Planificación Radio

MÓDULO DE INTRODUCCIÓN CAPÍTULO 1. Esquemas de Red

MÓDULO DE INTRODUCCIÓN

1. ESQUEMAS DE RED

En este capítulo describiremos las características básicas de los sistemas GSM, GPRS y UMTS que influirán en su planificación radio. El primer concepto que hay que destacar es que se trata de sistemas de transmisión radio en los que el área total de servicio o cobertura se divide en pequeñas subáreas, denominadas celdas o células (de ahí el nombre de sistema celular), a través de las cuales, los usuarios móviles acceden a la red. De este modo, en cada una de estas subáreas se ubica una estación radioeléctrica encargada de la transmisión y recepción de los canales de tráfico, señalización y control que tenga asignados para permitir las comunicaciones de cualquier usuario móvil que se encuentre bajo su área de dominio. El diseño de la disposición de estas estaciones a lo largo de carreteras, ciudades, etc. y la elección de la configuración de sus antenas constituye la base de la planificación radio.

Tanto GSM, GPRS como UMTS son sistemas celulares digitales, en contraposición con los primeros sistemas de telefonía móvil, como TACS o AMPS, también celulares pero basados en tecnología analógica. Las ventajas de la digitalización son una mejor calidad y estabilidad de la comunicación frente a las condiciones adversas que caracterizan el trayecto de propagación radio, como lo son los múltiples desvanecimientos que sufre la señal debido a reflexiones en objetos cercanos o lejanos.

En la fig. 1 observamos la estructura celular de la red. Aunque puede parecer más lógico la representación de celdas con forma circular, con este tipo de representación siempre quedan huecos entre células vecinas y muchos solapes; por ello normalmente se prefiere un esquema hexagonal, dado que estas figuras encajan perfectamente unas con otras. Por supuesto cualquier sistema celular presentará huecos reales de cobertura en algunas zonas, además de los solapamientos necesarios, por otro lado, para realizar los handovers; pero aún así, la forma hexagonal nos permite visualizar más claramente el modo en que el sistema está implementado.

Área a cubrir

Área a cubrir

Estación base

Estación base

Celda Celda

(b) ESQUEMA HEXAGONAL (a) ESQUEMA CIRCULAR

Figura 1.1. Esquema de una red celular

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PLANIFICACIÓN RADIO PARA REDES DE TELEFONÍA MÓVIL

La arquitectura o estructura de red de los tres tipos de sistemas será descrita en apartados posteriores. En todos los casos, ésta incluye tres subsistemas conectados entre sí: el subsistema de acceso radio formado por estaciones radioeléctricas y elementos de control de las estaciones, y que permiten que los usuarios móviles puedan hacer uso de la red, el subsistema de conmutación de red o Core Network, encargado del encaminamiento de las llamadas a través de la red y de la interconexión de la red móvil con otras redes, tanto móviles como fijas, y por último, el subsistema de gestión de red encargado del análisis, supervisión y mantenimiento de los otros dos subsistemas.

Dado que por definición, se trata de sistemas vía radio en los que los terminales son inalámbricos, el canal de comunicación entre usuarios móviles y la red es el aire. Este interfaz constituye un canal único y accesible para todos los usuarios, por lo que resulta necesario definir el modo en que éstos harán uso del mismo sin que se produzcan colisiones. El modo de acceso es una de las características que distingue estos sistemas.

Además, no sólo debe evitarse la colisión entre comunicaciones de múltiples usuarios, sino que para un solo usuario, se debe separar los dos sentidos de la conexión, es decir, la información que viaja del móvil a la estación base (sentido uplink o ascendente) y la información que viaja de la estación base al móvil (sentido downlink o descendente), y que por supuesto, también hacen uso del mismo y único interfaz aire. El modo de diferenciar los sentidos duplex de una comunicación es otro factor característico de un sistema de comunicaciones móviles.

Otro elemento diferenciador es el tipo de datos que manejarán (fuentes analógicas, como la voz o el video, o fuentes digitales, es decir, paquetes de datos) ya que esto establece los requisitos óptimos para su transporte desde su origen hasta su destino. En el caso de señales como la voz, resulta más conveniente reservar un canal en el que depositar la información y un “camino” de transmisión durante todo el tiempo que permanezca activa la comunicación; en este caso, la conmutación de circuitos es la opción utilizada para “dirigir” la llamada a lo largo de los nodos de la red. En el caso de comunicaciones de datos, si bien también es posible reservar un canal y un “camino” durante todo el tiempo que dure la conexión, es más eficiente el uso compartido de canales y que la información sea fragmentada y dirigida por la ruta más adecuada en función de la carga de la red, e incluso cada paquete puede dirigirse por una ruta distinta dado que el orden con el que llegan al receptor no constituye un factor crítico en la mayoría de los casos. De este modo, el método usado para el mantenimiento de la conexión es la conmutación de paquetes.

Por último, las velocidades de transmisión de datos que se pueden alcanzar, así como la calidad de los servicios portadores (retardos, tasas BER, etc) también establecen los distintos requisitos que una red de estas características debe cumplir. Veremos cómo los tres tipos de redes han evolucionado para adaptarse a las necesidades de tráfico de los distintos tipos descritos de acuerdo a las exigencias del mercado actual.

Existen, por supuesto, muchas más diferencias entre estos sistemas que las que mencionaremos en este capítulo, por ejemplo, los canales de tráfico y de control existentes, los tipos de handovers, las formas de implementar el control de potencia, etc. No es el objetivo de este curso describir detalladamente todos los aspectos de las distintas tecnologías con las que trabajaremos, sin embargo, en el apartado dedicado a UMTS nos detendremos a explicar brevemente alguno de estos detalles, por ser muy novedosos y tener una influencia importante en el comportamiento del interfaz radio y consecuentemente, en su planificación.

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1.1. GSM / DCS

1.1.1. Introducción

Sabemos que GSM surge como una evolución de los primeros sistemas analógicos celulares y DCS consiste en la extensión de este estándar a la banda de 1800 MHz. Pero veámos con algo más de detalle cómo nacen estos sistemas.

La historia del estándar de telefonía GSM comienza en 1982, cuando la Conferencia de Administraciones Europeas de Correos y Telecomunicaciones (CEPT), para tratar de solventar los problemas que había creado el desarrollo descoordinado e incompatible de sistemas móviles analógicos celulares en los diferentes países de la CEPT, tomó dos decisiones:

• Establecer un equipo con el nombre de -Groupe Special Mobile- (de aquí viene la abreviatura GSM), que desarrollara un conjunto de estándares para una futura red celular de comunicaciones móviles de ámbito paneuropeo.

• Recomendar la reserva de dos subbandas de frecuencias próximas a 900 Mhz para este sistema.

Los problemas más importantes eran:

• No poder disponer de un mismo terminal al pasar de un país al otro.

• No disponer de un mercado propio suficientemente extenso, con lo que se dificultaba la consolidación de una industria europea de sistemas móviles competitiva a nivel mundial.

En 1984, empieza a surgir otro factor adicional, los sistemas celulares analógicos de la primera generación, y en particular en los países del norte de Europa, experimentan una aceptación y penetración en el mercado extraordinariamente superior a la prevista, tanto es así que las cifras indicaban la saturación de la capacidad de estos sistemas para principio de la década de los 90.

Se adoptó la decisión de que el nuevo sistema de comunicaciones móviles sería digital, lo que redundaría en mejorar la eficiencia espectral, mejor calidad de transmisión, posibilidades de nuevos servicios y otras mejoras como la seguridad. También permitiría la utilización de tecnología VLSI de fabricación de chips electrónicos, pudiéndose fabricar terminales móviles más pequeños y baratos, y en definitiva el uso de un sistema digital complementario al desarrollo de la Red Digital de Servicios Integrados (RDSI) con la que GSM debía tener un interfaz.

En 1988, se inició una intensa actividad en pruebas de validación, particularmente en relación al interfaz radioeléctrico. Como resultado se ajustaron ligeramente las especificaciones GSM y se pudo comprobar que el sistema funcionaba. Sin embargo, no se alcanzó la fecha acordada del 1 de julio de 1991 para el lanzamiento comercial del sistema GSM. A ello contribuyó:

• El retraso del desarrollo y acuerdo de pruebas de certificación.

• La necesidad de modificar algunas especificaciones GSM.

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• Se tardó más de lo previsto en desarrollar terminales portátiles debido a su enorme complejidad técnica.

Fue en junio de 1992 cuando aparecieron los primeros portátiles GSM de mano, pero el sistema no se lanzó en España, y en la mayoría de países europeos, hasta 1993.

En cuanto a DCS o Digital Cellular System, éste se desarrolló prácticamente en paralelo a las últimas fases de estandarización de GSM. En efecto, en 1990 y por requerimiento del Reino Unido, se añadió al grupo de estandarización la especificación de una versión de GSM en la banda de frecuencia de 1800 ± 75 MHz. A esta variante se le llamó DCS1800 y en 1997 se rebautizó como GSM1800 para resaltar la afinidad entre las dos tecnologías. GSM1800 aumenta considerablemente la capacidad del sistema sacrificando cobertura, dado que a mayor frecuencia el tamaño de las células se reduce. En los apartados siguientes, salvo que se especifique lo contrario, al hablar de GSM se estará haciendo referencia a los dos sistemas.

1.1.2. Separación de los sentidos de la comunicación uplink y downlink

En GSM, la separación se realiza mediante un esquema FDD (Frequency Division Duplex). El espectro radioléctrico disponible se divide en dos subbandas simétricas, separadas por una banda de guarda de 20 MHz. La banda más alta (935-960 MHz para GSM900; 1805-1880 MHZ para GSM1800) se utiliza para el sentido de la comunicación descendente (estación base-> móvil) y la más baja (890-915 MHz para GSM900; 1710-1785 MHz para GSM1800) para el sentido de la comunicación ascendente (móvil->estación base). Esto se suele hacer así en casi todos los sistemas de comunicaciones móviles FDD, debido a que la potencia de transmisión del móvil es mucho menor que la de la estación base y las pérdidas de propagación de la señal son inferiores cuanto menor sea la frecuencia.

890 960 935 915

25 MHz 25 MHz

DOWNLINK UPLINK 20 MHz

Figura 1.2. Bandas GSM 900

1710 1785 1805 1880

DOWNLINK UPLINK 20 MHz

75 MHz 75 MHz

Figura 1.3. Bandas GSM 1800

Cada una de estas subbandas de 25 MHZ en GSM900, y de 75 MHz en GSM1800 se divide en portadoras separadas 200 KHz (124 portadoras en 900; 374 portadoras en 1800), y a cada BTS se le asignará como mínimo un par de ellas. El hecho de que transmisión y recepción

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utilice frecuencias distintas, una en la banda alta y otra en la banda baja, evita las colisiones en los dos sentidos de la comunicación de un único usuario.

fuplink=890 + 0.2 * n MHz, siendo 1 ≤ n ≤ 124

fdownlink= fuplink + 45 MHz

124 portadoras Downlink 124 portadoras Uplink

935.4 890.4

960 915 935.2 890.2

Figura 1.4. Portadoras GSM 900

1785

fuplink=1710.2 + 0.2 *(n-512) MHz, siendo 512 ≤ n ≤ 885

fdownlink= fuplink + 95 MHz

374 portadoras Downlink 374 portadoras Uplink

1805.4

1805.2

1710.4

1710.2 1880

Figura 1.5. Portadoras GSM 1800

En España hay concedidas 2 licencias GSM 900 y 3 licencias GSM 1800. Las frecuencias asignadas a cada uno de los operadores son:

OPERADOR TX (MHz) - Downlink RX (MHz) - Uplink

GSM 900 935,2 - 943,0 890,2 - 898,0

MOVISTAR 943,8 - 947,8 898,8 - 902,8

VODAFONE 948,0 - 960,0 903,0 - 915,0

GSM 1800 MOVISTAR 1836,0 - 1849,4 1741,0 - 1754,4

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VODAFONE 1849,6 - 1863,0 1754,6 - 1768,0

AMENA 1863,2 - 1876,6 1768,2 - 1781,6

1.1.3. Método de acceso múltiple TDMA-FDMA

El sistema GSM se basa en la técnica de acceso múltiple TDMA-FDMA (Time Division Multiple Access-Frequency Division Multiple Access). Como ya hemos explicado antes, el espectro está dividido en pares de portadoras de distinta frecuencia que se asignarán bajo determinado patrón de reuso a las celdas del sistema. Estos patrones de reuso tienen la misión de evitar que en una célula se produzcan interferencias por parte de frecuencias provenientes de otras células del sistema; es decir, los planes de frecuencia salvaguardan la calidad del interfaz radio.

Pues bien, cada portadora a su vez se divide en 8 intervalos de tiempo llamados Time Slots, que se repiten de manera continua formando 8 canales físicos por portadora. El conjunto de los 8 Time Slots se denomina trama TDMA.

Cada uno de los TS se asignará a la comunicación de un usuario. Ésta es otra forma de separar múltiples conexiones en la que no existe riesgo de colisión dado que un usuario tiene señalado el instante de tiempo, o Time Slot, en el que puede transmitir información, y en el resto de Time Slots permanece callado. Por su parte, la estación base transmistirá en todos los Time Slots dedicados a tráfico de sus portadoras downlink, pero cada uno de ellos irá dirigido a un usuario diferente. El usuario sólo escucha el Time Slot que le corresponda. Los Time Slots de transmisión y recepción están desfasados un periodo de 3 TS para permitir al móvil el procesado de la información que reciba antes de iniciar su transmisión.

Figura 1.6. Estructura de la trama TDMA

Resumiendo, la técnica de acceso múltiple en GSM se basa en un esquema FDMA, dado que existen distintas portadoras frecuenciales, y TDMA, puesto que dentro de cada portadora hay

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intervalos de tiempo diferenciados en los que poder transmitir/recibir. El canal de comunicación para una conexión consistirá en dos pares (frecuencia-Time Slot), uno para el sentido uplink y otro para el sentido downlink de la comunicación.

1.1.4. Arquitectura de red GSM

Figura 1.7. Arquitectura GSM

Como en todos los sistemas celulares, la estructura de una red GSM se divide en el Subsistema de Acceso Radio (BSS, o Base Station Subsystem), la red troncal o red de conmutación (NSS, Network Switching Subsystem) y el subsistema de operación y mantenimiento (OSS, Operation and Support Subsystem).

El Subsistema de Acceso radio está compuesto por un conjunto de controladores de estaciones base (BSCs) de las que dependen una o más de una estaciones base (BTS), conectadas a la BSC mediante el interfaz Abis, normalmente, una línea PCM E1 a 2 Mbps.

Este subsistema es el encargado de dar servicio al conjunto de usuarios o estaciones móviles (MS, Mobile Stations), ofreciendo un soporte físico a las funciones de capas superiores como la conexión y desconexión, la localización del móvil, la gestión de la movilidad, etc.

Las BSCs (Base Station Controllers) son los elementos centrales del sistema BSS y se encargan del control de la red radio. Sus principales funciones son: establecimiento de la conexión entre MS y NSS, gestión de la movilidad, toma de datos estadísticos, y soporte a la señalización de los interfaces A (entre BSC y MSC) y Aire.

Las BTSs (Base Transceiver Station) son los elementos de red encargados del mantenimiento del interfaz Aire. Las BTSs proporcionan el canal de comunicación a un terminal móvil GSM, o

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MS, se ocupan de la señalización del interfaz Aire, su cifrado y del procesado de voz. En este contexto, el procesado de voz se refiere a todas las operaciones que la BTS realiza para garantizar una conexión libre de errores entre MS y NSS.

Los elementos principales del subsistema de Conmutación, NSS, son:

• MSC (Mobile services Switching Centre)

• VLR (Visitor Location Register)

• HLR (Home Location Register)

• AUC (Authentification Centre)

• EIR (Equipment Identity Register)

La MSC es la responsable del control de las llamadas en la red móvil. Identifica el destino y origen de la llamada (en ambos casos, bien un teléfono fijo, bien un terminal móvil), así como el tipo de llamada. Una MSC que actúa como puente entre la red móvil y una red fija, por ejemplo, RDSI, se llama Gateway MSC.

Las redes GSM están estructuradas jerárquicamente. Consisten en al menos una región administrativa que se asigna a una MSC. Cada región administrativa se compone de varios grupos de células o Áreas de Localización (LA). Estos grupos de células son asignados a varias BSC.

IVIII

III

MSC/VLR

MSC/VLR

MSC/VLR

MSC/VLR

Cell LA7 LA8

LA6

LA3

LA4

LA1 LA2

MSC VLR

Celda (cobertura de 1 BTS)

Área de Localización (1 MSC contiene varias LAs)

Área de servicio MSC/VLR (cobertura de 1 MSC)

Área de servicio PLMN (red del operador)

Figura 1.8. Áreas jerárquicas GSM

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El subsistema NSS mantiene diversas bases de datos para el control de las llamadas y la gestión de la red: el registro de abonados locales (HLR), el registro de abonados visitantes (VLR), el centro de autentificación (AUC) y el registro de identificadores de equipos (EIR). Para todos los usuarios registrados a un operador móvil, los datos permanentes, como el perfil de usuario, y los datos temporales (posición actual del abonado) se guardan en el HLR. En caso de que llegue una llamada para determinado usuario, en primer lugar se consultará el HLR para determinar dónde localizarlo. Cada VLR, que generalmente viene integrado junto a una MSC, es responsable de un conjunto de áreas de localización y almacena los datos de aquellos usuarios que se encuentren temporalmente bajo el área de servicio de la MSC. Estos datos también incluyen una copia de parte de la información permanente del usuario, que habrá sido transmitida del HLR al VLR para agilizar los accesos. El VLR lleva a cabo los registros de localización y las actualizaciones y la MSC asociada es la que inicia los procesos de búsqueda o paging. Una base de datos VLR contiene siempre información temporal, en el sentido de que los datos se mantienen mientras que el usuario se encuentre bajo su área de servicio, mientras que el HLR mantiene un registro permanente de datos de los usuarios. El AUC genera y almacena información de seguridad, por ejemplo, las claves para la autentificación y el encriptado. Por último, el EIR registra los datos de los equipos en lugar de los datos de los abonados.

El subsistema de operación de red, OSS, se encarga de la monitorización de diversas funciones y elementos de la red. Generalmente este sistema se compone de una serie de estaciones de trabajo conectadas a un servidor de comunicaciones con los distintos elementos de la red y a una base de datos que almacena información de gestión de la red, que se encuentra ubicados en el OMC (Operation and Maintainance Centre). Este modelo de subsistema es extensible a las 3 redes que estamos considerando: GSM, GPRS y UMTS.

Las principales funciones del OSS se pueden dividir en 3 categorías:

• Gestión de fallos.

• Gestión de la configuración.

• Gestión del funcionamiento.

Estas funciones cubren el conjunto de elementos de la red GSM, desde el funcionamiento individual de las BTSs, hasta las MSCs y la HLR.

1.1.5. Servicios GSM

GSM es un sistema originariamente pensado para proporcionar servicios vocales. Por esta razón, el transporte de la información a lo largo de la red se basa en la conmutación de circuitos, lo cual no es lo más adecuado para el transporte de datos como hemos visto. Cada usuario ocupa un canal físico durante el tiempo que dure la comunicación de voz, que se transmite1 a 13 Kbps Full Rate, o 7 Kbps, Half Rate. La telefonía es el teleservicio más básico ofrecido por GSM, al que también tenemos que añadir el servicio de emergencias, faxsímil grupo 3, y el servicio SMS.

1 El uso de una tasa binaria u otra depende del flujo de salida del vocoder o codificador de voz empleado por el transmisor.

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Otro tipo de servicios GSM son los llamados servicios portadores, que permiten la transmisión de datos mediante el uso de un canal físico GSM. En un principio, se pretendía lograr la compatibilidad entre GSM y RDSI en temas de servicios y de control de señalización. Pero las características del enlace radio de este sistema imponen ciertas limitaciones y la tasa estándar de 64 Kbps no pudo alcanzarse. El problema es que sólo puede dedicarse un par [Frecuencia portadora-TS] a una comunicación de datos, y este canal estará ocupado durante todo el tiempo que dure la conexión, independientemente de que el usuario esté recibiendo o transmitiendo información en cada momento. GSM permite tasas binarias de 300, 600 1200, 2400 y 9600 bps, lo cual claramente deja a este sistema en desventaja respecto a la transmisión de datos en redes fijas. Por esta razón, surgen los distintos sistemas que veremos a continuación.

El último tipo de servicios proporcionado por GSM son los servicios suplementarios. Estos se ofrecen por encima de los teleservicios y de los servicios portadores e incluyen facilidades tales como identificación del usuario que llama, llamada en espera, conversaciones multiparty, bloqueo de llamadas (salientes) internacionales, etc.

