un nodo RNC

Figura8: Asignación en la estructura de colas de un RNC

Las conexiones activas para FACH/RACH y canales DSCH se almacenarán en diferentes arrays.

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Cuando la simulación comienza, el RNC dedica el slot 0 para FACH/RACH y el slot 1 para DSCH, ambos apuntan a una correcta conexión de los arrays. Después del arranque de los UEs a través de un procedimiento GPRS, los RNC establecen señalización DCH para cada UE. Durante el proceso de simulación los UEs realizarán peticiones para obtener DCH RABs, los RNC crearán como respuesta nuevos canales RAB que no correrán sobre canales comunes. El RNC también designará slots que no se estén utilizando para arrays de colas para establecer servicio de los nuevos RAB de los UEs. Los nuevos RAB (Radio Access Bearers o Portadoras de Acceso Radio) correrán sobre canales compartidos asignándoseles un nuevo slot. Arquitectura CN Existen dos modelados para los nodos CN: • Nodos CN combinando SGSN y GGSN funcionalmente,

- Nodo Gateway CN: Gateway genérico que incluye funcionalidades de SGSN y GGSN. - Nodo Simple CN: Un nodo simple SGSN que incluye funcionalidades UMTS y conmutación de paquetes entre UEs y SGSN.

• Nodos SSGN y GGSN permiten modelar componentes CN individualmente. - Nodos GGSN

- Nodos GGSN: SGSN genéricos que pueden conectarse a 8 RNCs y a un GGSN. El modelo simple utiliza el estándar ATM para comunicación con los RNCs. Este tipo de nodos permiten configurar el retardo introducido en la red UMTS. Figura9: Modelo de nodo CN simple: umts_sgsn

El nodo gateway CN incluye un módulo SGSN utilizando pilas ATM variables para comunicación con el RNC. También contiene un router que utiliza el protocolo IP para comunicación. Figura10: Nodo gateway CN

Nodos GGSN Similares a los gateway CN, salvo que no incluyen el módulo SGSN y las pilas ATM. Utilización de: Tunelado GPRS Protocolo GTP utilizando un módulo IP.

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Establecimiento de túneles entre GGSN y SGSN Nodos SGSN Similares al CN simple, salvo que también incluyen ATM, Ethernet o interfaz IP para conectarse a un nodo GGSN. Está compuesto por: Dos nodos SGSN Utilización de: Protocolo de GPRS para tunelado. (GTP) Módulo IP. Establecimiento de túneles entre SGSN y GGSN. Figura11: Estructura ce colas para un módulo SGSN:

Bibliografía

Listado de compañías públicas que suministran dispositivos UMTS

Listado de Compañías privadas que suministran dispositivos UMTS

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Otros enlaces de interés http://www.juni.com.au/webnew/contents/products_sub20.asp#JR16-A800/CXI http://www.currentanalysis.com/p/Wireless-abstracts/WrlssInfra-UMTSNdeBBsSttns-All.htm http://www.madrid.org/iestadis/fijas/estructu/economicas/datosimpositivos/ (renta per cápita) http://estructuratercero.blogspot.com/ http://www.umtsworld.com/technology/ran/ran.htm

Libros de consulta y tutoriales Comunicaciones Móviles Editorial Centro de Estudios Ramón Areces Realizado por José María Hernández Rábanos. Tutorial extraído del programa de simulación y de la página oficial de Opnet. Sistemas de comunicaciones móviles de Tercera Generación IMT-2000 (UMTS) Autores: Vicente Burillo Martínez, Leandro de Haro Ariet, José María Hernández Rábanos y Fundación Airtel Vodafone “WCDMA for UMTS “ Radio Access For Third Generation Mobile Communications, Edited by Harri Holma and Anti Toskala, Ed Wiley.

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http://www.juni.com.au/webnew/contents/products_sub20.asp#JR16-A800/CXI

http://www.currentanalysis.com/p/Wireless-abstracts/WrlssInfra-UMTSNdeBBsSttns-All.htm

http://www.madrid.org/iestadis/fijas/estructu/economicas/datosimpositivos/

http://estructuratercero.blogspot.com/

http://www.umtsworld.com/technology/ran/ran.htm

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