1.2. GPRS


El enorme crecimiento experimentado por los servicios de telefonía móvil celular con GSM, así como el gran número de usuarios de internet de los últimos años, puso en relieve el gran potencial de un mercado que combinase eficientemente ambas tecnologías: el mercado de los servicios móviles celulares de datos.

Los servicios de estas características ofrecidos por GSM no resultaban satisfactorios para las necesidades de usuarios y proveedores. Desde el punto de vista del usuario, ya hemos mencionado que la velocidad ofrecida era demasiado baja y el establecimiento de la conexión lento y bastante complicado, sin olvidar lo caro que resulta pagar por todo el tiempo que dura la llamada. Desde el punto de vista técnico, el mayor incoveniente era que GSM está basada en la conmutación de circuitos, lo que resulta poco apropiado para un tráfico a modo de ráfagas (como lo es en general el tráfico generado por Internet) y se traduce en una ineficiente utilización del canal o medio de transmisión.

Con el fin de solucionar estos problemas surge en 1999 GPRS o General Packet Radio Service, englobado dentro de los sistemas conocidos como 2G+. Más que una nueva tecnología de acceso radio, GPRS es un servicio de valor añadido que permite enviar y recibir información de datos a través de una red existente GSM. Se basa en la filosofía de conmutación de paquetes y logra de modo eficiente la transferencia de paquetes de usuario entre estaciones móviles GPRS y las redes externas de datos.

GPRS implica la reestructuración de las redes GSM existentes por conmutación de circuitos para adecuarlas a un interfaz aire basado en la transmisión de paquetes. Esta actualización de la arquitectura GSM para dar soporte a paquetes es una tarea bastante complicada, sin embargo GPRS la resuelve de forma sencilla y elegante, simplemente mediante la adición de un par de nuevos nodos al core y con la actualización software de los elementos ya existentes. Esto es importante, dado que una red GPRS no exige un despliegue adicional de estaciones

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base, sino que aprovecha la infraestructura de la red GSM que le sirve de soporte y le añade dos nodos. La inclusión de GPRS afectará a la planificación de la capacidad de la red, pero no a la planificación radio, es decir, aunque quizá se deba añadir nuevas estaciones en zonas saturadas por el tráfico conjunto GSM+GPRS, no es necesario hacer ningún diseño ni despliegue adicional.


Dado que GPRS se asienta sobre una red GSM existente y hace uso del mismo interfaz aire y de los mismos recursos (bandas frecuenciales – portadoras - time slots), la separación de los sentidos de comunicación uplink y downlink sigue siendo FDD.

1.2.3. Método de acceso múltiple TDMA-FDMA

Por la misma razón que antes, GPRS se basa en la técnica de acceso múltiple mixta TDMA-FDMA de la red GSM sobre la que se implementa. De modo que un canal físico de comunicación para un usuario está formado por un par de frecuencias portadoras-Time Slot, ubicadas en bandas distintas para la transmisión simultánea en los sentidos uplink y downlink. Pero en la forma de asignar estos canales existe una diferencia con respecto a GSM. Dado que GPRS introduce conmutación de paquetes, este hecho permite que los recursos radio (canales) sean únicamente utilizados por los usuarios en el momento de enviar o recibir información. En lugar de dedicar un radiocanal a un usuario durante el periodo que dure la conexión, en GPRS los canales son ocupados sólo cuando hayan paquetes que transmistir o recibir, y se liberan después de la transmisión. Con este principio, múltiples usuarios pueden compartir un mismo canal físico. El número real de usuarios dependerá de las aplicaciones que estén utilizando y de la cantidad de datos que estén transfiriendo.

Cabe destacar que GPRS produce un impacto en la capacidad existente de una celda GSM. Una celda que soporte GPRS puede asignar canales físicos a tráfico GPRS. Tales canales físicos se llaman PDCHs (Packet Data Channels). Los PDCHs se eligen de entre todos los canales disponibles de la celda, por tanto, las llamadas de voz GSM y las de servicios GPRS utilizan los mismos recursos de esa celda. La correspondencia entre canales físicos, y canales de comutación de paquetes GPRS - canales de conmutación de circuitos GSM, puede hacerse dinámicamente en función de la carga de tráfico de cada tipo que la celda esté soportando, de la prioridad de servicio y de la clase multislot2. Un procedimiento de supervisión monitoriza la carga de PDCHs en cada celda. De acuerdo a la demanda actual, el número de canales reservados para GPRS, es decir, el número de PDCHs puede variar. Los canales físicos que no estén siendo usados por el servicio de telefonía móvil convencional GSM podrán ser asignados a PDCHs para mejorar la calidad del servicio GPRS. Si aumenta la demanda de recursos por parte de comunicaciones vocales (de mayor prioridad), los canales PDCH podrán ser liberados y asignados nuevamente a GSM.

2 GPRS permite a una única estación móvil que transmita en varios “time slots” dentro de la misma trama TDMA

(operación “multislot”) . Las comunicaciones downlink y uplink utilizan “slots” independientes, al contrario que en GSM.

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1.2.4. Arquitectura de red GPRS

Con el fin de integrar el servicio GPRS en la arquitectura GSM existente se crea un tipo general de nuevos nodos de red llamados GSNs (GPRS Support Nodes). Los GSNs son los responsables de la conexión y el encaminamiento de paquetes entre estaciones móviles y las redes de datos externas.

Un SGSN (Server GPRS Support Node) se encarga de la trasferencia de paquetes desde y hacia los usuarios que se encuentren en el área de cobertura de las BTSs que componen su área de servicio. Sus funciones incluyen el encaminamiento y transferencia de paquetes, la gestión de la movilidad de usuario, la gestión de las conexiones lógicas y las funciones de autentificación y facturación. El registro de abonados del SGSN guarda información temporal (por ej. celda actual, VLR actual) y de perfiles de usuario (ej. IMSI, dirección/es correpondientes en la red de paquetes de datos) .

Un nodo GGSN (Gateway GPRS Support Node) actúa como interfaz entre la red backbone GPRS , que explicaremos más tarde, y las redes externas de paquetes de datos. Realiza la conversión de los paquetes GPRS que provienen del nodo SGSN al formato requerido por el protocolo de la red externa o PDP (Packet Data Protocol), por ej. X.25 o IP, y los envía a dicha red. En el otro sentido de la comunicación, las direcciones PDP de los paquetes entrantes se transforman en la dirección GSM del usuario destinatario. Los paquetes redireccionados se envían al SGSN responsable.

Figura 1.9. Arquitectura GPRS

El interfaz Gb conecta las BSCs con el SGSN, mientras que los interfaces Gn y Gp sirven para la transmisión de datos de usuario y de señalización entre los dos tipos de nodods GSN. Gn es el interfaz entre un SGSN y un GGSN localizados en la misma red móvil (misma PLMN); mientras que Gp es el interfaz entre SGSNs y GGSN de distinta red.

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Todos los nodos GSN se conectan entre sí mediante una red backbone GPRS basada en IP. Dentro de esta red, los GSNs encapsulan los paquetes PDP y los transmiten mediante el protocolo GTP (GPRS Tunneling Protocol). Existen dos tipos de estas redes de soporte:

• Redes backbone Intra-PLMN: Conectan GSNs de la misma red móvil PLMN y por tanto, son redes IP privadas del proveedor de red GPRS.

• Redes backbone Inter-PLMN: Conectan GSNs de distintas redes móviles PLMN y por lo tanto, requieren un acuerdo de roaming entre proveedores para poder ser instaladas.

Los interfaces Gn y Gp también se definen entre dos nodos SGSN, lo que les permite intercambiar sus perfiles de usuario cuando un a estación móvil cambia de un área de servicio a otra.

1.2.5. Servicios GPRS

Los servicios GPRS se pueden clasificar en servicios portadores y servicios suplementarios. Los servicios portadores consisten básicamente en la transmisión de datos extremo a extremo por conmutación de paquetes y ofrecerán versiones punto a punto (PTP) y punto a multipunto (PTM). A su vez, los servicios punto a punto estarán disponibles tanto en modo no orientado a la conexión (PTP-CLNS), por ejemplo, para IP, como en modo orientado a la conexión (PTP-CONS), por ejemplo, para X.25. Por otro lado, dentro de los servicios PTM podemos distinguir dos clases: servicio multicast (PTM-M), en el que se hace un broadcast de los paquetes de datos dentro determinada área geográfica y servicios de llamada en grupo (PTM-G), en los que los paquetes de usuario llevan la dirección de un cierto grupo de usuarios (grupo PTM) y son enviados a las áreas geográficas en las que se encuentran los miembros de dicho grupo.

Teóricamente se podrá conseguir velocidades de hasta 171.2 Kbps si se hace uso de los 8 TS de una trama TDMA al mismo tiempo. Este es el límite físico del sistema, que como vemos, es del orden de 20 veces mayor que GSM. Obviamente es bastante improbable que un operador permita la asignación de todos los TS de una trama a un único usuario GPRS, y generalmente se contempla una velocidad máxima de 144 Kbps. Además, es posible que algunos terminales GPRS estén limitados al uso de uno, dos o como mucho tres TS. El ancho de banda disponible para un usuario GPRS queda, por tanto, reducido.

En cuanto a servicios suplementarios, podemos citar: el envío de SMSs a través de la red GPRS, y otros servicios nuevos como: CFU (Call Forwarding Unconditional), CFNR (Call Forwarding on Mobile Suscribers Not Reachable) y CUG (Closed User Group). Cada operador GPRS podrá proporcionar servicios adicionales no estandarizados, como el acceso a bases de datos, servicios de mensajería y servicios de teleacción. Cualquier servicio ofrecido hoy en día por la red fija Internet – FTP, Web Browsing, chat, e-mail, telnet- estará disponible en terminales móviles gracias a GPRS.

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1.3. UMTS


UMTS o Universal Mobile Telecommunications System pertenece al grupo de sistemas denominados de tercera generación, es decir, sistemas con capacidades avanzadas, que están en condiciones de conciliar la movilidad del usuario con la creciente exigencia de comunicación multimedia y consecuentemente, de mayores anchos de banda de transmisión. Las soluciones 2G+, y entre ellas GPRS, constituyen indudablemente una mejora de los sistemas de segunda generación en este sentido, pero no son más que un “parche” sobre redes, originalmente diseñadas para voz, y que por lo tanto presentan límites físicos y funcionales infraqueables.

La idea de crear una tercera generación de móviles surge allá por 1985, cuando la International Telecommunications Union (ITU) anunció su iniciativa Future Public Land Mobile Telecommunications Systems (FPLMTS), rebautizada en 1996 como International Mobile Communications 2000 (IMT-2000). El "2000" se refiere tanto a la década en la que estaba pensado su lanzamiento como a su recién asignada frecuencia de banda-2GHz.

Su principal intención era proveer una solución con gran ancho de banda que operase en el mundo entero y con el soporte de rápidos servicios multimedia. El desarrollo de este concepto fue asignado a dos equipos de ITU trabajando a partir de la experiencia técnica de los fabricantes de todo el mundo. ITU-T fue elegido para definir la arquitectura de la red, por ejemplo, su grupo de investigación 11/3 estaba comprometido a esbozar recomendaciones para los nuevos requerimientos de señalización. Por otro lado, ITU-R a través de su grupo técnico 8/1, trabajó en el campo de las ondas, con la intención de producir un único esquema a través de toda la arquitectura de redes 3G.

Hubo una solicitud para las tecnologías candidatas, con 15 diferentes propuestas recibidas hasta la fecha tope del 30 de Junio de 1998. De entre todas, 10 fueron para sistemas terrestres y las otras para sistemas satélites. Las más importantes fueron UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network), CDMA-2000 (un desarrollo del CdmaOne) y IS-136 (evolución del TDMA, IS-95 americano). Aunque en principio la ITU pretendía la adopción de un único estándar a nivel mundial, la presencia de muchos actores en la escena, movidos por intereses muy distintos, ha hecho imposible alcanzar este objetivo. De modo que finalmente fueron estas tres tecnologías las seleccionadas para constituir el sistema IMT-2000. Todas ellas utilizarán las mismas bandas frecuencias y se supone, que los terminales deberán ser compatibles.

Así pues, UMTS es el estándar europeo de tercera generación, una evolución de la arquitectura del GSM basada en WCDMA (Wide band Code Division Multiple Access). Su fecha de lanzamiento inicial estaba prevista para finales del 2001, pero como podemos

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observar, la historia se repite, y problemas, principalmente en la implementación de terminales duales GSM-UMTS han estado retrasando su puesta en marcha hasta la fecha.

Está previsto que UMTS proporcione cobertura global, incluyendo también océanos y desiertos donde el uso del segmento satélite es indispensable, si bien en este documento al hablar de UMTS haremos únicamente referencia al segmento terrestre UTRAN. En cuanto a la mejora de velocidades sobre GPRS, IMT-2000 especifica tres modalidades estándar de transmisión: 144 Kbps para usuarios de mucha movilidad, 384 Kbps para movilidad "de a pie", y 2 Mbps para usos estacionarios, todavía en construcción.


UMTS, y más concretamente, su segmento terrestre UTRA, especifica su operación en dos modos, para empleo interior -indoors- y exterior -outdoors-, UTRA-TDD y UTRA-FDD respectivamente.

Estación -> Móvil

Móvil -> Estación

TDD Frequency

Time

FDD Frequency

Time

Fig. 1.10. Esquemas TDD vs. FDD

En el modo dúplex de división en frecuencia, FDD, la conexión entre un móvil y una estación base estarán en frecuencias separadas para el enlace ascendente y el descendente. Esto significa que el móvil transmitirá a una frecuencia y recibirá a otra.

En el modo dúplex por división en el tiempo, TDD, las conexiones de los enlaces ascendentes y descendentes estarán a una sola frecuencia. Para separar los dos sentidos se les asigna a estación base y móvil distintos instantes de tiempo en los que sólo uno de los dos puede transmitir.

El ancho de banda de una portadora UMTS es de 5 MHz a diferencia de las portadoras GSM de 200KHz. La razón de tal ancho de banda es la técnica utilizada para la transmisión de múltiples señales de usuario (WCDMA) que explicaremos en el apartado posterior. De momento, interesa señalar que esos 5 MHz son los que permiten alcanzar velocidades de transmisión de hasta 2 Mbps, lo cual resulta imposible hablando de GSM y GPRS.

Según lo dicho, el espectro reservado para UMTS consiste en un par de bandas frecuenciales simétricas de 60 MHz para UTRA-FDD (1920-1980 MHz + 2110-2170 MHz) y una banda frecuencial despareada de 25 MHz para UTRA-TDD (1910-1920 MHz + 2010-2025 MHz). La misma distribución frecuencial se dará en Europa y Japón. En España se han concedido 4 licencias UMTS a Telefónica Móviles, Vodafone, Amena y Xfera. A cada uno de estos

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operadores se les ha asignado 35 MHz de ancho de banda: 3 portadoras FDD (15 MHz uplink+15 MHz downlink) y 5 MHz en la banda despareada para TDD. Las portadoras FDD se usarán con toda probabilidad para aplicaciones de macro, micro y picocélulas. La posición exacta de cada operador dentro de la banda UMTS está todavía por decidir.

Sat.IMT-2000

MSSS-PCN(UL)

MSSS-PCN(UL)

MSSS-PCN(DL)

IMT-2000

IMT-2000

UMTS FDD

220021502100205020001950190018501800

IMT-2000Sat.

IMT-2000

IMT-2000MSS

S-PCN(UL)

TDD

PHS

UMTS FDDMSS

S-PCN(UL)

TDD

DECT

TDD

GSM 1800(DL)

PCS (DL)MSS

S-PCN(DL)

PCSUn.Lic.

MHz

PCS (UL)USA

Europe

Japan

ITU

Fig. 1.11. Localización del espectro UMTS/IMT-2000

1.3.3. Acceso Múltiple de usuarios: WCDMA.

Como ya sabemos, los sistemas radio presentan dos recursos: frecuencia y tiempo. Con FDMA, a cada usuario se le asigna una porción de espectro diferente (portadora) durante todo el tiempo que dure su conexión. Con TDMA, a cada uno de las conexiones se les asigna el total de espectro disponible durante intervalos distintos de tiempo o time slots. GSM utiliza una técnica mixta TDMA-FDMA que ya hemos descrito en apartados anteriores, por la que un usuario se diferencia del resto a través de un par [ frecuencia portadora/ time slot ].

En UMTS, la técnica utilizada es CDMA (Code Division Multiple Access). En ella, todos los usuarios utilizan la misma portadora y transmiten al mismo tiempo. Esta técnica utiliza códigos para diferenciar conexiones. Los códigos no son más que ciertas secuencias de 1s y 0s, que se transmisten a tasas binaria mucho mayores que la señal a codificar, y que presentan unas propiedades especiales en cuanto a ortogonalidad y aleatorización. Estos 1s y 0s pretenecientes a un código o a una señal codificada (que se transmiten mucho más rápido) reciben el nombre de chips, para diferenciarlos de los 1s y 0s que componen la señal útil en banda base (velocidades menores) y que seguiremos llamando bits, como siempre.

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1 bit period

Data signal

PN-code

1 chip period

Coded signal

Fig. 1.12. Chips y Bits

Si el receptor conoce el código utilizado en transmisión, le resulta muy fácil recuperar la señal original. Éste es el principio de separación de las conexiones de múltiples usuarios utilizado en UMTS.

Fig. 1.13. Diferencia entre FDMA-TDMA-CDMA

El término Wideband en WCDMA hace referencia al aumento de ancho de banda que se produce en la señal transmitida. La tasa binaria de los códigos usados es fija (chip rate = 3.84 Mchips/seg en UMTS) y mucho mayor que la velocidad de los datos en banda base. Al multiplicar la señal original por los códigos CDMA, el resultado es una señal codificada de velocidad igual al chip rate, es decir, ha aumentado su ancho de banda. Por esta razón, WCDMA pertenece al grupo de las denominadas técnicas de espectro ensanchado, dado que distribuyen la energía de la señal original en una banda espectral mucho más grande.

Existen varios modos de ensanchar las señales originales con técnicas CDMA y UMTS ha adoptado dos de ellas. Para el modo UTRA-TDD, se utiliza la técnica TD-CDMA (Time Division-CDMA), y para el modo UTRA-FDD se utiliza DS-CDMA (Direct Sequence-CDMA), muchas veces denominada WCDMA a secas. Con DS-CDMA, la señal se ensancha multiplicando directamente los datos en banda base por la secuencia de chips que compone los códigos. TD-CDMA es una técnica mixta TDMA/CDMA en la que la señal de los distintos usuarios se multiplica por un código pero no se transmite durante todo el tiempo que dure la conexión, sino únicamente en instantes de tiempo marcados por el sistema. En la figura siguiente podemos apreciar la diferencia.

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Fig. 1.14. TD-CDMA vs. WCDMA

1.3.3.1. Algunos conceptos WCDMA La utilización de esta nueva tecnología para el acceso radio de los sistemas 3G introduce una serie de variaciones respecto a GSM y de aspectos a tener en cuenta que presentaremos brevemente a lo largo de este apartado.

Ensanchado de la señal

WCDMA utiliza ensanchado por secuencia directa (DS-CDMA), en el cual el proceso de ensanchado se realiza multiplicando directamente la información en banda base por un código binario de alta tasa binaria (chip rate). Se define factor de ensanchado o Spreading Factor como la relación entre la velocidad de la señal resultante (UMTS = 3.84Mchips/s) y la tasa binaria de la señal en banda base. Los factores de ensanchado pueden variar entre 4 y 512 en UTRA-FDD.

La señales ensanchadas presentan una densidad espectral de potencia por debajo del nivel de ruido. En el trayecto de propagación, a la señal transmitida se le añade ruido, interferencias externas e interferencias provenientes de celdas del propio sistema.

En recepción se realiza la función inversa. El receptor aplica a la señal recibida (señal útil codificada + interferencias) el mismo código que se utilizó en transmisión, mediante un correlador. La señal que contiene información útil vuelve a su estado original (despreading) y pasa a través de un filtro pasobanda estrecho. Las señales no deseadas (ruido+señales codificadas de otros usuarios) no serán desensanchadas y tras pasar por el filtro quedan como un pequeño “ruido de fondo” sumado a la señal que nos interesa.

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Fig. 1.15. Codificación/decodificación de señales de usuario.

El principal problema de los sistemas CDMA es que éstos pueden extraer la información útil en el proceso de despreading hasta cierto límite en función del nivel de interferencia. Si el “ruido de fondo” tras la decodificación no es tan bajo en relación al nivel de señal útil obtenido, la calidad de la comunicación llega a degradarse por debajo del mínimo aceptable, y la red no es capaz de ofrecer ese servicio; es decir, la red pierde capacidad para atender a sus usuarios.

Fig. 1.16. Ensanchado/desensanchado WCDMA

Las implicaciones del procesado WCDMA para el diseño de estaciones que conforman la red es que debe prestarse especial atención al control de la interferencia intrasistema mediante una selección restrictiva de emplazamientos y de configuraciones de antena.

Códigos WCDMA

Como hemos visto, los códigos WCDMA no se usan para proporcionar seguridad en las llamadas, sino para permitir el acceso múltiple al interfaz radio constituyendo un modo unívoco de identificación de llamadas. Estos códigos deben cumplir ciertas propiedades: no deben estar correlados con otros códigos, o ser versiones retardadas unos de otros.

En realidad, la señal útil no se multiplica por un solo código. Podemos entender un código WCDMA como compuesto por la aplicación sucesiva de dos tipos de códigos, donde cada uno de ellos tiene una función específica: por un lado, se usan los códigos ortogonales para el ensanchado y canalización (channelisation codes). Por otro lado, los códigos de pseudo-ruido (scrambling codes) se usan para distinguir las diferentes estaciones o las diferentes comunicaciones y para detectar cada señal del multitrayecto (ver “Multitrayecto y Rake Receiver” en este apartado).

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Existe un tercer tipo de códigos, los códigos de sincronización, que no se utilizan para la transmisión de señales de usuario, sino que se transmiten a través de canales de control para permitir la sincronización del móvil con las celdas del sistema.

Los códigos ortogonales son códigos OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor), es decir son códigos ortogonales con factor de spreading variable. Según la velocidad deseada el código elegido tiene mayor o menor longitud.

En el uplink, para comunicaciones con velocidades altas se necesitan códigos de longitud corta. Los códigos se eligen dentro de un árbol de códigos, teniendo en cuenta que cada código no es ortogonal ni con sus padres ni con sus hijos. Esto implica que los usuarios que transmiten con mayor velocidad aumentan el ruido y además eliminan códigos utilizables. Es muy importante la sincronización porque si los códigos en transmisión y en recepción están desfasados entre sí, esto hace que pierdan sus propiedades de ortogonalidad, dificultando la decodificación y aumentando el ruido.

En el downlink estos códigos se utilizan para diferenciar los distintos canales que emite el Nodo B.

Los códigos de scrambling se generan mediante un registro de desplazamiento a un ritmo de 3,84 MHz. En los Nodos B este registro tiene una longitud de 18 bits, lo que da lugar a 218 posibles códigos. En los móviles la longitud del registro es de 24 bits teniendo 224 posibles códigos.

Los códigos de scrambling en el downlink se utilizan para diferenciar las celdas y en el uplink para diferenciar las comunicaciones (terminales de usuario).

Para los Nodos B se utilizan los 512 códigos de scrambling primarios, esto implica una planificación de códigos, ya que con 512 códigos no podremos darle un código diferente a cada celda de la red, es necesario reutilizarlos. Por cada uno de los 512 códigos primarios hay 16 secundarios que también se pueden utilizar pero teniendo en cuenta que aumentarán el ruido.

En los móviles es poco probable que nos quedemos cortos de códigos de scrambling ya que tenemos una mayor cantidad de posibles códigos y debido a la naturaleza del acceso radio, si se sobrepasase el límite la comunicación sería inviable debido al aumento de ruido.

En el móvil se tiene un código de scrambling primario y un código ortogonal de longitud n o varios códigos ortogonales de longitud 4 (Spreading Factor=4). La última opción se utiliza para tener más de un canal simultáneamente con el mismo móvil.

Synchronisation

Codes Channelisation Codes Scrambling Codes, UL Scrambling Codes,

DL

Type Gold Codes Orthogonal Variable Spreading Factor (OVSF) codes

Complex-Valued Gold Code Segments (long) or Complex-Valued S(2) Codes (short)

Complex-Valued Gold Code Segments

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Length 256 chips 4-512 chips 38400 chips 38400 chips /

256 chips

Duration 66.67 µs 1.04 µs -

133.34 µs

10 ms 10 ms / 66.67 µs

Number of codes

1 primary code / 16 secondary codes

= spreading factor

4 ... 256 UL,

4 ... 512 DL

16,777,216 512 primary / 15 secondary for each primary code

Spreading No, does not change bandwidth

Yes, increases bandwidth No, does not change bandwidth

No, does not change bandwidth

Usage To enable terminals to locate and synchronise to the cells' main control channels

UL: to separate physical data and control data from same terminal

DL: to separate connection to different terminals in a same cell

Separation of terminal Separation of sectors

Control de potencia

Las redes WCDMA son sistemas limitados por la interferencia que ellos mismos generan. Debido a que todos los usuarios transmiten a la misma frecuencia, la interferencia interna generada por el sistema es el factor más significativo a la hora de determinar la capacidad del sistema y la calidad del servicio.

La potencia de transmisión de cada usuario debe reducirse para limitar la interferencia global del sistema, sin embargo, esta potencia debe poder asegurar la relación Eb/Io (relación señal a ruido) requerida para una calidad satisfactoria en la llamada. La capacidad máxima se consigue cuando la relación Eb/Io de todos los usuarios se mantiene en el mínimo nivel que garantiza un comportamiento aceptable del interfaz aire. A medida que la estación móvil cambia de posición, el entorno RF varía debido a fenómenos como fading lento y rápido, interferencia externa, shadowing y otros factores.

El objetivo del control dinámico de potencia en UMTS es adaptarse a las condiciones cambiantes del entorno de propagación, fijando en el mínimo necesario la potencia transmitida, tanto en la estación base como en móvil, para que se mantenga la calidad de los enlaces bajo cualquier circunstancia. Otras de las ventajas que proporciona un control de potencia exhaustivo es la mayor duración de las baterías en los móviles y una vida más larga para los amplificadores de potencia de las estaciones

Cell Breathing o respiración celular

En redes WCDMA cada comunicación es ruido para el resto y por ello un aumento del número de comunicaciones conlleva un aumento del ruido global en la red.

Para que la señal se pueda recuperar en recepción es necesario que tengamos un límite inferior relación Energía de bit sobre interferencia (Eb/Io), por debajo de ese límite no podremos decodificar la señal. El Eb/Io disminuye al aumentar el ruido, (al aumentar el número

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de usuarios). Para solucionar este problema es necesario aumentar la potencia de transmisión en el móvil y así conseguimos aumentar la Eb/Io. Pero si debido al ruido todos los móviles aumentan su potencia de transmisión también aumentará el ruido y con ello volveríamos a la situación inicial y sería necesario aumentar la potencia de transmisión de nuevo.

Como el móvil tiene una potencia de transmisión máxima llega un momento en el cual no puede aumentar más y esto provoca que la comunicación no sea viable. Los móviles que se suelen quedar cortos en potencia de transmisión debido al aumento de ruido son los que se encuentran en el borde celular ya que requieren más potencia para comunicarse con el Nodo B. Esto implica que la cobertura celular se reduce debido al aumento de número de usuarios (que son ruido), porque aún emitiendo con la suficiente potencia para que la estación sea escuchada por usuarios al borde de la célula, la interferencia impide que esta señal sea “entendida” y por lo tanto, no se les puede dar servicio. Esto es a lo que se denomina respiración celular o cell breathing. Una celda WCDMA no tiene un radio de cobertura fijo como ocurre en GSM, sino que la celda presenta un mayor o menor radio de cobertura en función de las comunicaciones que se estén cursando en ella. Para controlar este efecto es necesario controlar la potencia de transmisión y el número de usuarios conectados a la misma estación, porque si no se hiciera esto podría llegarse a situaciones de inestabilidad con estaciones con cobertura nula.

Handover El handover o traspaso de célula ocurre cuando una llamada ha de pasarse de una celda a otra a medida que el usuario se mueve entre ellas. En un hard handover tradicional (traspaso a una célula con distinta frecuencia), la conexión con la celda que abandonamos se cierra, e inmediatamente se inicia una conexión con la nueva celda. Este es el caso del break-before-make handover.

Dado que en WCDMA todas las celdas utilizan la misma frecuencia, es posible realizar la conexión con la nueva celda antes de dejar la actual, es decir, efectuar un make-before-break handover. Los soft handovers requieren menos potencia, lo cual reduce la interferencia en el sistema y aumenta la capacidad. Un terminal en soft andover está recibiendo señal de dos o más celdas, y puede utilizar estas señales para reforzar la calidad de la señal recibida; no hay que olvidar que las zonas de soft handover son generalmente los extremos de las celdas donde el nivel de señal recibido por un móviles peor. Este fenómeno se denomina macrodiversidad y produce una ganancia en la potencia de recepción.

Cuando el traspaso de células se produce entre dos sectores de la misma estación recibe el nombre de softer-handover.

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Fig. 1.17. Soft Handover de 3 estaciones

Multitrayecto y Receptores Rake

Una de las principales ventajas de los sistemas CDMA es su capacidad para usar las réplicas de una misma señal que llegan con distintos retardos temporales al receptor. Este fenómeno se llama multipath o multitrayecto. Los sistemas FDMA y TDMA, que son sistemas de banda estrecha, no pueden discriminar entre las distintas versiones retardadas de una señal y necesitan de un ecualizador para mitigar los efectos negativos del multipath. Pero debido al gran ancho de banda de WCDMA y a los receptores Rake, se reciben las señales multitrayecto y en lugar de desecharlas, éstas son combinadas para obtener una señal incluso más fuerte en el receptor. Tanto las estaciones base como los terminales móviles WCDMA utilizan los Rake Receivers, que consisten esencialmente en un conjunto de receptores individuales, llamados ramas o fingers. Una de estas ramas se encarga de buscar continuamente los diferentes multitrayectos de la señal y envía esta información a las 3 ramas restantes. Cada rama demodula su señal multitrayecto correspondiente y las resultantes se combinan para obtener una mejor caIidad en recepción. Esto es lo que se denomina microdiversidad.

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1.3.4. Arquitectura de Red UMTS-UTRAN.

Cada uno de los sistemas 3G existentes, se diseñó con la idea de facilitar a los operadores 2G la transición a estas nuevas redes y reducir al máximo los costes de actualización de la red. Para ello, en UMTS se intenta aprovechar al máximo la infraestructura existente GSM-GPRS, fundamentalmente en lo relativo a la red de conmutación, y sólo la parte correspondiente a radio, formada por el conjunto de estaciones base y de controladores de estación, debe cambiar puesto que la tecnología de acceso empleada en el interfaz aire (WCDMA) es totalmente distinta al esquema TDMA/FDMA de GSM.

Core Network

UTRAN

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Fig. 1.18. Arquitectura UMTS, segmento terrestre UTRA

Una red UMTS contiene tres dominios relacionado entre sí: la red troncal o Core Network (CN), la red terrestre de acceso radio (UTRAN) y el equipo de usuario (UE, User Equipment). La principal función del core es proporcionar los servicios de conmutación, encaminamiento y tránsito al tráfico de usuario. Esta red troncal también incluye las bases de datos de equipos y ususarios y realiza funciones de gestión de red (OMC).

La arquitectura básica del core network para UMTS está basada en la red estándar GSM en la que se iha incluido el servicio GPRS. Todos los equipos de un operador GSM+GPRS deberán ser actualizados para operar en UMTS y proporcionar sus servicios, pero no tienen que ser reemplazados.

En la red de acceso radio, las cosas son distintas. La UTRAN debe proporcionar acceso al interfaz aire a los equipos de usuario, que como sabemos, ahora se rige por WCDMA. Las nuevas estaciones base UMTS se llaman Nodos-B y los equipos de control de las estaciones son las Radio Network Controllers o RNCs.

En cuanto a la jerarquía de áreas UMTS, necesaria para la localización del usuario tenemos, de mayor a menor extensión:

• Sistemas UMTS (incluyendo segmento satelitar)

• Public Land Mobile Network (PLMN)

• MSC/VLR o SGSN

• Location Area

• Routing Area (dominio PS, conmutación de paquetes o Packet Switched)

• UTRAN Registration Area (dominio PS)

• Celda

• Subcelda

Core Network

Se divide en los dominios Circuit Switched y Packet Switched. Los elementos del dominio CS son las MSC (Mobile services Switching Centre), junto con sus VLRs (Visitor Lcation Reister) y las Gateway MSC. Los elementos del dominio PS son los Serving GPRS Support Node (SGSN) and los Gateway GPRS Support Node (GGSN). Algunos elementos de red tales como EIR, HLR and AUC, son compartidos por los dos dominios.

Se ha definido el uso del modo de transferencia asíncrono (ATM) para la transmisión del core UMTS. La capa de adaptación ATM de tipo 2 (AAL2) maneja las conexiones CS y el protocolo de conexión de paquetes AAL5 se ha diseñado para la entrega de datos.

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Acceso Radio

Las funciones de un nodo B son:

• Transmisión /recepción por el interfaz Aire

• Modulación / Demodulación QPSK

• Codificación de canal físico CDMA

• Microdiversidad

• Manejo de errores

• Control de potencia de bucle cerrado (Closed loop)

Las funciones de la RNC son:

• Control de los recursos radio

• Control de admisión

• Asignación de canales

• Ajuste de parámetros del control de potencia

• Control del handover

• Macrodiversity

• Cifrado

• Segmentación y reensamblado

• Señalización Broadcast

• Control de potencia de bucle abierto (Open Loop)

Equipo de Usuario, UE

El estándar UMTS no restringe las funcionalidades del equipo de usuario en ninguna manera. Los terminales trabajan como contrapartida en el interfaz aire a los Nodos-B. Una característica importante es que se reduce en UMTS la potencia de transmisión para terminales móviles.

Los terminales UMTS tienen tres modos de operación:

1. Modo PS/CS: El móvil está cobnectado tanto al dominio PS como al CS, y es capaz de operar simultáneamente con los dos tipos de servicios.

2. Modo PS : El móvil únicamente está conecatdo al dominio PS y sólo puede obtener servicios de conmutación de paquetes. Sin embargo, esto no impide que algunos servicios tipo CS puedan ser ofrecidos a través del dominio PS (por ejemplo, VoIP).

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3. Modo CS: El móvil se conecta al dominio CS y sólo puede operar con servicios de este tipo.

1.3.5. Servicios UMTS.

Los servicios multimedia son muy heterogéneos por lo que a requisitos de la red de comunicaciones se refiere. Aplicaciones con un elevado grado de interactividad (como la videoconferencia y los servicios vocales) requieren que el retraso en la transmisión sea el mínimo y constante posible mientras que otras aplicaciones (como el correo electrónico) no imponen requisitos estrictos sobre el retraso en la red.

UMTS ofrece teleservicios (tales como voz y SMS) y servicios portadores, que proporcionan capacidad para la transferencia de datos entre puntos de acceso. Es posible negociar y renegociar las carcaterísticas de un servicio portador durante el establecimiento de la sesión o conexión, y también en el transcurso de la misma. Tanto los servicios orientados como los no orientados a la conexión están disponibles en comunicaciones Punto-a-Punto y Punto-a-Multipunto.

Los servicios portadores presentan distintos parámetros QoS para el retardo máximo de la transfererencia, la variación del retardo y la tasa de bits erróneos. Las velocidades objetivo ofrecidas son:

• 144 kbits/s para comunicaciones vía satélite y outdoor rural.

• 384 kbits/s para outdoor urbano.

• 2048 kbits/s para indoor y outdoor de escaso rango.

Los servicios de red UMTS presentan distintas clases de QoS para estos cuatro tipos de tráfico:

• Clase conversacional (voz, videotelefonía, videojuegos)

• Clase streaming (multimedia, vídeo bajo demanda, webcast)

• Clase interactiva (web browsing, juegos en red, acceso a bases de datos)

• Clase Background (email, SMS, downloading)

UMTS también dispondrá de un entorno Virtual Home Environment (VHE). Este es un concepto sobre la portabilidad de los entornos personales de servicio a lo largo de las fronteras entre redes y entre distintos terminales. Un entorno personal de servicio significa que los usuarios estarán caracterizados de forma consistente con las mismas propiedades y perfiles de acceso: implica el funcionamiento del interfaz de usuario y de sus servicios asociados en cualquier red o terminal, y donde quiera que el usuario esté ubicado. UMTS también ha mejorado los servicios de seguridad en red y los servicios basados en la localización.

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MÓDULO DE INTRODUCCIÓN CAPÍTULO 2. Áreas de la Planificación de Red

2. ÁREAS DE LA PLANIFICACIÓN DE RED. En el despliegue de una red celular de telefonía móvil, sea de 2ª o 3ª generación, hay una serie de áreas separadas que en su conjunto se denominan Planificación de Red, y que presentamos en la siguiente tabla:

Área de planificación GSM UMTS

Planificación Radio o RF Parte muy importante para dar cobertura. Parte muy importante para cobertura y capacidad (control de interferecias).

Planificación de Frecuencias

Parte muy importante, afecta directamente a la calidad de la comunicación.

En la práctica, sin importancia. Se utiliza para jerarquías celulares.

Planificación de LAC & CI Bastante esencial, especialmente en redes de alta capacidad.

Muy importante.

Planificación de la transmisión

Muy importante aunque bastante automática. Muy importante, más complicada que en GSM.

Planificación de la Capacidad.

Relativamente simple, debido a la naturaleza de la comunicación radio.

Muy complicada. Gran varieddad de servicios y velocidades.

Cada una de estas áreas implica actividades que se llevan a cabo en distintas fases del despliegue y por distintos departamentos:

Al inicio de un despliegue sólo intervienen tres de las áreas: planificación radio, planificación de la capacidad y planificación de la transmisión. Cuando la red está finalizada, o completada alguna de sus fases, entra en juego la planificación de frecuencias y de áreas de localización, llevada a cabo, generalmente por los mismos planificadores radio que hicieron el diseño. Posteriormente, la red entra en una fase de optimización o de mejora de la calidad, e involucra varias áreas: la optimización del plan de frecuencias, optimización del plan de LACs y CIs, optimización de la capacidad y adición de nuevos emplazamientos en aquellas zonas en las que se aprecien huecos de cobertura (planificación radio). Generalmente, parte de los ingenieros de planificación radio del operador pasan a formar parte de su grupo de optimización. En el caso del suministrador, éste participaría en todas las áreas de la planificación comprendidas entre el diseño y el despliegue de la red, pero es bastante improbable que el operador para el que ha diseñado la red le permita optimizarla puesto que en este punto se manejan algunos parámetros internos, confidenciales y estratégicos. La figura 2.1. muestra las distintas fases, actividades y agentes de un despliegue.

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ETS

FIJACIÓN DE OBJETIVOS POR MARKETING

CÁLCULO DE LINK BUDG

DISEÑO PLANES NOMINALES RF

DISEÑO PLANES NOMINALES TX

ELECCIÓN DE CANDIDATOS RF + REPLANTEOS

ELECCIÓN DE CANDIDATOS TX + REPLANTEOS

CÁLCULOS DE CAPACIDAD

PLANIFICACIÓN FRECUENCIAS

PLANIFICACIÓN LACS, CIS

ADICIÓN DE NUEVOS SITIOS/ CAPAS

OPTIMIZACIÓN PLAN DE

FRECUENCIAS

OPTIMIZACIÓN LACS & CIS

OPTIMIZACIÓN

CAPACIDAD

DISEÑO OPTIMIZACIÓN DESPLIEGUE

2-3 meses 1-3 años Tiempo de duración de la red

OPTIMIZACIÓN DE LA TX

INGENIEROS RADIO

INGENIEROS TRANSMISIÓN

INGENIEROS OPTIMIZACIÓN

Figura 2.1. Actividades, fases y agentes de la planificación de red.

En este capítulo, describiremos brevemente en qué consiste cada una de las áreas de la planiificación de una red móvil.

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2.1. Planificación Radio o RF

La planificación radio (RF), consiste en el diseño del mallado de estaciones que conforman la red de acceso radio, desde el trazado de los planes nominales hasta la consecución y elección de la configuración de todos los sitios que forman la red. La planificación radio es el tema central de este documento por lo que será tratado con mucho más detalle en el siguiente módulo.

Básicamente, la diferencia a la hora de planificar los emplazamientos de una red GSM o de una red UMTS radica en los cálculos previos al diseño del plan nominal, es decir, en los cálculos de los balances de enlace o link budgets, que son totalmente distintos en un caso que en otro, dando también resultados diferentes.

Veremos cómo para GSM se obtiene diversos valores de distancia media entre emplazamientos en función de las características del entorno que estemos planificando, mientras que para UMTS, las distancias medias entre emplazamientos dependerán no sólo del entorno, sino también del servicio que se pretenda proporcionar en cada área, y que suele ser una decisión estratégica del operador (marketing).

Una vez se obtengan los datos de distancia inter-site, el modo de proceder será muy parecido en GSM y en UMTS. Aquí es donde empieza el trabajo de “campo”, realizado en el exterior de la oficina. Estas son algunas de las diferencias que consideraremos:

• Los planes nominales, o diseño teórico de la red, se trazarán de modo parecido, respetando las distancias entre emplazamientos dictadas por uno u otro caso.

• La selección de candidatos implica la elección de aquellos edificios desde los cuales se pueda cubrir el área correspondiente a cada emplazamiento, según se diseñó en el plan nominal. Estas áreas son mayores en GSM 900 (por lo que los edificios, en general, podrán ser más altos para este sistema), menores en UMTS 144 Kbps, y más pequeñas todavía en DCS 1800.

Pese a esto, veremos que es una práctica muy habitual el cositting, o coexistencia de varios sistemas del mismo o de distintos operadores en un mismo emplazamiento, por lo que trazar un rango de alturas válidas para candidatos de uno u otro sistema no es realista: al final se trabaja con los mismos o parecidos emplazamientos.

• En UMTS se hace especial hincapié en la contención de la interferencia, dado que se trata de un sistema en el que todas las celdas utilizan la misma frecuencia (al menos en una misma capa jerárquica) y por tanto, su capacidad está limitada por la interferencia generada dentro de la propia red. Esta es la razón por la que es posible que edificios considerados válidos para GSM o DCS, con uno o varios sectores en los que la visibilidad sea muy elevada, podrían quedar descartados para UMTS.

Desde luego, edificios de estas características, de visibilidad mucho mayor que su área teórica de cobertura, no son convenientes en ninguna de las tres redes. Pero si no existen alternativas posibles, se pueden llegar a admitir para GSM/DCS (a cambio de un control férreo del sitio en fase de optimización, con un plan de frecuencias y una asignación de potencia máxima adecuadas). En UMTS, teóricamente, resulta más

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peligroso incluir sitios excesivamente altos en la red, aunque las consecuencias reales están aún por ver.

En resumen, la planificación radio de sistemas GSM/DCS y UMTS se diferencia básicamente en los cálculos inciales para el diseño del plan nominal. El resto de actividades de campo son exactamente iguales, con la única salvedad de que quizá haya que ser un poco más cuidadosos en UMTS por el control de la interferencia, eligiendo sitios no demasiado altos. En la práctica, esta diferencia es muy sutil, y los emplazamientos con estaciones base de los tres tipos de redes resultan ser de características muy similares, sino los mismos.

Así pues, el segundo módulo de este documento distingue abiertamente entre GSM y UMTS en la parte correspondiente a cálculos, pero no lo hace en los capítulos posteriores, diseño de planes nominales y despliegue, por las razones que acabamos de explicar.

2.2. Planificación de Frecuencias

Como sabemos, la porción de espectro disponible para uso de GSM es limitada y por ello debe ser usada lo más eficientemente posible. Dado que hay un número de portadoras limitado, el operador debe usarlas repetidamente y el objetivo de la planificación de frecuencias es el de crear y mantener una distribución adecuada de uso de estas frecuencias para que las mismas portadoras no estén repetidas demasiado cerca ni demasiadas veces.

La planificación de frecuencias en un sistema GSM representa una de las bases más importantes para el comportamiento óptimo de la red, ya que es la causante de que, partiendo de un escenario de niveles de cobertura aceptables, la calidad del sistema se establezca sobre cierto umbral. Puede hacer variar considerablemente los niveles y porcentajes de llamadas caídas por causas de RF en una red, porcentajes de handovers fallidos, etc.

Veámos brevemente los conceptos más utilizados en esta área de la planificación.

Fig. 2.2. Reutilización de frecuencias

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Un canal radio utilizado en el área de cobertura geográfica de una determinada celda GSM puede volver a utilizarse en otra celda a una distancia determinada D. El factor C/I es un parámetro de diseño que limita el sistema, en cuanto a calidad se refiere, ya que es la interferencia la que por un lado va a limitar la cobertura útil de las celdas o por otro la capacidad de las mismas.

Siendo R el radio de cobertura de una celda se define la eficiencia de reutilización como D/R. El principal problema que presenta la reutilización de frecuencias es la interferencia cocanal, que puede alcanzar niveles tan elevados que lleguen a inutilizar el canal reusado si el sistema no se ha diseñado adecuadamente. Así pues la asignación espectral total de la red se dividirá en k grupos de n frecuencias reutilizables. A la creación de estos grupos de canales es a lo que se llama patrón de reuso (patrón k/n), k es el factor de reuso y el conjunto de las k células en las que no se repite ninguna portadora se denomina cluster.

Geométricamente se sabe que la distancia de reutilización es D =R*(3k)1/2. Si el número de celdas por cluster aumenta, aumentará la distancia de reutilización D, y se reducirá la interferencia cocanal, pero de este modo el número máximo de canales a utilizar en una misma celda n/k se reduce de manera que la capacidad del sistema disminuye. En GSM y como regla general, podemos decir que cuanto menor sea el valor del factor de reutilización de frecuencias k, mayor será la capacidad de la red. Pero factores de reuso pequeños aumentan el nivel de interferencia en el sistema, lo cual empeora la calidad de la llamada. La conclusión es que se debe llegar a un compromiso entre la calidad y la capacidad del sistema, y la planificación de frecuencias trata de alcanzar esta situación óptima.

Para establecer el plan de frecuencias, se deben seguir los siguientes pasos:

• Determinar un patrón de reuso válido: Cada célula, independientemente del patrón usado, presenta un total de 6 celdas vecinas cocanal dentro de la primera capa de celdas interferentes. Geométricamente por cada patrón se puede relacionar la eficiencia de reutilización D/R con el valor de portadora sobre interferencia C/I en el extremo de cada célula:

C/I = C / (Σ6

m=1 (Im)) = R-γ / 6 D-γ = 1/6 * (D/R) γ

Im: interferencia de cada una de las 6 vecinas cocanal, situadas a una distancia D.

γ: exponente de la atenuación de la señal con la distancia (=4 en teoría de tierra plana)

D/R = (6 *(C/I)) 1/γ

Los valores mínimos recomendados en GSM son C/Ic=12 dB, C/Ia=9 dB, sin embargo, en un sistema real se introducen 3 dB de protección, por lo que se suele trabajar con 15 y 12 dB respectivamente. De aquí se obtiene el k mínimo para GSM. Por ejemplo, para interferencias cocanal:

D/R = (3k)1/2 D/R = 3,71

• Unalt

C/Ic=15 dB
γ =4
aspecto muy importante a tener en cuenta es la distinta conura y diagrama de radiación del sistema radiante y downtilt del m

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k = 4,58 → 5

figuración en potencia, ismo en cada estación


base. De este modo el área de cobertura, y por tanto el radio de la celda, diferirá de unas celdas a otras. Así pues en la práctica, y si el espectro disponible lo permite, se suelen utilizar patrones de reuso mínimos de 7 y 8 grupos de celdas.

• El siguiente paso será dividir el espectro disponible en k grupos de n frecuencias. Para crear la tabla de frecuencias que defina el patrón de reuso sólo resta tener en cuenta los siguientes elementos:

Productos de Intermodulación: A la hora de crear el modelo de canales bajo un patrón de reuso, debe tenerse en cuenta que la agrupación de dichos canales no produzca, principalmente en la banda de recepción GSM, debido a la gran diferencia entre las potencias de transmisión y recepción, productos de intermodulación. Las frecuencias de un mismo grupo deben poder asignarse por completo en una misma celda y/o emplazamiento, puesto que al generar la tabla correspondiente ya se habrán tenido en cuenta el modo de evitar este tipo de problemas.

Configuración de la estación base: La agrupación de frecuencias que genera el patrón de reuso se realizará conforme a la configuración de los emplazamientos del sistema, de modo que para celdas omnidireccionales se llevarán a cabo agrupaciones diferentes al caso de estaciones sectoriales, o microceldas, etc.

Por ejemplo, con sites omnidireccionales agrupados en clusters de 12 celdas y contando el operador con los canales 1-28,40-65 tendríamos que fijarnos en lo siguiente:

L K

J

I

HG

ACE D

F B

L KI

CE D

F B

L K

J

I

HG

ACE D

F B

L KH

I

HACE D

A

F B

L K

J

I

HG

ACE D

F B

L G

K

J

I

HG

ACE J

D

F B

L G

K

J

I

HG

ACE J

D

F B

• No pueden tener canales adyacentes las celdas contiguas.

• Como podemos observar los grupos A y L son contiguos, por lo que se reservan los canales 13-26-50-63 para otras celdas que tengan bastante tráfico.

• Estas celdas tampoco pueden ser elegidas aleatoriamente, sino que tienen ciertas restricciones. Como no pueden estar en celdas adyacentes a las A y a las L, sólo pueden asignarse a celdas B y K.

Fig. 2.3. Cluster de 12 celdas.

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Una posible tabla de asignación de frecuencias sería:

A B C D E F G H I J K L

BCCH 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

TCH 14

27

51

64

15

28

52

65

50

63

16

40

53

17

41

54

18

42

55

19

43

56

20

44

57

21

45

58

22

46

59

23

47

60

24

48

61

13

26

25

49

62

En los casos de sites sectoriales la tabla se complicaría más porque hay que tratar sector por sector.

• El último paso es revisar sitio por sitio la asignación ayudándonos de la herramienta de planificación para, una vez generado el plan de frecuencias, realizar simulaciones a través de las cuales se obtendrán zonas posibles de interferencia que el planificador debe sopesar, y sacar conclusiones sobre la gravedad de las mismas o la necesidad de modificación del plan.

Además, en las redes GSM se suele activar el salto de frecuencia o "frecuency hopping". A cada sector se le asigna un grupo de portadoras y durante la comunicación del móvil con una misma BTS se va cambiando de frecuencia según un patrón determinado. Sirve para mejorar la calidad porque al no utilizar la misma frecuencia durante la comunicación si se produce un desvanecimiento en alguna de las frecuencias afectará durante menos tiempo a la comunicación.

Para UMTS, sin embargo, podemos asumir que el factor de reutilización de frecuencias en la red de acceso radio es 1; es decir, todas las células utilizan la misma frecuencia. Esto repercute notablemente en la planificación de la red, dado que los conceptos son completamente diferentes que en el caso de GSM.

En realidad UMTS contempla la posibilidad de trabajar con 3 portadoras de 5 MHz, pero en este caso, el uso cada nueva portadora está asociado a la planificación de una nueva capa jerárquica, y no a la reutilización celular de frecuencias. En España, cada operador UMTS tendrá asignadas 3 portadoras, permitiéndoles planificar jerarquías celulares cuando la red necesite un aumento de capacidad. La planificación de frecuencias es pues, un factor de menor importancia en una red UMTS.

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2.3. Planificación de LACs y CIs

La planificación de los Códigos de Áreas de Localización/Registro (LACs) y de los Identificadores de Celda (Cell IDs, CIs) es una parte muy importante de sistemas WCDMA.

CI: 1 Scrambling Code 256 Channelisation Codes.

Location Area: 512 Cell IDs máx.

Figura 2.4. Áreas de Localización/ Celdas WCDMA

Normalmente, cada celda tiene un código scrambling en dirección downlink que, en la práctica, actúa como Cell ID. En total hay 512 códigos por lo que, y a diferencia de GSM, la cantidad de Cell IDs disponibles está relativamente limitada. Debido a que el escenario de acceso múltiple se basa en estos códigos debe existir una forma “organizada” para que el móvil los escuche. En la práctica, un móvil no debería poder escuchar el mismo código de dos células distintas. De aquí se deduce que los Cell IDs deben ser planificados de un modo parecido a las frecuencias en GSM. En otras palabras, mientras que la tecnología GSM presenta patrones de reuso frecuencial, la tecnología WCDMA tiene patrones de reuso de Cell IDs.

Por otra parte, para lograr una red completamente funcional debe existir un modo de identificar una celda unívocamente, pero ya vemos que el número de Cell IDs es limitado. Esto puede lograrse mediante la combinación de Location/Registration Area ID y Cell ID. Deducimos que el máximo tamaño de un área de localización es de 512 celdas.

Así pues, el WCDMA de algún modo relaciona la gestión de los recursos radio con la gestión de la movilidad: los valores de Cell IDs tienen un papel significativo en ambos niveles de gestión.

2.4. Planificación de la Transmisión Es una parte muy importante tanto en GSM como en UMTS, aunque en WCDMA sea bastante más complicada, debido a que hay muchos tipos de tráfico que van a distintas velocidades.

El término transmisión se refiere a la planificación de la conexión de las estaciones base, tanto GSM o UMTS (llamadas Nodos B), con los equipos que las controlan. En GSM estos equipos se denominan BSC (Base Station Controller) y en UMTS se denominan RNC (Radio Network

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Controller). Los controladores de las estaciones base toman muchas decisiones por ellas, como la asignación de canales, los traspasos, etc. Existen diferencias entre las BSCs y las RNCs, debido a las diferencias entre las dos redes, por ejemplo las RNCs tienen que estar unidos entre sí mediante un enlace (interfaz Iur, necesario para el soft handover) y las BSCs no.

Una misma RNC o BSC controla a muchas estaciones base, la cantidad depende de la capacidad del nodo para cursar tráfico, y del número máximo de estaciones que sea capaz de controlar.

Los enlaces entre estaciones base y BSCs o RNCs se pueden realizar mediante radioenlaces o líneas alquiladas. Se suelen utilizar los radioenlaces porque con ellos no es necesario alquilar los enlaces y por lo tanto son más baratos. Los radioenlaces necesitan línea de vista, debido a la cantidad de estaciones que controla una BSC-RNC muchas veces esto no es posible y se utilizan puntos de interconexión que sirven de enlace intermedio entre estaciones y BSC-RNC. Los puntos de interconexión pueden ser de primer o segundo orden y suelen compartir emplazamiento con alguna estación base.

También se utilizan ciertas topologías de conexión entre estaciones base y RNC-BSC para aprovechar la capacidad de los enlaces y para conseguir línea de vista con todas las estaciones. Las topologías utilizadas son:

- En estrella. En esta topología todas las estaciones tienen línea de vista con su controlador. No es habitual emplearla porque se están desaprovechando recursos, ya que los enlaces no se comparten. Además esta configuración provoca mucha interferencia y una mala utilización de la banda asignada.

- En cascada. Las estaciones base tienen enlaces con otras estaciones base hasta llegar al controlador. Esta topología es la más utilizada, pero existe un límite de estaciones que se pueden conectar en cascada. Si superamos el límite de estaciones conectadas en cascada el enlace podría llegar a ser inviable debido a que podríamos sobrepasar el límite de indisponibilidad. Además en UMTS tenemos que cursar tráfico en tiempo real y si tenemos demasiadas estaciones en cascada podemos ocasionar problemas de retardo. El problema de esta topología es que si falla un radioenlace tendremos problemas en más de una estación base.

- En anillo. Las estaciones se conectan con el controlador formando un anillo.

Para diseñar un radioenlace es necesario caracterizar los equipos y determinar ciertos parámetros para poder calcular la indisponibilidad y la calidad y con ellas asegurar la viabilidad del radioenlace. Para que un radioenlace sea viable la indisponibilidad y la calidad no deben superar unos valores establecidos, por ejemplo los que fija la UIT-R para ISDN.

Para este tipo de radioenlaces se suele utilizar frecuencias comprendidas en la banda: 6-40 GHz. El gobierno asigna a cada operador las frecuencias que puede emplear para este fin. El operador utiliza las frecuencias más altas de las que le han sido asignadas para vanos cortos y las más bajas para vanos más largos. Esto es debido a que cuanto más alta es la frecuencia mayores son las pérdidas, si se utilizan frecuencias bajas para vanos cortos podemos llegar al otro extremo del radioenlace con demasiada potencia y causar problemas en los equipos además de aumentar la interferencia. Para evitar el problema de las interferencias en los vanos cortos de zonas urbanas se minimiza la potencia en transmisión.

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Para planificar la transmisión se necesita saber la frecuencia que se va a utilizar, el diámetro y ganancia de las antenas, la potencia de transmisión, la sensibilidad del receptor, MTBF (Mean Time Between Failures) y la capacidad del enlace.

En GSM el sistema se basa en conexiones end-to-end por conmutación de circuitos y por tanto, un canal siempre ocupa un canal independientemente de la tasa de bits empleada. Dentro del subsistema BSS de GSM el canal es de 16kb/s y en el interfaz A el bit rate es de 64kb/s. Otra cuestión es que no hay equipos de concentración dentro del BSS (o al menos, no debería). Es decir, los equipos deben tener la misma cantidad de canales entrantes que salientes porque el propio interfaz Aire en GSM ya concentra el tráfico. El tráfico GSM se multiplexa por medio de PDH.

En WCDMA, la inclusión de conmutación de paquetes hace las cosas más difíciles desde el punto de vista de transmisión. La capacidad del interfaz aire no es fija y depende fuertemente de la naturaleza del tráfico. Debido a la naturaleza cambiante del interfaz Aire una transmisión del tipo “fixed-like-rate” como la anterior no es adecuada para las necesidades de WCDMA.

En WCDMA la transmisión elegida se basa en ATM (Asynchronous Transfer Mode). ATM es muy útil si se usa en conexiones muy cargadas tales como bucles conteniendo varias estaciones base y con la RNC como loop master. En este tipo de casos, el nivel físico (caso óptimo) podría ser un sistema de transmisión basado en SDH (Synchronic Digital Hierarchy). En un futuro no muy lejano se espera utilizar IP en vez de ATM.

Puesto que tanto ATM como SDH son sistemas por sí mismos, necesitan incluir una parte de información propia para sus funciones (cabeceras, etc.). Por eso, desde el punto de vista de la planificación de transmisión, un aspecto interesante es la cantidad de bits extra incluidos en el flujo de datos y cómo estos bits afectan el dimensionamiento de la red. Siempre debería haber en cualquier caso suficiente capacidad de transmisión para igualar la capacidad del interfaz Aire WCDMA.

2.5. Planificación de la capacidad

En cualquier red celular, las estaciones deben poder cursar la cantidad de tráfico ofrecido dentro del área de servicio que les corresponda, es decir, dentro de su área de cobertura. Para ello, durante el diseño de los planes nominales, es necesario hacer cálculos de capacidad, paralelos a los cálculos de cobertura, que ofrezcan como resultado el área máxima que cada uno de ellos puede cubrir, no debido a la atenuación de la señal, sino porque esta área incluye el número de usuarios a los que físicamente podrá servir con el total de sus recursos. Si se diseñan mal estas áreas, la superficie a cubrir podría incluir más usuarios de los que el equipo es capaz de soportar y acabaría saturándose.

Realmente los cálculos de capacidad no se llevan al límite como se ha dicho antes, es decir, no se trata de definir las áreas máximas tales que superadas estas áreas, la red se satura. Lo que se suele hacer es trabajar con una o varias configuraciones estándar de estaciones base en cuanto a capacidad (configuración rural, configuración urbana, densa urbana, etc). Con tales estaciones, dotadas de la capacidad estándar establecida para cada entorno, se hacen los cálculos del área que serán capaces de cubrir, de modo que a medida que la red vaya ganando usuarios, la estación pueda ser ampliada con nuevos recursos de capacidad. Si los cálculos iniciales se hicieran considerando estaciones con la máxima capacidad permitida por

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su fabricante, en un año la red inicial se colapsaría en las ciudades, y la solución sería construir más sites, en lugar de añadir nuevas tarjetas a los equipos ya existentes.

Las configuraciones estándar se utilizan para definir distancias inter-site teóricas relativas a capacidad en cada tipo de entorno. Durante el despliegue, estas configuraciones pueden ser modificadas de acuerdo a su ubicación, área de cobertura real y al tráfico de pico previsto en esa zona (no olvidemos que la capacidad es un recurso muy caro y tampoco es cuestión de sobredimensionar las estaciones). Si se detectan problemas de saturación en una estación, se le añaden nuevas tarjetas, o dependiendo del caso se acude a otro tipo de soluciones como la utilización de otra capa jerárquica de la red instalando micro o picoceldas en la zona afectada.

Los apartados 4.2 y 4.3. muestran los cálculos de capacidad necesarios en GSM y UMTS respectivamente durante el diseño de los planes nominales, por lo que ahora no entraremos a explicarlos con mucho detalle. Simplemente señalaremos lo siguiente:

En GSM los cálculos de capacidad son relativamente sencillos, debido a que el canal de tráfico consume una cantidad constante de recursos del interfaz Aire, y por lo tanto, se puede usar la fórmula Erlang-B para el cálculo de los canales necesarios con estos datos de entrada: tráfico previsto y probabilidad de bloqueo. La probabilidad de bloqueo la fija el operador, y suele ser del 2%, y el tráfico previsto es un dato de marketing. Cuando se crea una red GSM partiendo de cero, la capacidad no suele ser un factor que limite el radio de las células. En las siguientes fases, despliegue y optimización, es donde tiene más sentido dimensionar las estaciones base y dotarlas de capacidad suficiente para cursar el tráfico bajo su área de influencia.

Los cálculos de capacidad para una celda WCDMA no son un asunto tan sencillo como en GSM. La cobertura y la capacidad están estrechamente ligadas cuando se habla de WCDMA y se deben tener en cuenta ambas, junto con el tráfico mixto de servicio múltiple, a la hora de diseñar planes nominales y dimensionar los Nodos B.

En primer lugar, WCDMA es una técnica limitada por el ruido. Conforme aumenta el número de usuarios, éstos deben acercarse más a la estación (cell breathing) o deben aumentar la potencia de emisión. Sin embargo, al aumentar su potencia, el ruido sigue aumentando en la red por lo que es necesario un control riguroso de la potencia de emisión. Se puede aumentar la potencia hasta cierto límite; a partir de ese límite la red proporcionará servicios a distancias más cortas de la estación. El aumento del ruido debe por tanto, tenerse en cuenta a la hora de calcular los radios de cobertura de las estaciones para adoptar el radio que resulte más restrictivo en función de cada servicio.

Por otro lado, a la hora de procesar el tráfico previsto ha de considerarse su naturaleza multiservicio. Existe una serie de servicios de soporte nomalizados, cuya calidad se mide por una serie de parámetros como la demora máxima y el porcentaje de errores en los datos :

• Caudal múltiple adaptado (AMR) conversación (4,75 a 12,2 kbits/s) – 12,2 kbits en conmutación de circuitos.

• 64 Kbit/s en tiempo real (conmutación de circuitos) - 64 Kbit/s en tiempo diferido (conmutación de paquetes).

• 128 Kbit/s en tiempo real y 144 Kbit/s en tiempo real (conmutación de circuitos) – 144 Kbit/s en tiempo diferido (conmutación de paquetes).

• 384 Kbit/S en tiempo real (conmutación de circuitos) – 384 Kbit/s en tiempo diferido (conmutación de paquetes).

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De ahí la necesidad de un modelo de tráfico de servicio múltiple que actúe como entrada al proceso de planificación. Es el departamento de marketing quién proporciona los mapas de tráfico previsto a uno o dos años de vida del operador.. Estos mapas contendrán la densidad de abonados por subzona (por ejemplo, 500 abonados por Km2) y el perfil de estos abonados (movilidad, servicios a los que accederán, frecuencia de acceso, etc).

A grandes rasgos, la forma en que los cálculos de capacidad influyen en el diseño del plan nominal de una red WCDMA (limitando la distancia a la que se deben colocar dos estaciones vecinas) se describe en el siguiente análisis del enlace ascendente:

1. Escoger una portadora típica de celda para obtener una primera aproximación del área teórica de cobertura de la misma, basándose en nivel de señal recibido.

2. Estimar el tráfico medio captado dentro de la celda basándonos en las entradas de tráfico.

3. Determinar el número de canales simultáneos (códigos) necesarios para dirigir el tráfico de hora punta por servicio, lo cual conduce al número de canales requeridos para soportar el tráfico mixto.

4. Se usa un modelo estadístico para calcular el aumento global del ruido generado por ese tráfico mixto o la transmisión de esos canales.

5. El aumento global del ruido es aplicado para determinar el equilibrio de potencia del servicio múltiple. De manera iterativa, se trata de llegar a una situación de equilibrio en cuanto a la potencia emitida por todos los móviles para ser escuchados por encima del nivel de ruido global.

6. Calculada la potencia de emisión por terminal y por servicio que produce el equilibrio en la red, se puede obtener el path loss y con él, la nueva área de cobertura de la célula.

Para el enlace descendente, se operaría de forma similar, salvo que en el último punto la reiteración continúa hasta que el alcance de la celda escogida conduzca a la potencia de emisión máxima del Nodo B. El radio de la célula será el del enlace que más limite, ascendente o descendente.

En cuanto al dimensionamiento del Nodo B real, o los recursos de canal que deben ser instalados para que logre cursar el tráfico ofrecido, hay que considerar varias cosas:

• Consumo de códigos: Cada celda WCDMA básicamente tiene reservado un Scrambling Code para su uso. Por debajo de este código, la red posee un total de 256 Channelisation Codes reservados para la canalización del interfaz Uu. En la dirección downlink, una conexión (inlcuyendo un DPCCH y un DPDCH) requiere un código de canalización, pero un el uplink, la misma conexión requiere 2 códigos de canalización debido al tipo de modulación usado en el UE. En esta modulación el DPDCH y el DPCCH están separados uno del otro y ambos requieren sus propios códigos cortos. Si se asume que todos los usuarios en una celda usan un único DPDCH y DPCCH, la celda sería capaz de manejar 128 llamadas simultáneas. En la práctica, tal número de llamadas genera interferencia por tanto, se reduce la cantidad de llamadas simultáneas.

• Usuarios en soft y softer Handover: Estos tipos de traspaso son característicos de UMTS, en ellos no se pasa de una celda a otra si no que se mantienen varias comunicaciones a la vez con distintas celdas (en el soft handover las comunicaciones son con celdas de distintas estaciones base y en el softer handover estas comunicaciones son con distintos

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sectores de la misma estación base). Con estos tipos de traspaso se mejora la calidad de las comunicaciones porque se recibe en el UE la misma señal por diferentes caminos y combinando las señales recibidas se pueden subsanar errores. La diferencia está en el enlace ascendente, en el softer handover la estación combina las señales recibidas por varias de sus antenas, mientras que en el soft handover la RNC elige la señal con mejor calidad de entre las que recibe, pero no las combina. El problema de estos tipos de traspaso es que consumen más recursos de los necesarios y además aumentan el nivel de interferencia. El soft handover ocupa los recursos de código (canales) de varias celdas simultáneamente. Otros usuarios no podrán utilizar esos recursos por lo que un terminal puede, como máximo usar 3 code channels distintos a través de 3 celdas. Por otro lado, soft handover es obligatorio para gestionar los niveles de interferencia en la red. Si no se usara el soft handover los niveles de potencia de la conexión radio incrementarían la interferencia en las células adyacentes. Cuando se usa el soft handover, el terminal se engancha a la célula que le exige un menor nivel de potencia transmitida, aumentando la vida de la batería y reduciendo la interferencia del sistema.

• Modelo de Tráfico: Es relativamente fácil estimar la capacidad requerida en WCDMA si sólo se pudieran hacer llamadas de voz como en GSM. Sin embargo, esto no es así y la compartición de recursos con llamadas de datos tendrá un efecto notable en la capacidad de cada celda. Para cuantificar el tráfico, la fórmula Erlang no se puede aplicar directamente en WCDMA porque los canales (códigos) no son fijos y constantes. Erlang B da valores exactos cuando el total del tráfico a dimensionar es conmutado por circuitos (CS), como en el caso de GSM. Incluso si la mayoría del tráfico es CS (<80%) pero no todo, esta fórmula puede seguir siendo válida. Sin embargo, en WCDMA todas las conexiones pueden soportar tráfico de conmutación de paquetes (PS) y si la mayoría del tráfico es efectivamente de estas características la fórmula Erlang B no puede utilizarse. La manera de cuantificar el tráfico de distintos tipos y de este modo asociarlo al consumo de recursos de canal de un Nodo B, es un factor clave para que un fabricante de equipos destaque sobre otro y por lo tanto, son datos totalmente confidenciales.

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MÓDULO DE PLANIFICACIÓN RADIO CAPÍTULO 6. Despliegue de Red

6. DESPLIEGUE DE RED

Este capítulo tiene como finalidad preparar al lector para la realización del trabajo de campo en un despliegue. Básicamente el ingeniero radio debe decidir qué edificios o terrenos le son válidos como candidatos a una estación base, y posteriormente debe decidir una configuración adecuada para cada sitio que garantice buenas propiedades de cobertura.

La configuración de un emplazamiento incluye un listado de parámetros (número de sectores, tipo de antenas, soportes, orientaciones, etc) a los que el planificador debe asignar un valor concreto. El apartado 6.1. define cada uno de estos elementos y describe los distintos valores que suelen presentar.

Una vez aclarados los datos presentes en toda configuración, el apartado 6.2. aporta unas pautas o reglas básicas para la elección candidatos, y el apartado 6.3. para la elección de configuración.

Las distintas actividades del despliegue y la documentación generada en el mismo se describen en el apartado 6.4.

6.1. Conceptos del despliegue

6.1.1. Numeración y separación de sectores

Como ya sabemos, la sectorización celular aumenta la capacidad de la red al permitir la reutilización de recursos limitados como la frecuencia en GSM, y reducir el tamaño del área de servicio, y de captación de inteferencias en UMTS.

Cuando se planifica zonas urbanas, los sites tienen 3 sectores, salvo quizás alguna excepción muy concreta. Esto permite un diseño en base a un mallado homogéneo de la red, así como una mejor optimización de sus características.

Por otro lado, en carreteras es habitual ver sites de todo tipo: omnidireccionales cuando se espera un número muy pequeño de usuarios, bisectoriales siguiendo la dirección de la carretera, e incluso trisectoriales en el caso de que haya cerca un pueblo o un pequeño núcleo residencial que justifique la adición de un tercer sector.

En zonas urbanas, los sectores suelen estar separados 120º, aunque durante el despliegue se suele permitir una cierta desviación sobre este valor en función de cada caso en concreto. En el resto de zonas, lo normal es que los sectores apunten a objetivos de cobertura bien definidos por lo que son estos objetivos los que definen los acimuts y la separación entre sectores. Aún así, se debe respetar una separación mínima entre los anchos de haz horizontal

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a –3 dB, por ejemplo 10º, y si esto no fuera posible, habría que pensar en el uso de antenas con anchos de haz más adecuados dentro de un límite de coste.

Una decisión del operador es el criterio de numeración de los sectores para su introducción en la base de datos del proyecto y en la herramienta de planificación. Suponiendo que la configuración estándar es 0º-120-240º, la numeración de referencia siempre es:

Sector 1 : 0º

Sector 2 : 120º

Sector 3 : 240º

Cuando se modifican los acimuts de un site eligiendo una configuración distinta de la estándar, por ejemplo: 100º-210º-340º, la numeración puede entonces atender a alguno de estos criterios:

S1

40º 2S3

120º S2

0º

S3

S2

240º 120º

0º

S1

CRITERIO A CRITERIO B

Fig.6.1. Numeración de sectores

Los dos criterios se diferencian en que identifican de distinta manera el sector 1. Los otros dos sectores siempre se definen en el sentido de las agujas del reloj a partir del primero.

Criterio A: S1 corresponde al acimut más cercano a 0º, considerando su ángulo en el rango [-180º,180º]. Este criterio siempre asigna el sector 1 al acimut más cercano al norte.

Criterio B: S1 corresponde al acimut positivo más cercano a 0º, considerando su ángulo en el rango [0º, 360º].

Por lo tanto, la numeración de nuestro ejemplo quedaría como sigue:

Criterio A Criterio B

Sector 1 : 340º 100º


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6.1.2. Antenas de estaciones base

Antenas macrocelulares omnidireccionales

Presentan la misma ganancia en todas las direcciones de un mismo plano. En los primeros despliegues de telefonía móvil, estas antenas se utilizaban en zonas rurales y carreteras (TACS y GSM 900) y algunas de ellas se mantienen. En la actualidad prácticamente no se utilizan al diseñar redes nuevas puesto que no permiten la sectorización del site, lo cual limita la capacidad de la célula y en carreteras están radiando potencia hacia zonas que no interesan. Su ganancia es baja, hasta 11 dBi con anchos de haz vertical pequeños (del orden de 7º); y unos 2-5 dBi con anchos de haz mayores. Presentan polarización vertical y pueden llevar downtilt eléctrico.

Fig.6.2. Antenas omnidireccionales

Antenas macrocelulares directivas

Concentran la radiación de energía en direcciones determinadas, de acuerdo a cierto diagrama o patrón de radiación. Son las antenas utilizadas para implementar los sites sectoriales, y generalmente se trata de arrays de dipolos en forma de paneles.

A continuación presentamos algunas de sus características y valores usuales:

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Fig. 6.3. Panel array de dipolos

• Ancho de haz horizontal a –3dB:

En estaciones base, los valores más típicos son 65º, 33º y 90º.

Fig. 6.4. Distintos anchos de haz horizontal

En entornos urbanos se suelen utilizar antenas de 65º, que corresponden al clásico esquema de 3 sectores de 120º. Generalmente estas antenas pierden 10 dBs de ganancia en los azimuts ±60º.

Las antenas de ancho de haz estrecho, 33º, presentan una mayor ganancia, y suelen utilizarse para cubrir objetivos “estrechos” como carreteras, o zonas montañosas con muchas pérdidas.

Las antenas de ancho de haz de 90º pueden utilizarse para cubrir zonas rurales, o la confluencia de dos carreteras que por ejemplo, transcurren relativamente juntas dentro del tramo que interesa cubrir, etc.; sin embargo, se debe tener en cuenta que estas antenas presentan menor ganancia, 3-4 dB por debajo que las antenas de 33º.

• Ancho de haz vertical a –3dB:

Valores usuales son 5.5º-7.5º, 15º-17º.

En zonas urbanas no son deseables valores mayores que 7.5º dado que introducirían demasiada interferencia por sobrepasar los rangos de célula típicos de estos entornos. Se pueden usar mayores anchos de haz en zonas rurales y montañosas, sin peligro de interferir con los sites vecinos, aunque generalmente se emplea el mismo ancho de haz que en urbano.

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Fig. 6.5. Distintos anchos de haz vertical

• Ganancias:

Valores típicos de 16 dBi para antenas de 90º, 17-18 dBi para antenas de 65º y 21 dBi para antenas de 33º, con anchos de haz vertical de unos 7º. Para anchos de haz más grandes la ganancia se reduce.

• Polarización:

En general, la polarización de las antenas en comunicaciones móviles es vertical. Sin embargo, las últimas antenas de telefonía móvil presentan otras polarizaciones proporcionando lo que se llama diversidad de polarización. La idea es la siguiente: las distintas reflexiones de la señal en zonas urbanas no presentan la misma polarización sino que aparecen también componentes horizontales. Además, un móvil no siempre se sostiene en posición completamente vertical por lo que todas las polarizaciones lineales son posibles, resultando lógico emplear estas señales. La diversidad de polarización es una técnica empleada en recepción por la que se usan 2 antenas polarizadas ortogonalmente y se compara las señales recibidas. Estas antenas suelen estar integradas en el mismo panel pareciendo que sólo exista una de ellas. De este modo, podemos encontrar polarizaciones V, H/V, y X-POL (+45º/-45º), siendo ésta última la más utilizada en la actualidad.

• Downtilt Eléctrico (EDT):

Las antenas suelen llevar de fábrica un downtilt eléctrico fijo o ajustable, que varía entre los 0º-12º. Existe un límite superior por encima del cual habría que cambiar de antena. Recordemos que cuando se aplica una fase progresiva a la alimentación de un array para cambiar la dirección de su haz, aparecen nuevos lóbulos secundarios en el diagrama del factor de array que pueden provocar una radiación de señal en direcciones no deseadas.

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• Dimensiones:

Las dimensiones de las antenas y en concreto, su altura, son importantes a la hora de decidir el tamaño necesario del mástil que las soporta y éste es un dato que debe darse durante el replanteo. Las antenas de 900 MHz, suelen medir de 2.1 a 2.5m, mientras que para la banda de 1800-200 MHz miden 1.3-1.5m suponiendo un ancho de haz vertical de unos 7º. Si este ancho de haz aumenta, la antena es menos directiva y por tanto, las dimensiones se reducen. Las dimensiones de las antenas duales, es decir, que funcionan en varias bandas, suelen ser del mismo orden que las de las antenas de la banda inferior.

Antenas de microceldas

Son antenas de dimensiones más pequeñas y presentan menor ganancia. Podemos encontrar tanto antenas omnidireccionales como antenas directivas: con anchos de haz horizontal de 65º a 90º, y anchos de haz vertical muy variados: desde 20º hasta 70º. Las ganancias varían entre entre 8 y 13.5 dBi. Polarizaciones V o X. En cuanto a sus dimensiones, rondan los 0.25-0.6m.

Fig. 6. 6. Ejemplos de antenas para microceldas

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Antenas de picoceldas (indoor)

Son antenas muy pequeñas, instaladas en las paredes de edificios o en los techos. Pueden ser omnidireccionales en el plano horizontal o presentar cierta directividad, con anchos de haz en este caso de 65º o 90º. Presentan polarización vertical, de 2 a 8 dBi de ganancia, y miden unos 0.2 m en su dimensión más grande.

Fig.6.7. Ejemplos de antenas para picoceldas.

6.1.3. Inclinación de la antena (tilt). Tipos de tilts.

En sistemas celulares la antena de una estación base no debe radiar hacia la línea del horizonte ya que esto provocaría una sobrecobertura y un solapamiento entre células no deseado. Se debe inclinar su lóbulo de radiación para dirigirlo a una zona determinada en las inmediaciones de la antena, es decir, para concentrar la energía en su área de cobertura. Esto se hace aplicando un tilt o inclinación al diagrama vertical de radiación a la antena.

En función de cómo se consigue la inclinación del haz los tilts pueden ser:

1. Eléctrico: se consigue alimentando con fases distintas a los dipolos o elementos radiantes que componen el array que es la antena. Las diferentes fases se pueden conseguir de manera fija utilizando cables de alimentación de distintas longitudes para cada uno de los dipolos, o bien, hacerlo ajustable mediante un phase-shifter.

2. Mecánico: se consigue inclinando la antena mecánicamente mediante un kit de instalación como el que muestra la figura.

Fig. 6.8. Tilt eléctrico fijo/ Tilt eléctrico ajustable/ Downtilt Kit

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En función de la dirección de la inclinación, tendremos:

1. Uptilt: El lóbulo principal de la antena se inclina hacia arriba. No es lo usual, pero más adelante explicaremos los casos en que esto puede ser conveniente.

2. Downtilt: El lóbulo principal de la antena se inclina hacia abajo.

Fig. 6.9. No tilt / Uptilt / Downtilt

Normalmente, en referencia a los tilts de las antenas se usan las siguientes siglas:

• EDT: Electrical DownTilt

• MDT: Mechanical DownTilt

• EUT: Electrical UpTilt (ó –EDT)

• MUT: Mechanical UpTilt (ó –MDT)

El planificador radio debe intentar favorecer el uso de EDT frente a MDT. Veámos brevemente la diferencia entre ambos:

Al aplicar un downtilt mecánico lo que se hace es forzar cierto ángulo en el panel de la antena mediante una junta ajustable. Sin embargo, el downtilt aplicado sólo es válido para la dirección principal del patrón horizontal de radiación. En la dirección del eje de giro (+-90º respecto al haz principal) no se está aplicando ninguna inclinación. Entre los ángulos 0º y 90º, el ángulo real de downtilt dependerá del azimut en cada punto. El ancho de haz horizontal a –3dB aumenta a medida que el tilt es mayor, aparte de que en los lóbulos traseros se produce un uptilt, y éste es un efecto poco deseable dado que se interfiere en zonas a las que no debería llegar señal de esa antena.

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Fig. 6.10. Efecto de la inclinación mecánica

El downtilt eléctrico por el contrario permite que el ángulo de inclinación sea constante en todo el rango de azimuts de la antena. El ancho de haz horizontal a –3 dB permanece inalterado.

Fig. 6.11. Efecto de la inclinación eléctrica

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En la siguiente figura se muestra cómo es la cobertura lograda con cada tipo de downtilt. Las zonas de color más intenso muestran el solapamiento entre celdas vecinas, y se ve claramente como en el caso del MDT aumenta mucho el solapamiento entre sectores de la misma celda.

Área de interferencia con EDT Área de interferencia con MDT

Fig. 6.12. Cobertura lograda con downtilt mecánico y eléctrico

¿Por qué entonces se usa downtilt mecánico?

El downtilt mecánico es tolerable para valores muy pequeños, cuando hablamos de bastantes grados, es mejor usar eléctrico. Además, no todos los operadores utilizan antenas con downtilt eléctrico ajustable, porque resultan más caras. Lo que hacen es elegir varios modelos de antenas con downtilt eléctrico fijo y entonces, el downtilt mecánico complementa al eléctrico para llegar al valor requerido por el planificador radio. Incluso en el caso de que podamos trabajar con antenas de EDT ajustable, éstas siempre presentarán un límite a partir del cual, el diagrama de radiación sufre distorsiones inadmisibles: aparición de nuevos lóbulos secundarios, decaimiento de la ganancia absoluta del lóbulo principal, etc. En este caso extremo propio de la fase de optimización de red, la solución está en el aumento de MDT hasta cierto límite, o lo que es más probable, en un cambio físico de antena.

¿En qué ocasiones se usa uptilt en lugar de downtilt?

Supongamos una antena instalada en la fachada de un edificio con los conectores hacia arriba; en este caso configuraríamos el site para tener uptilt aunque realmente estamos inclinando el haz hacia abajo. Otro caso en el que se puede usar uptilt es para dar cobertura a grandes rascacielos o para zonas montañosas con muchas subidas y bajadas donde sea necesario elevar el haz en lugar de bajarlo, siempre que el planificador radio juzgue que la interferencia se pueda contener.

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Valores típicos de downtilts en diferentes entornos son:

• Zonas urbanas densas y urbanas medias : 6º a 8º.

• Zonas suburbanas : 4º

• Zonas rurales, carreteras : 2º a 4º.

6.1.4. Técnicas de diversidad con incidencia en el despliegue: diversidad en antenas.

En general, se emplea la diversidad para mejorar la calidad de la señal que recibe la estación base del móvil, es decir, para mejora la calidad del uplink. El problema del enlace ascendente es el hecho de que el teléfono móvil sólo opera a baja potencia y con una antena corta. La diversidad se aplica en la parte de recepción de la estación base.

Sabemos que una señal transmitida vía radio pocas veces llega a su destino a través de la ruta más directa; sino que la señal recibida es una combinación de la onda directa y las ondas reflejadas. Son especialmente comunes las reflexiones en edificios, mástiles o árboles debido a que las comunicaciones móviles utilizan predominantemente polarización vertical.

Las ondas reflejadas presentan distintas características de fase y de polarización. Por esta razón, en recepción puede haber una amplificación o, en casos extremos, una cancelación de la señal en posiciones específicas. El campo recibido puede variar entre 20 y 30 dB en pocos metros.

Mejora de la señal mediante diversidad.

Recepción de la señal vía reflexiones.

Fig. 6.13. Mejora de la señal con diversidad

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Podemos distinguir entre los siguientes tipos de diversidad que implicarán el uso de unas esrtucturas u otras en despliegue:

DIVERSIDAD ESPACIAL Consiste en dos antenas receptoras separadas una cierta distancia en el plano horizontal. La distancia está estudiada para hacer coincidir los mínimos de recepción de una antena con los máximos de la otra. La mejora sobre el nivel de la señal recibida que se logra de este modo se denomina ganancia de diversidad. La señal recibida por cada una de las antenas no se combina en RF dado que esto daría lugar a una distorsión del diagrama de recepción. La estación base elige la señal de mayor nivel por canal y antena.

Veamos algunas de las configuraciones que emplean diversidad espacial:

La típica estación base omnidireccional en GSM está compuesta por 3 antenas: una transmisora (Tx) y dos receptoras (Rx) . La transmisora se monta por encima y en el medio de las otras dos para garantizar su patrón omnidireccional. Además, las antenas Rx y TX están fuertemente aisladas. Las antenas receptoras están separadas de 12-20λ para conseguir una ganancia de diversidad de 3-6 dB.

Para el caso de emplazamientos sectoriales, también podemos ver este tipo de montaje de 3 antenas/sector sobre una estructura triangular. En este caso las antenas Tx y Rx pueden estar a la misma altura dado que se trata de antenas directivas y presentan mayor aislamiento en comparación con las omnidireccionales.

Diversidad espacial en site omnidireccional. Diversidad espacial en site trisectorial.

Fig. 6.13. Despliegue de diversidad espacial

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DIVERSIDAD DE POLARIZACIÓN Ya hemos comentado que aparecen componentes horizontales en las señales reflejadas a lo largo de la trayectoria de propagación, aparte de que el móvil no siempre se sostiene en posición totalmente vertical por lo que tiene sentido que las antenas receptoras presenten distinta polarización. En diversidad espacial, se usaban dos antenas polarizadas verticalmente como antenas receptoras y se comparaba el nivel (potencia) de las señales recibidas por canal y antena. La diversidad de polarización emplea dos antenas polarizadas ortogonalmente y compara la calidad de las señales resultantes. Hay varios tipos:

Polarización Horizontal y Vertical

Los dipolos de ambas antenas receptoras presentan polarización horizontal y vertical respectivamente. No se necesita separación espacial entre recepción principal y recepción diversidad, lo que implica que las dos antenas puedan estar montadas en el mismo panel reduciendo considerablemente las dimensiones de la estructura que las soporta.

Estas son las ventajas de esta configuración respecto a la diversidad espacial:

1) Sólo se necesitan dos antenas por sector:

• 1 x Horizontal/Vertical para RX principal y diversidad.

• 1 x Vertical para TX.

2) Se requiere una separación mínima entre antenas, incluso pueden ser montadas una sobre la otra en el mismo mástil.

Fig. 6.14. Sistema con diversidad de polarización: 2 antenas/sector

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3) Además, si se añade un duplexor para separar RX y TX, entonces sólo resulta necesaria una antena por sector. Por tanto, los 3 sectores podrían implementarse en un único mástil.

Fig. 6. 15. Sistema diversidad de polarización: 1 antena /sector

La ganacia de diversidad en áreas urbanas es la misma que se consigue con diversidad espacial (3-6 dB).

Polarización +45º/-45º

Es la más utilizada en los últimos despliegues en España. En lugar de usar dipolos polarizados vertical y horizontalmente, se utilizan dipolos con polarización +45º/-45º. Esta combinación presenta ciertas ventajas para zonas llanas puesto que las componentes horizontales son menores debido al menor número de reflexiones. Otra ventaja es que con el uso de duplexor ambas antenas pueden recibir y transmitir, aunque sólo se utilice una. Hay experimentos que demuestran que la polarización horizontal pura en transmisión proporciona resultados considerablemente peores que la vertical, pero en este caso, ambas polarizaciones son válidas.

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Fig. 6.16. Polarización cruzada X-POL


Cuando se usan antenas de polarización cruzada, el número de sectores de un emplazamiento coincidirá con el número de antenas desplegadas.

6.1.5. Uso de TMA, “Tower Mounted Amplifiers”

Los TMAs (también llamados MHAs “MastHead Amplifiers”, LNAs “Low Noise Amplifiers”, o TTAs “Tower Top Amplifiers”) son amplificadores de bajo ruido instalados lo más cerca posible de las antenas de las estaciones base para amplificar el camino de recepción y porporcionar de este modo un sistema balanceado en cuanto a los niveles de potencia de emisión y de recepción. El resultado es que aumentan considerablemente el área de cobertura de la estación dado que permiten trabajar con perdidas de propagación en uplink del orden de 3 o 4 dB por encima de las permitidas sin este dispositivo. A este respecto, también permite una gestión óptima del control dinámico de la potencia del móvil consiguiendo que éste opere habitualmente en modo de baja potencia

Fig. 6.17. TMA

El único problema es que además de amplificar la señal útil del móvil que se encuentre en nuestra célula también amplifican todo el ruido e interferencia que reciban en dicha banda, por lo que sólo se utilizan en áreas rurales de escaso tráfico o en carreteras, nunca en zonas urbanas. Otra razón que hace desaconsejar su uso en zonas de cierto volumen de tráfico es que al aumentar la cobertura física del site hay posibilidad de bloquear la estación si no es capaz de procesar todo el tráfico generado en el área que cubren.

En definitiva, en zonas de escaso tráfico (casi siempre carreteras) los TMAs permiten ahorrar en cuanto al número de estaciones necesarias para darles cobertura.

6.1.6. Uso de Splitter

Los splitters o divisores de potencia se usan en los casos en los que la demanda de tráfico prevista sea muy pequeña. Permiten ahorrar en el coste de la estación, compartiendo los recursos de capacidad de 1 sector (que serán los únicos instalados) entre dos o tres sectores. Es decir, nuestra estación únicamente posee capacidad para un sector, pero en lugar de ”radiar” esta capacidad a través de una antena ominidireccional, que proporciona cobertura uniforme en 360º y presenta muy poca ganancia; utiliza antenas sectoriales, conectadas a los únicos coaxiales de la estación mediante los splitters, proporcionando una cobertura más selectiva (por ejemplo, para cubrir ambos lados de una carretera) y con más ganancia.

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Estas configuraciones se suelen explicar mediante una correspondencia entre sectores físicos (los radiados) y sectores lógicos (configurados en las tablas de parámetros de la estación).

En la siguiente figura se muestra una configuración “2 sectores físicos-1 sector lógico”, que utiliza dos splitters de 2 vías. A efectos de capacidad esta estación es unisectorial, mientras que a efectos de cobertura es bisectorial. Podríamos encontrar este tipo de estaciones en carreteras en las que no hay demasiado tráfico, porque evitamos el uso de una omni que nos reduciría mucho la ganacia (el alcance) además de que radiar hacia el “campo” supone un desperdicio de potencia.

Rx main Tx / Rx div

1 SECTOR SIGNAL

2 Way- Splitter

2 Way- Splitter

Sector 2 Sector 1 BS

Fig. 6.18. Típica configuración de carretera con splitter

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6.1.7. Estructuras de soporte de antenas.

Se dividen principalmente en torres, mástiles y satélites.

Las torres suelen emplearse en entornos rurales o de carreteras, y se cimentan desde el suelo, aunque también hay casos de torres en zonas urbanas, e incluso torres de hasta 20m instaladas sobre azoteas de edificios o naves industriales. Esto último no es lo usual y necesitan de un cuidadoso estudio por parte de obra civil, para comprobar que el edificio soportará tal peso. Aparte de inusual, hoy en día, esta práctica no la permitiría casi ningún ayuntamiento por lo “escasamente discreta” que resulta.

Además, conviene saber que existen distintos tipos de torres utilizables por sistemas de comunicaciones móviles, y en general se pueden dividir en torres de celosía y torres tubulares. Los modelos a utilizar los decide el departamento de obra civil del operador, que hace su propia selección de productos dentro del mercado, pero también influye la normativa urbanística vigente en cada término municipal/autonomía, que no permite poner cualquier tipo de torre en cualquier lugar.

Tubular sección poligonalCelosía sección triangular Celosía sección cuadrada

Fig. 6.19. Tipos de torres

Las torres tubulares imponenmás restricciones en cuanto a la altura de las antenas que las torres de celosía. Poseen dos plataformas y en ellas se deben ubicar todos los elementos radiantes (RF y radioenlaces de transmisión). Las de celosía son más flexibles en este sentido, pero no se permite su construcción en cualquer tipo de suelo. Por ejemplo, en Madrid, si el

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suelo es considerado como urbanizable forzosamente se debe desplegar una torre tubular. Estos datos siempre los proporciona la gente de obra civil.

El otro tipo principal de estructura es el mástil. Los mástiles se usan para soportar antenas sobre azoteas de edificios, si bien, al igual que antes, también hay mástiles instalados sobre el suelo (por ej. en el parking 1 del aeropuerto de Barajas), aunque no es lo ususal. Los mástiles se componen de tramos de 1.5m o 2m para llegar a la altura decidida por el radio planner. Pueden ir anclados a una pared, o arriostrados al suelo en el caso de que queden aislados en mitad de la azotea. Si es así, las riostras se anclan a 2/3 de la altura del mástil. Conocer la posición de las riostras es importante dado que a veces en un mástil nos interesarán alturas distintas para las antenas y es necesario que las más bajas no tengan una riostra por delante obstaculizando el haz.

Mástil anclado a pared Mástil arriostrado

Fig. 6.20. Tipos de mástiles

En ocasiones, las antenas van en fachada (del edificio o del casetón existente en la azotea), en ese caso la estructuta soporte son brazos o satélites anclados en la pared.

El uso de cada tipo de estructura responde a un criterio del todo lógico: se usa una torre cuando nuestro candidato es un terreno, por lo que al pretender dar cobertura a una zona desde el suelo necesitaremos ganar mucha altura, y se usa uno o varios mástiles, cuando nuestro candidato es un edificio, por lo que en general , no se necesita ganar más de 10 m de altura. Usaremos satélites para adosar a pared, bien en fachada principal, o bien en la del casetón si no se requiere altura.

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Fig. 6.21. Antenas en fachada

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6.1.8. Nimetización de antenas.

La nimetización consiste en ocultar las antenas mediante estructuras con diseños que imitan el entorno de la antena, bien elementos de la naturaleza, o bien elementos presentes en edificios, como chimeneas, color y textura de la pared, etc. Estas técnicas resultan caras y únicamente se suelen utilizar cuando son requisitos para la obtención de la licencia.

Fig. 6.22. Torres nimetizadas

6.1.9. Equipos outdoor o indoor.

Cabe mencionar la existencia de estos dos tipos de estaciones base. Generalmente el operador decide qué tipo de equipos va a implementar. Los equipos outdoor consisten en bastidores que se instalan a la intemperie y que son diseñados con protección especial ante factores climatológicos tales como temperaturas extremas tanto altas como bajas, viento, lluvia, nieve, radiación solar, etc. Los equipos indoor van igualmente en bastidores que se instalarán normalmente en casetas prefrabricadas (shelters metálicos o fiber-glass) o en habitaciones alquiladas. Lógicamente, el diseño de estos bastidores es menos restrictivo en cuanto a condiciones externas. Los módulos funcionales o tarjetas instalados en los bastidores son los mismos en equipos outdoor que en equipos indoor.

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6.1.10. Cableado del sistema radiante.

Fig. 6.23. Cables

BTS o

Nodo-B

Latiguillos (Jumper cables)

Coaxiales (Feeder cables)

Sistema Radiante=

Feeders+jumpers+antenas.

Cuando se trabaja con frecuencias correspondientes a microondas y ondas de radio se suelen utilizar los cables coaxiales. En el caso que nos ocupa, los cables coaxiales llevan la señal desde el bastidor de la BTS o del Nodo B hasta las antenas. Estos cables consisten en un material conductor en su sección central, rodeado por un dieléctrico que está cubierto por una malla trenzada y todo ello recubierto con un protector.

Cubierta exterior: PVC negro.

Malla protectora

trenzada: cobre

Dieléctrico o aislante: polietileno

Conductor central: cobre estañado

Fig. 6.24. Estructura de un coaxial

Las especificaciones de un cable que influyen de forma determinante en las condiciones originarias de las señales en radiofrecuencia son cuatro : atenuación, impedancia, aislamiento y pérdidas acumulativas de reflexión (Structural Return Loss). Estas características dependen de la longitud del cable, su diámetro, la frecuencia de las señales que se transmiten en su interior y/o la calidad de la instalación; por ejemplo, los coaxiales utlizados para telefonía móvil

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presentan una impedancia de 50 ohms pero ésta, al igual que la VSWR, podrían verse alteradas por una curvatura demasiado acentuada al instalarlos.

Por otro lado, los cables coaxiales no van conectados directamente al bastidor y a la antena sino que lo hacen por medio de latiguillos o jumpers (también coaxiales que vienen montados de fábrica con los conectores) de 1/2” de diámetro y de longitudes 1, 1.5 o 2m.

Fig. 6.25. Latiguillos

Cada operador fija las pérdidas máximas permisibles para este tramo del cableado del sistema radainate, que suelen ser de 3 dB incluyendo las pérdidas en latiguillos y conectores, es decir, en el caso peor a la antena le llega mitad de la potencia entregada por el transmisor. Los fabricantes aportan para cada frecuencia el valor de la atenuación del cable por unidad de distancia, de modo que así se obtiene el tipo de cable a desplegar en función de la distancia de los equipos a la antena para no superar esos 3 dB. Los tipos de cables más usuales son los de diámetro 1/2“, 7/8” y 1 5/8”. Como indica la figura, a mayor grosor, menores pérdidas, pero también mayor complejidad de instalación (los radios de curvatura a respetar son más grandes) y mayor coste por metro.

Fig. 6.26. Atenuación de los coaxiales con la frecuencia

Por ejemplo, supongamos que un fabricante nos da estos datos para una frecuencia de 2 GHz (despliegue de red UMTS):

Type Attenuation dB/m Type Attenuation dB/m Type Attenuation dB/m

1/2" 0,11 7/8" 0,06 1 5/8" 0,038

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Suponiendo que el operador admite 3 dBs como máximo de pérdidas distribuidos de esta forma: 2 dBs en feeders y 1 dB en conectores y latiguillos; es fácil obtener una tabla de estas características y fijar las “fronteras” de utilización de un cable u otro.

Atenuación (dB) Atenuación (dB) Atenuación (dB)

d (m) 1/2" 7/8" 1 5/8" d (m) 1/2" 7/8" 1 5/8" d (m) 1/2" 7/8" 1 5/8"

1 0,11 0,06 0,038 35 3,85 2,1 1,33 68 7,48 4,08 2,584

2 0,22 0,12 0,076 36 3,96 2,16 1,368 69 7,59 4,14 2,622

3 0,33 0,18 0,114 37 4,07 2,22 1,406 70 7,7 4,2 2,66

4 0,44 0,24 0,152 38 4,18 2,28 1,444 71 7,81 4,26 2,698

5 0,55 0,3 0,19 39 4,29 2,34 1,482 72 7,92 4,32 2,736

6 0,66 0,36 0,228 40 4,4 2,4 1,52 73 8,03 4,38 2,774

7 0,77 0,42 0,266 41 4,51 2,46 1,558 74 8,14 4,44 2,812

8 0,88 0,48 0,304 42 4,62 2,52 1,596 75 8,25 4,5 2,85

9 0,99 0,54 0,342 43 4,73 2,58 1,634 76 8,36 4,56 2,888

10 1,1 0,6 0,38 44 4,84 2,64 1,672 77 8,47 4,62 2,926

11 1,21 0,66 0,418 45 4,95 2,7 1,71 78 8,58 4,68 2,964

12 1,32 0,72 0,456 46 5,06 2,76 1,748 79 8,69 4,74 3,002

13 1,43 0,78 0,494 47 5,17 2,82 1,786 80 8,8 4,8 3,04

14 1,54 0,84 0,532 48 5,28 2,88 1,824 81 8,91 4,86 3,078

15 1,65 0,9 0,57 49 5,39 2,94 1,862 82 9,02 4,92 3,116

16 1,76 0,96 0,608 50 5,5 3 1,9 83 9,13 4,98 3,154

17 1,87 1,02 0,646 51 5,61 3,06 1,938 84 9,24 5,04 3,192

18 1,98 1,08 0,684 52 5,72 3,12 1,976 85 9,35 5,1 3,23

19 2,09 1,14 0,722 53 5,83 3,18 2,014 86 9,46 5,16 3,268

20 2,2 1,2 0,76 54 5,94 3,24 2,052 87 9,57 5,22 3,306

21 2,31 1,26 0,798 55 6,05 3,3 2,09 88 9,68 5,28 3,344

22 2,42 1,32 0,836 56 6,16 3,36 2,128 89 9,79 5,34 3,382

23 2,53 1,38 0,874 57 6,27 3,42 2,166 90 9,9 5,4 3,42

24 2,64 1,44 0,912 58 6,38 3,48 2,204 91 10,01 5,46 3,458

25 2,75 1,5 0,95 59 6,49 3,54 2,242 92 10,12 5,52 3,496

26 2,86 1,56 0,988 60 6,6 3,6 2,28 93 10,23 5,58 3,534

27 2,97 1,62 1,026 61 6,71 3,66 2,318 94 10,34 5,64 3,572

28 3,08 1,68 1,064 62 6,82 3,72 2,356 95 10,45 5,7 3,61

29 3,19 1,74 1,102 63 6,93 3,78 2,394 96 10,56 5,76 3,648

30 3,3 1,8 1,14 64 7,04 3,84 2,432 97 10,67 5,82 3,686

31 3,41 1,86 1,178 65 7,15 3,9 2,47 98 10,78 5,88 3,724

32 3,52 1,92 1,216 66 7,26 3,96 2,508 99 10,89 5,94 3,762

33 3,63 1,98 1,254 67 7,37 4,02 2,546 100 11 6 3,8

34 3,74 2,04 1,292

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Por tanto, los valores exactos y los valores con los que se suele trabajar “redondeando” cifras son:

• Cable 1/2": 0 < d ≤ 18 m d < 20 m

• Cable 7/8”: 19 m ≤ d ≤ 33 m 20 m ≤ d < 35 m

• Cable 1 5/8”: d ≥ 34 m d ≥ 35 m

6.1.11. Equipamiento e instalación completa de una estación base.

Fig. 6.27. Despliegue de una estación urbana

Realmente conocer todos los elementos que se instalan en un emplazamiento no forma parte del trabajo de un radio planner, si bien resulta interesante saber cómo se implementa la configuración elegida por dicho ingeniero.

Como hemos dicho antes, los equipos de la estación base pueden ser outdoor o indoor, y en ambos casos van dentro de un bastidor o “cabinet”. Este bastidor contiene varios módulos o tarjetas plug-in, algunas de ellas comunes a todas las configuraciones posibles de estación base, como el módulo de “control” de la estación que contiene el software necesario para que funcione, el módulo de interfaz con el equipo de transmisión, módulos de transmisión/recepción RF, ventiladores, módulos de alimentación de cada rack o PDUs, etc. Además existen otras tarjetas, cuyo número variará en función de la capacidad que se quiera aportar a esa estación: TRXs en GSM (que coinciden con los módulos de transmisión/recepción RF: uno por frecuencia portadora), CEMs en UMTS (Channel Element Modules), número de bloques formados por filtro de antena+combinador+duplexor, etc.

En la siguiente figura mostramos los elementos más comunes que se implementan junto al bastidor de la estación base para conseguir un emplazamiento operativo. Los operadores suelen exigir un espacio extra para ubicar posibles ampliaciones de la BTS o Nodo B.

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Jumper cables BS-RF IN/OUT:

S1 (TX, RXMAIN, RXDIV)



DC Alarm Info

Site Alarm Info → O&M Panel de

Alarmas/Krone DC (-48V) A-bis (GSM) / Iub (UMTS)

AC Cuadro eléctrico:

• Fusibles

• Interruptores

EXT. Alarm Info

Sensores de alarmas:

• Humo

• fuego • apertura

puerta, etc.

E1 (Línea 2 Mbps)

Panel de Configuración UNIDADES DE

ALIMENTACIÓN

TARJETA DE CONTROL DE LA

ESTACIÓN

Radio Microondas

INTERFAZ DE TRANSMISIÓN

HACIA BSC/RNC

ELEMENTOS DE CANAL (DSPS) + + + +

MÓDULOS RF DE TX/RX + + + +

COMBINADORES/ DUPLEXORES

ANTENA Baterías yRectificadores

Estación Base (BS)

Control Alarmas Externas

Transmisión

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En cuanto al sistema radiante, ya hemos descrito el cableado y las antenas utilizadas en apartados anteriores. Todas las estaciones presentan conectores externos para RF a los que conectar los latiguillos o jumper cables que van a parar a los coaxiales de las antenas. Cuando se usa diversidad de polarización, lo normal es encontrar 2 conectores por sector. Con una configuración estándar tendríamos:

CONECTOR-RF BS → LATIGUILLO → COAXIAL → LATIGUILLO → CONECTOR ANTENA.

Si la configuración elegida lleva TMA entonces, directamente tras los conectores RF de la estación conectores se conecta un Bias-T, y al Bias-T el latiguillo, coaxial, etc. Los Bias-T son dispositivos que inyectan continua en el coaxial para alimentar a los TMAs y extraen las señales de control de alarmas enviadas por estos amplificadores. La potencia DC inyectada no afecta a la señal de RF.

En este caso, la configuración es:

CONECTOR-RF BS → BIAS-T → LATIGUILLO → COAXIAL → LATIGUILLO → TMA → LATIGUILLO CORTO → CONECTOR ANTENA.

• Rejiband

• Kits de tierra (grounding kits)

• Clamps TMA (opcional)

TMA

Jumper Cable corto (opcional, si TMA)

Jumper Cable Feeder cable Jumper Cable

Bias-T (opcional, si TMA)

TOP Pannel Estación Base

Sector 3 Sector 2

Sector 1

Fig.6.29. Configuración sistema radiante con TMA.

127


6.1.12. Friendlies

Éste no es un concepto técnico ni tiene nada que ver con configuraciones de estaciones base. Sin embargo, su existencia debe ser conocida por cualquier planificador radio dado que los friendlies son especialmente útiles durante un despliegue, y sobre todo en las últimas fases, cuando se tienen dificultades para encontrar candidatos contratables.

Un friendly es una empresa, comercio u organización con la que un operador firma un acuerdo para la instalación de antenas de telefonía móvil en sus inmuebles. Los friendlies constituyen por tanto candidatos de contratación segura (casi siempre), de modo que, una vez el departamento de adquisiciones ofrece la lista de friendlies contratados, el planificador radio debería revisar todas las direcciones proporcionadas para ver qué puntos le podrían servir y determinar su validez en el caso de estar dentro del área de búsqueda de algún punto nominal. Un ingeniero también puede proponer friendlies al departamento de adquisiciones del operador si ha detectado varios edificios de una empresa que podrían servirle para algunos de sus puntos. Friendlies habituales suelen ser: RENFE, estaciones eléctricas, El Corte Inglés y otras cadenas comerciales, Correos, agencias inmobiliarias, etc... En los últimos años han aparecido empresas dedicadas a contratar inmuebles para alquilar parte del “espacio” contratado a uno o varios operadores. A efectos del operador funcionan como los friendlies, salvo en que tienen su propio departamento de radio, obra civil y sus propias ingenierías, por lo que aparte de alquilar un emplazamiento, participan en el replanteo y realizan la obra convenida. Algunos ejemplos de estas empresas son Tradia, Medialatina, etc.

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6.2. Selección de candidatos

Una vez se dispone de un plan nominal, lo primero que hay que hacer es visitar cada una de las áreas de búsqueda con el agente de adquisiciones y darle candidatos para que empiece la contratación.

¿Qué criterios básicos se debe seguir para seleccionar un candidato?

1) Disponemos de un mapa con un punto nominal y un área de búsqueda: los candidatos, al menos al principio, deben estar dentro de esa área de búsqueda para no empezar con movimientos innecesarios en el diseño de la red. Si el plan nominal se hizo bien, cada una de las áreas de búsqueda debe tener al menos 3 o 4 candidatos posibles, sino más.

2) En cuanto a su altura, el operador puede definir una altura media: por ejemplo, 30m, lo cual equivale a 9 o 10 pisos (aproximadamente, 3m por piso). Pero este dato es muy relativo y dependerá de la zona que haya que cubrir, en particular de tres cosas:

• Radio aproximado del área de cobertura, según tipo de clutter. Es más útil localizar las áreas en las que están los puntos vecinos para hacerse una idea de la visibilidad que debe tener el site, y con ella, de la altura que estamos buscando. A este respecto, ya hemos mencionado que en GSM 900 los radios son mayores que en UMTS y que en GSM 1800.

• Características de los edificios colindantes, ya que en general interesa estar uno o dos pisos por encima de los edificios de nuestra área de cobertura. Si son muy bajos, entonces nuestro site también deberá ser bajo. Si son muy altos, nuestro edificio tendrá que adaptarse a esta altura. Si los alrededores tienen tanto edificios altos como bajos, es mejor guiarse por el tamaño del área de cobertura que queramos proporcionar, aunque esto implique la elección de un edificio que tenga bloqueos. Lo importante en este caso es que no por tratar de estar por encima de todos los edificios vecinos, estemos dando una sobrecobertura en la zona.

• Características del terreno. A veces, la visibilidad que tengamos en varias direcciones (incluso puede ser intuible desde el suelo) nos dará la pista sobre el tipo de edificio que estamos buscando. Estando en una zona elevada de una ciudad, nos puede interesar tratar de reducir altura, a pesar de tener algún bloqueo puntual, para evitar introducir interferencia en las áreas a cubrir por otros sites. Si por el contrario estamos en un hoyo, nos puede interesar colocarnos en un edificio de 14 o 15 plantas, aunque éste tipo de edificios son de los primeros que se descartan en zonas planas o elevadas. Si nuestra área de búsqueda está en una pendiente, con mucha visibilidad por un lado, y escasa por otro, puede interesar un edifico medianamente alto, y colocar antenas en fachada en la dirección más dominante.

En realidad, estas tres cosas se reducen a una: proporcionar el área de cobertura que se había pensado para el punto nominal, y en función de este objetivo, se eligen los candidatos que lo puedan conseguir. Se ha de evitar dar sobrecoberturas, pero también es importante no quedarse “cortos”. En este punto, cabe comentar la frase “estrella” del planificador radio cuando elige candidatos: “Se cubre lo que se ve”. Cuando un edificio tiene en frente una barrera de edificios más altos que no le permiten ver más allá, sabemos a ciencia cierta que detrás de esos edificios no habrá buena cobertura: puede que sí se consiga hablar a pie de calle, pero no daremos cobertura en el interior de las casas. Sin embargo, un bloqueo puntual, es decir, un edificio aislado más alto que el

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nuestro, no siempre impedirá que haya cobertura tras él, puesto que por reflexiones y difracciones se puede llegar a cubrir zonas sin línea de visión directa. Hay que valorar subjetivamente (y esto es quizás lo más complicado) la importancia de los bloqueos en la propagación de la señal para dar un candidato como valido o descartarlo.

3) El último factor, y en los últimos tiempos, el que más restricciones impone, es el estado de la contratación en la zona. Debido a la preocupación surgida en relación con las antenas de telefonía móvil y la salud, son muchos los candidatos que serán rechazados en junta de vecinos, por lo que en ocasiones, se acabará seleccionando edificios que en un principio estaban descartados (siempre que pensemos que se les puede sacar alguna configuración valida) o rediseñando la zona.

Un rediseño implica que ya no quedan más candidatos en una zona y por lo tanto hay que mover el punto, y generalmente también sus vecinos. Los movimientos deberán estudiarse cuidadosamente, para que la zona rediseñada tenga con la nueva ubicación de puntos un buen nivel de señal, y para que en las nuevas áreas de búsqueda existan realmente candidatos. No se mueve un punto sólo al azar, se estudia si el movimiento es viable con todos los puntos del área rediseñada.

Área de búsqueda del punto nominal 0000

Área a cubrir por el punto nominal 0000

Candidatos óptimos: edificios amarillos. Con los naranjas que se hallan dentro del área de búsqueda no damos cobertura.

Candidatos óptimos: edificios naranjas. Los azules están muy bloqueados, y los amarillos, tienen visibilidad más allá del área de cobertura pervista. Otra opción es adosar antenas en fachada en un edificio amarillo, pero resulta más complicado para obra civil.

Candidatos óptimos: edificios azules. También serían válidos los edificios verdes dentro del área de búsqueda (más bajos y de menor prioridad).

Fig. 6. 30. Ejemplos de selección de candidatos.

130


Fig. 6.31. Ejemplo de visibilidad en exceso

6.32. Ejemplo de bloqueo

131


Área de búsqueda punto vecino

Fig. 6.32. Panorámica en zona suburbana.

Área puntos vecinos (detrás de estos edificicios)

Fig. 6.33. Panorámica en zona urbana

132


Fig. 6.34. Panorámica en zona densa urbana.

Con las fotos 6.32, 6.33, y 6.34 intentamos transmitir la “sensación” de estarclutter u otro, y la cercanía o lejanía con la que se ven los puntos vecinos.

Al subir a un candidato es muy recomendable tomar elementos de referecarteles, calles, etc.) que se encuentren en lo que el planiificador considere qude su zona de cobertura (decisión subjetiva, de nuevo). Cuando se planifique ueste tipo de referencias ayuda a decidir qué candidatos serán válidos.

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Áreas de búsqueda puntos vecinos

en un tipo de

ncia (edificios, e será el límite n punto vecino,

MÓDULO DE PLANIFICACIÓN RADIO CAPÍTULO 7. Herramientas de Trabajo

7. HERRAMIENTAS DE TRABAJO

A lo largo de este capítulo haremos un breve repaso a las herramientas más usuales que maneja un planificador radio, entre las cuales mencionaremos las herramientas de planificación RF, herramientas de visualización de mapas, teléfonos modo ingeniería, equipamiento para drive tests y una serie de accesorios, tales como brújula, inclinómetro, GPS, etc.

Dado que existen multitud de herramientas comerciales para estos propósitos y sería imposible describirlas todas, hemos hecho una selección de algunas de ellas para presentar sus funcionalidades más interesantes, y que por otro lado, son comunes al resto de herramientas de las mismas características.

7.1. Herramientas de Planificación Radio: Atoll.

Su función es la de ayudar al diseño y optimización de los sistemas móviles celulares. Emplean bases de datos relacionales para el almacenamiento de los datos claves de la planificación, y a través de un interfaz abierto de conectividad, permiten el acceso y operación de todos los usuarios autorizados de la empresa.

Existe una gran variedad de herramientas comerciales, entre las más conocidas podemos citar: PLANET de MSI, ATOLL de FORSK, ASSET de AIRCOM, TEMS Cell Planning de Ericsson, etc. Otras son sistemas propietarios como TORNADO de Siemens. Los siguientes apartados están basados en la estructura, cálculos y predicciones ofrecidos por ATOLL, si bien, todas las herramientas presentan similares características. Las diferencias están en la manera en que implementan internamente sus algoritmos, en las plataformas empleadas y en los formatos elegidos de visualización de los cálculos efectuados.

Podemos dividir los datos de entrada con los que trabaja una herramienta de planificación en varios grupos:

• DATOS GEOGRÁFICOS

• DATOS DE TRÁFICO

• DATOS RADIO

• MODELOS DE PROPAGACIÓN

Y en general, todas las herramientas de planificación dan lugar a las siguientes “salidas”: visualización de datos cartográficos y de tráfico, cálculo de coberturas, cálculos de zonas de interferencias (GSM), simulaciones de control de potencia (UMTS), análisis de calidad de servicios (UMTS), asignación automática de frecuencias y BSICs (GSM), cálculos de capacidad (GSM y UMTS), realización de informes, importación de medidas, etc.

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7.1.1. Datos de entrada.

7.1.1.1. Datos cartográficos.

• Modelos de altura del terreno (DEM, Digital Elevation Models): Utilizados por los

modelos de propagación que tienen en cuenta la difracción en el suelo.

• Clutter: Usado por los modelos de propagación que tienen en cuenta el grado de urbanización y características del suelo.

• Datos vectoriales: Sirven para la visualización de datos lineales (carreteras, autopistas, calles), polígonos (fronteras regionales, provinciales) y puntos (poblaciones).

• Imágenes: Mapas, callejeros o fotografías tomadas desde satélite únicamente empleadas para su visualización.

• Bases de datos de edificios: Pueden considerarse como vectores 3D, que representan polígonos (edificios) con información relativa a su altura. Pueden tener un grado de resolución muy alto, por ejemplo de 1m en horizontal y 3m en vertical, llegando a representar la forma exacta de los edificios e incluso la existencia de casetones. Son de utilidad para el cálculo de coberturas mediante técnicas de Ray Tracing.

• Sistemas de coordenadas: Debe poder seleccionarse los sistemas de coordenadas empleados para la visualización de datos, o para la importación de medidas, coordenadas e emplazamientos, etc.

Para España, se utiliza el EDT50- zona UTM 30 o 31, o el WGS84.

7.1.1.2. Datos de tráfico.

Tráfico GSM.

Algunas herramientas permiten el dimensionamiento automático de la capacidad necesaria en cada sector de la red (número de portadoras) en base al tráfico previsto. Los datos de entrada pueden tener un formato similar al de los ficheros cartográficos, por ejemplo, clutter, en los que los polígonos llevan asociados la densidad de tráfico en Erlangs/Km2 prevista.

C Erl/Km2

A Erl/Km2

B Erl/Km2

D Erl/Km2

Fig. 7.1. Mapa cartográfico de tráfico GSM

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Tráfico UMTS

Para el cálculo de simulaciones UMTS, se necesita disponer de una serie de datos de tráfico que por lo general se resumen en la distribución geográfica de los distintos tipos de usuarios en la zona bajo estudio. En la definición de las clases o perfiles de usuarios posibles intervienen varios factores, por ejemplo: los tipos de servicios que demandarán, los tipos de terminales, las velocidades a las que se mueve el usuario, etc. Estos factores deben ser previamente descritos dando valores a los parámetros que les caracterizan (definidos en las especificaciones UMTS). Es de suma importancia el ajuste correcto de parámetros para obtener simulaciones que aporten información válida sobre el funcionamiento de la red.

Tipos de Servicios: por ejemplo, mensajería, voz, videoconferencia, Web. Por cada servicio, deben estar especificadas características como la velocidad nominal (12.2 Kbps, 144 Kbps, etc.) tanto en uplink, como en downlink; el tipo de servicio (LCD, UDD), la prioridad, la potencia mínima y máxima permitida, los umbrales para Eb/Nt tanto en uplink como en downlink considerando los distintos tipos de movilidad de los usuarios, etc.

Tipos de Terminales: teléfonos celulares, terminales multimedia, dispositivos de navegación in-car, etc. Se modelan con un mínimo y un máximo de potencia de transmisión, la ganancia de su antena y ruido térmico interno. También se puede definir las características de su receptor Rake indicando el máximo número de transmisores conectados al terminal (tamaño del Active Set).

Clases de usuario: por ejemplo, peatón urbano, rural, etc. A ellos se les asocia el tipo o tipos de servicio que demandarán, los terminales que usarán, la movilidad y el volumen de tráfico de cada tipo previsto. La movilidad influye directamente en los umbrales Eb/Nt y Ec/Io por servicio y por enlace (ascendente o descendente). También influye en los algoritmos de soft y softer handover para determinar las estaciones que entran o salen del Active Set del móvil. En cuanto al volumen de tráfico, generalmente se utilizan unidades distintas en el caso de tráfico LCD o UDD. Para servicios de conmutación de circuitos se consideraría la duración media de las llamadas, el número de llamadas/hora, etc. Para servicios de conmutación de paquetes se consideraría el número de sesiones/hora, el número de bytes transferidos en los sentidos downlink y uplink por sesión,etc.

Con la distribución geográfica de los distintos tipos de ususarios definidos (usarios/Km2) se obtienen los datos de tráfico UMTS necesarios para la simulación.

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DIST .2

DIST .1

DISTRIBUCIONES DE TRÁFICO

Usuario 1 Densidad (usuarios/Km2)


DIS

T. 1



DIS

T. 2


USUARIOS Servicio 1 Terminal 1 Movilidad: 5 Km/h Tráfico generado

U1

Servicio 1 Terminal 2 Movilidad: 90 Km/h Tráfico generado

Servicio 1 Terminal 1 Movilidad: 0 Km/h Tráfico generado

Servicio 2 Terminal 3 Movilidad: 90 Km/h Tráfico generado U2

Servicio 4 Terminla 4 Movilidad: 5 Km/h Tráfico generado

TERMINALES Terninal 1

Terminal 2

Terminal 3

SERVICIOS Servicio 1

Servicio 2

Servicio 3

Mapa cartográfico de Tráfico UMTS

Fig. 7.2. Mapa cartográfico de Tráfico UMTS

7.1.1.3. Datos Radio.

Antenas

Las herramientas de planificación disponen de una base de datos en la que caracterizar los distintos modelos de antenas que se utilizarán en el proyecto con datos como el nombre, fabricante, ganancia y diagramas de radiación. Todas las herramientas presentan un módulo de edición de antenas que permite la importación, edición y visualización de estos datos, generalmente aportados por los fabricantes. Para los diagramas de las antenas, lo ususal es disponer de unas tablas con las ganancias normalizadas de las antenas por cada acimut y por cada elevación, con una resolución igual o inferior a 1º, donde, por supuesto está incluido el efecto del downtilt eléctrico. Cuando se crea un emplazamiento nuevo y sus sectores, a éstos habrá que asignarle uno de los modelos de antena incluidos en la base de datos de la herramienta.

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Fig. 7.3. Base de datos de antenas

Sites y Transmisores

Una de las tareas más frecuentes para un radio planner es la creación de sites, su posicionamiento y edición de sus parámetros. Las herramientas permiten realizar esta función automáticamente, mediante el volcado de una base de datos con la información del proyecto, o manualmente, bien, site a site a “golpe de ratón” sobre la posición deseada o bien, seleccionando un área a planificar y en la que la herramienta dibujará el número de sites apropiado en función del clutter de esa zona de acuerdo a una plantilla hexagonal.

La base de datos de sites está enlazada con otra base de datos, la de sus transmisores o sectores correspondientes. La primera normalmente incluye información geográfica (coordenadas y altitud) y en el caso de UMTS, información de capacidad (número de Channel Elements) dado que esta tecnología reparte los recursos disponibles entre todos los transmisores del emplazamiento. Por otro lado, la base de datos de transmisores o sectores incluye información relativa a la configuración: tipo de antena, altura de cada sector, downtilts, equipamiento de celda, modelo de propagación asociado, portadoras, PIRE BCCH o de canal piloto, etc.

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Los sites se pueden mover fácilmente a la posición que nos interese, e incluso, si se dispone de una base de datos de edificios de suficiente resolución, los sectores pueden ser separados individualmente a las posiciones que ocupan en una azotea para predicciones mediante la técnica Ray Tracing.

Tanto a nivel de site como de sector se puede crear flags que permitan su elección y visualización rápida, así como su participación en las predicciones. Estos flags son definidos por el operador en función de sus necesidades salvo el flag de “Activo”, que viene por defecto en todas las herramientas, y que indica si el site o sector debe ser considerado en los cálculos de predicción. Ejemplos de flags que podrían ser introducidos por los planificadores son el flag de “Grupo”, flag de “Zona”, flag de “Proyecto Objetivo”, flag de “Responsable del punto”, etc.

Listado de sites. En UMTS habría una columna adicional de Channel Elements, y los posibles flags ocuparían nuevas columnas creadas por el planificador.

Fig. 7.4. Base de datos de estaciones GSM

Ejemplo de listado de sectores GSM.

Fig. 7.5. Base de datos de sectores GSM

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Ejemplo de edición de propiedades de un sector UMTS.

Fig. 7.6. Propiedades de un sector UMTS

7.1.1.4. Modelos de propagación.

En el apartado [..] se ha hecho una revisión de los modelos de propagación más utilizados en el caso de GSM 900, DCS 1800 y UMTS. Las herramientas de planificación suelen tener una base de datos con los 5 o 6 modelos más comunes, pero también permiten la importación de modelos externos vía API. Además, algunas herramientas permiten la edición y modificación de estos modelos manualmente, e incluso, pueden incorporar un módulo que realice esta función automáticamente, lo que se conoce como Automatic Model Tuning, en base a las medidas realizadas por el operador/suministrador e importadas a la herramienta.

Configuración manual del modelo Okumra-Hatta y edición de fórmulas.

Fig.7.7. Cuadros de diálogo de modelos de propagación

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7.1.2. Cálculos, plots, informes. En los sucesivos apartados describiremos las pruebas que se pueden realizar con la herramienta Atoll, si bien, son extensibles a cualquier otra herramienta en la parte que concierne a GSM. Sin embargo, en lo relativo a UMTS las herramientas ofrecen multitud de pruebas, en algunos casos muy distintas, así como multitud de resultados: la razón es que todavía no están claros los parámetros a visualizar que serán más útiles para el diseño y la optimización de la red, y cada herramienta hace su propia apuesta en este sentido.

7.1.2.1. Visualización de perfiles de terreno. Estos módulos permiten visualizar perfiles y cotas de terreno de diversas maneras: punto a punto, site a punto,site a site, etc. Resulta muy útil en el trazado de los planes nominales para hacerse una idea de las características de la zona a cubrir, sobre todo en carreteras.

Fig.7.8. Perfil y señal recibida desde una estación

7.1.2.2. Cálculos de coberturas. Las predicciones de cobertura pueden hacerse para un solo site, o para varios sites según el estado de su flag “Activo”. Las predicciones pueden durar de varios minutos a varias horas, en función del número de sites implicados, el tamaño del área señalada para el cálculo de la predicción y de la complejidad del modelo de propagación utilizado. En realidad, este tiempo es necesario para el cálculo de las matrices de path loss asociadas a cada sector y para cada punto del área indicada. El tamaño de este punto (pixel) es seleccionado por el planificador mediante el parámetro de resolución, tal y como muestra la figura.

Fig. 7.9. Selección de la resolcuión de la predicción

168


Una vez calculadas las matrices de path loss, las predicciones resultan mucho más rápidas a no ser que se alteren los parámetros de algún sector, por ejemplo, su altura, o su downtilt, o se expanda el área de la predicción, ya que ello implicaría el cálculo de nuevas matrices de path loss.

Las predicciones de cobertura son útiles para el diseño de los planes nominales, seguimiento de la red, por ejemplo, elección de configuraciones finales, y para su optimización. Con ellas se puede observar el nivel de señal proporcionada, las zonas que quedarían sin cubrir, y las zonas en las que un sector o varios sectores proporcionan una sobrecobertura.

Las predicciones más comunes, tanto para GSM como para UMTS, son:

7.1.2.2.1. Predicción de cobertura por nivel de señal recibido

Cada color del plot de cobertura indica un rango de valores de la potencia recibida o de la atenuación (path loss) sufrida por la señal. Para GSM se considera que una llamada puede cursarse hasta los –90/-95dBm, cuando el nivel de señal es menor, la calidad empieza a deteriorarse. Para UMTS el que una llamada pueda o no cursarse dependerá, como sabemos, del nivel de interferencia en cada momento de la red, sin embargo, podemos considerar que por debajo de los –120dBm la conexión no será posible. Lo normal es tomar como valores de referencia para la visualización de los plots los resultados en path loss del link budget.

Legend Thresold

-110 dBm

-105 dBm

-100 dBm

-95 dBm

-90 dBm

-85 dBm -80 dBm

Good level of service -70 dBm

Fig. 7.9. Plot de cobertura por nivel de señal

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7.1.2.2.2. Predicción de cobertura por sector

Cada color del plot de cobertura está asociado al sector o sectores de los que se recibe señal por encima de un determinado umbral. Es posible elegir la opción de visualizar únicamente el Best Server, de modo que en aquellas zonas en las que se esté recibiendo señal de más de un sector, sólo se visualizará aquella que presente mayor nivel.

Legend

Station 6 Station 5 Station 4 Station 3 Station 2 Station 1

Fig. 7.10. Predicción de cobertura por sector (en este caso, estaciones unisectoriales)

7.1.2.2.3. Predicción de overlapping

Muestra las zonas en las que el nivel de señal de recibido por parte de dos o más sectores supera un cierto umbral. Los distintos colores y tramas del plot pueden indicar zonas de solapamiento sin más, o bien, se puede asignar un código de colores según el número de sectores solapados, etc. Es útil para apreciar las zonas de posible handover, pero también para observar detalles “extraños”, como el hecho de que se en un área se solapen sectores que no deberían, posiblemente debido a la sobrecobertura de alguno de ellos.

170


Legend

Overlapping zone

Coverage Station2

Coverage Station1

Fig. 7.11. Predicción de solpamiento de celdas.

7.1.2.3. Predicciones punto a punto. Algunas herramientas permiten además obtener predicción de cobertura de señal punto a punto; seleccionando un punto concreto del mapa podemos obtener una lectura del nivel de señal recibido en ese punto por uno o varios sectores.

Fig. 7.12. Nivel de señal recibido en el punto señalado con el cursor.

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7.1.2.4. Cálculo de interferencias en GSM. El análisis de interferencias en GSM es una parte necesaria durante las fases de planificación de frecuencias y optimización de red. Para el cálculo de los niveles de interferencia global en la red se parte de los resultados de las predicciones de cobertura, cuya exactitud dependerá de la precisión de los datos de entrada (cartográficos, datos de antenas y emplazamientos) así como del error cometido, que se puede calcular comparándolo con medidas reales tal y como veremos en el apartado [..]. Entre los cálculos posibles tendremos:

• C/Ic Peor: Visualiza el peor canal interferente de frecuencia cocanal con respecto al best server para cada píxel.

• C/Ic Total: muestra la suma de todas las interferencias cocanal con respecto al best server en cada punto.

• C/Ia Peor: muestra el peor canal interferente de frecuencia adyacente a la del best server en cada punto.

• C/Ia Total: muestra la suma de todas las interferencias de frecuencia adyacente a la del best server en cada punto.

Fig. 7.13. Predicción C/Ic

Por ejemplo, la figura muestra las zonas de en las que el valor C/Ic supera el umbral de 5 dB dentro del área cubierta por las estaciones 1,2,5 y 6.

Estas predicciones de niveles de interferencia serán usadas por los módulos AFP para realizar la asignación de frecuencias.

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7.1.2.5. Planificación Automática de Frecuencias GSM: AFP

La asignación de frecuencias es una de las fases más importantes tras el despliegue de la red radio, reponsable directamente de la calidad de la red (partiendo de unos niveles de cobertura aceptables). Se suele establecer un plan de frecuencias inicial que irá sufriendo modificaciones en función de la evolución de la red en cuanto a cobertura y capacidad.

Resulta importante diferenciar entre planes de frecuencias para BCCHs y TCHs, dado que los primeros son los que más problemas de interferencia pueden causar (emiten continuamente y a máxima potencia para permitir reselección de celdas y handovers) y para los segundos se debe considerar técnicas como Fequency Hopping o la utilización de celdas concéntricas.

Las herramientas de planificación suelen incluir un módulo AFP que realiza esta función automáticamente, suelen trabajar con matrices de C/I y en base a unos mínimos de interferencia co-canal e interferencia de canal adyacente asignan los grupos de portadoras disponibles a cada célula del sistema. También permiten realizar esta función manualmente, partendo de ciertos patrones de reuso de acuerdo al espectro disponible para el operador y combinaciones de celdas interferentes.

Otro factor importante a la hora de crear un patrón de distribución de portadoras en celdas es evitar que las celdas de un mismo emplazamiento trabajen con frecuencias cuyos productos de intermodulación puedan caer en la banda de recepción GSM.

Teóricamente los valores de C/I para el sistema GSM se fijan en 12 y 9 dB para interferencia co-canal e interferencia adyacente, aunque se suele añadir un margen de 3 dB en los sistemas reales.

A continuación presentamos los pasos para la asignación de frecuencias automática en la herramienta comercial Atoll.

En primer lugar, se necesita tener una estimación del número de portadoras recomendadas para cada sector. Este dato bien puede calcularse manualmente, por medio de los patrones de distribución de tráfico, tipos de sites, etc.; o bien, algunas herramientas incorporan algoritmos que los calculan automáticamente a partir de los ficheros de tráfico GSM mencionados en el apartado 7.1.2.1. y de predicciones previas de cobertura. Son los cálculos correspondientes al área de planificación de la capacidad de la red.

Posteriormente es necesario asignar “vecinos” a cada sector de cada estación (neighbour allocation). Como vecinos, se consideran aquellos sectores situados a menos de un cierto radio de distancia, que suele elegirse muy grande para evitar problemas de interferencias, y que presentan una zona de solapamiento de coberturas definible por un mínimo nivel de señal recibida y cierto margen de handover. Este proceso también se puede hacer manualmente o bien, mediante algoritmos automáticos implementados en la herramienta.

173


Fig. 7.14. Representación de vecinos de un sector

Finalmente, conociendo el número de portadoras requerido por sector, la asignación de vecinos, las predicciones de interferencias, y otros datos que el planificador deberá introducir, tales como: separación de canales en un mismo site, en un mismo sector, en sectores vecinos y umbrales de % de área o tráfico interferidos, C/Ic y C/Ia mínimos,etc., los algoritmos de AFP asignan los canales disponibles a cada sector.

Fig. 7.15. Resultado del AFP

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7.1.2.6. Simulaciones UMTS.

Una simulación de la red UMTS consiste en primer lugar, en la creación de un escenario real siguiendo los patrones de distribución de tráfico de la red. A continuación se ejecuta un algoritmo iterativo de control de potencia (acorde con las especificaciones UMTS) que evaluará el nivel de interferencia de la red en ese momento según número de usuarios, terminales y servicios demandados, establecerá las potencias óptimas de transmisión para cada par celda servidora-móvil que hacen que el sistema sea estable, y en esta situación de estabilidad, determinará el número de usuarios que podrán ser servidos, el número de conexiones fallidas, o interrumpidas (debido a las distintas prioridades), número de usuarios en soft handover, softer handover, recursos empleados, etc. En definitiva, las simulaciones permiten observar el comportamiento de la red y su calidad en posibles situaciones reales generadas aleatoriamente para la consiguiente toma de conclusiones. Los datos de salida pueden visualizarse en forma de tablas, estadísticas y también mediante plots. En estos últimos, también es posible combinar los resultados de varias simulaciones distintas, en lugar de observar sólo el resultado de una de ellas.

Distribución del tráfico para una simulación.

Fig. 7.16. Escenario de tráfico para la simulación

175


7.1.2.6.1. Resultados númericos de la simulación

Datos Estadísticos Globales:

Tráfico generado

Comportamiento de la red

• Número de usuarios en la simulación

• Tráfico ofrecido en uplink

• Tráfico ofrecido en downlink

• Número de usuarios conectados

• Porcentajes de ususarios conectados por servicio.

• Tráfico cursado en uplink y downlink.

Fig. 7. 17. Resultados estadísticos

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177

Datos por emplazamiento • Número máximo de Channel Elements disponibles.

• Número de Channel Elements requeridos en downlink

• Número de Channel Elements requeridos en uplink

• Throughputs de los diferentes servicios (Kbits/s), considerando conexiones en handover.

• Etc.

Fig. 7.18. Resultados por emplazamiento

Datos por transmisor o sector • Potencia total transmitida en una portadora.

• Potencia media de los canales de tráfico.

• Ruido total en Uplink (interferencia intra e inter-celda, ruido térmico)

• Factores de carga uplink y downlink.

• Números de usuarios conectados en uplink y downlink.

• Usarios en soft y softer handover.

• Throughputs.

• Etc.


Fig. 7.19. Resultados por sector.

Datos por terminal móvil • Servicio, terminal, perfil del usuario, movilidad.

• Sentido de la conexión activa (UL, DL, UL+DL)

• Portadora.

• Potencia transmitida.

• Transmisor Best Server.

• Estado del handover y listado del Active Set.

• Throughputs.

• Etc.

Fig. 7.20. Resultados por terminal o conexión establecida.

Estos resultados son los datos de entrada para el cálculo de predicciones relacionadas con la calidad de servicio UMTS.

178


7.1.2.6.2. Predicciones UMTS

Contaminación de pilotos. Similar a la predicción de overlapping : se muestran aquellas áreas en las que se reciben con suficiente nivel más señales piloto que el tamaño máximo del Active Set de un móvil.

Plots de zonas de servicio downlink. Son las zonas en las que hay un transmisor (o varios en macrodiversidad) que proporcionan al móvil canales de tráfico con una relación Eb/Nt sufieciente para obtener un servicio.

Plots de zonas de servicio uplink. Son las zonas en las que la relación Eb/Nt recibida de un móvil fictício es suficiente para que un transmisor pueda obtener cierto servicio.

Estado del handover. Se muestran con distintos colores las zonas en las que un móvil ficticio tiene en su Active Set:

• Un solo transmisor: no hay handover (1/1)

• Dos transmisores de distintos emplazamientos: soft handover (2/2)

• Dos transmisores del mismo emplazamiento: softer handover (1/2)

• Tres transmisores de distintos emplazamientos: soft-soft handover (3/3)

• Tres transmisores, entre los cuales, dos de ellos son del mismo emplazamiento: softer-soft handover (2/3).

• Tres transmisores del mismo emplazamiento (1/3).

7.1.2.7. Importación de medidas

Ya se ha mencionado que las predicciones de cobertura presentan un cierto error, calculable mediante la comparación con medidas reales. Estas medidas ayudan al ajuste de los modelos de propagación utilizados por lo que son de suma importancia para que la herramienta pueda proporcionar resultados fiables.

179

La siguiente tabla muestra una serie de medidas importadas a la herramienta. Las medidas van asociadas a un transmisor y una determinada portadora. X es la longitud del punto de medida, Y es la latitud, y M es el valor de la medida en dBm.

Posteriormente sobre esas mismas coordenadas se ha lanzado una predicción de nivel de señal recibido de ese mismo transmisor, cuyos resultados son la potencia recibida P (dBm) y el error respecto al valor real (M-P).


Fig. 7.21. Medidas importadas y cálculo del error respecto a la predicción

Estos datos se pueden representar gráficamente. Como vemos en esta gráfica la herramienta es bastante optimista, dado que hay un error medio de unos 30 dBs entre la predicción y la medida exacta, lo cual es muchísimo. En la figura siguiente, se supone que el modelo ha sido calibrado, consiguiéndose valores de predicción mucho más exactos.

Visualización de las medidas (rojo) y de las predicciones (azul).

Visualización del recorrido realizado en el drive test . Cada color simboliza un nivel de señal recibida distinto. Puesto que el rojo (mayor señal) se encuentra mayoritariamente en la zona sureste, el probable que el drive test sea del sector 2.

Modelo no calibrado

180

Visualización de las medidas (rojo) y de las predicciones (azul).

Modelo calibrado.


Fig. 7.21. Calibración de modelos de propagación.

7.1.2.8. Elaboración de informes

181


Todas las herramientas presentan facilidades para la generación de informes como el de la figura.

Fig. 7.22. Informe mixto de predicción, estadísticas y perfil de terreno.

7.2. Herramientas de visualización de mapas: MapInfo.

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Las herramientas de visualización de mapas son utilizadas por los planificadores radio para el tratamiento visual de la información asociada al proyecto. Dada su estructura en capas superpuestas seleccionables (por ejemplo, regiones, autovías, carreteras, ríos, costa, etc.), la capacidad para la creación de capas de usuario (por ejemplo, puntos nominales, candidatos, emplazamientos finales, nodos de transmisión) y para la realización de mapas temáticos (por ejemplo, asignar color rojo a sites caidos, amarillo a sites en negociación, verde a sites adquiridos, marrón a sites construidos, etc.) son muy útiles para el seguimiento del proyecto y para la realización de informes.

En este apartado explicaremos algunas de las funcionalidades de una de las herramientas más extendidas: MapInfo.

MapInfo maneja tablas, capas y ventanas, y ofrece distintas funcionalidades para la visualización, manipulación y adición de datos al área de trabajo. Una tabla no es más que un registro de información parecido a una hoja excel, cuando esta tabla presenta contenido gráfico (porque contiene información de coordenadas), a la visualización de este contenido es a lo que llamamos capa. Las ventanas pueden ser de distintas clases en función de la información que nos muestren.

7.2.1 ¿Qué ficheros contienen la información de una tabla?

Cualquier tabla en MapInfo está formada por al menos, los siguientes dos archivos.

• Nombre_tabla.tab: es un pequeño fichero de texto que describe la estructura de la tabla y el formato de los datos.

• Nombre_tabla.dat: o Nombre_tabla.wks,.dbf,.xls: Este archivo contiene los datos tabulares o registros de información.

Si la tabla contiene objetos gráficos, además aparecen estos dos archivos:

• Nombre_tabla.map: Mapas, geometrías, es decir, objetos gráficos.

• Nombre_tabla.id: Vinculación de ambos registros (.map↔ .dat)

Además, es posible un quinto archivo Nombre_tabla.ind, si generamos campos indexados para facilitar búsquedas dentro de MapInfo.

7.2.2. ¿Qué tipos de ventanas hay en MapInfo?

Disponibles en el menú Window.

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• Map Window: Para visualizar sobre un mapa la información gráfica asociada a las tablas, es decir, un capa.

• Browser window: Muestra la información de registros de las capas. Su aspecto es similar al de una hoja excel.

• Graph Window: Permite la realización de gráficos asociados a los registros de datos de las capas.

• Legend Window: Permite la realización de leyendas asociadas a mapas, mapas temáticos, gráficos, etc.

• Lay Out Window: Es necesario abrir una ventana de este tipo para formatear e imprimir el contenido de las otras ventanas por impresora, plotter, etc. o exportarlo a Word.

Fig. 7.23. Tipos de ventanas

7.2.3. ¿Cómo se incorpora una capa al proyecto?

184


Mediante File → Open Table, abre un cuadro de diálogo en el que seleccionaremos el archivo .tab de la tabla que nos interese abrir. También se permite aquí seleccionar la vista que queremos para esa tabla: Current Mapper y New Mapper abrirá la información gráfica sobre ventanas de mapa existentes o nuevas respectivamente, New Browser Window abrirá los datos asociados en formato Browser. Automatic seleccionará automáticamente la vista más adecuada en función de que la tabla contenga datos gráfico o no.

Fig. 7.24. Información en capas superpuestas

Por ejemplo, queremos crear un mapa de la zona con las siguientes capas: Roads.tab, Water.tab, Borders.tab, Regions.tab y Streets.tab. Se seleccionan todos los archivos sobre una vista New Mapper y aparacerán inmediatamente en pantalla. Cada capa se mostrará superpuesta a la anterior según el orden en que han sido seleccionadas, pero más adelante veremos cómo MapInfo permite gestionar el orden de las capas mediante su funcionalidad de control de capas.

7.2.4. ¿Cómo crear una capa nueva a partir de nuestros datos?

Supongamos que queremos crear una capa denominada “Puntos nominales” y visualizarlos como pequeños círculos en el mapa de zona anterior. Podemos importar los datos de una hoja excel, donde necesariamente aparecerán dos columnas de coordenadas: latitud y longitud, aparte de todos los campos que nos interesen: Código del Site, Nombre, Fase, Municipio, Número de sectores nominales, Orientaciones nominales, etc. Primero abrimos el fichero .xls con File->Open Table y a continuación, aparece un cuadro de diálogo en el que especificaremos el rango de filas/columnas con nuestros datos. Si la primera fila de la hoja excel corresponde a títulos, marcaremos la casilla “Use Row Above”. Es importante que las coordenadas correspondan a la latitud y la longitud del punto y que estén en grados decimales y no en grados, minutos y segundos.

Fig. 7.25. Browser con coordenadas del punto.

Examinamos en el browser qué columnas contienen la latitud (coordenada Y) y la longitud (coordenada X). Seleccionamos Table-> Create Points, y rellenamos el cuadro de la figura

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7.26. También se debe seleccionar la proyección necesaria para la correcta visualización de nuestros datos.

Fig. 7.26. Cuadro de diálogo “Create Points”

A continuación deberemos guardar la tabla creada, File-> Save Table As, y mediante el control de capas, añadirla a la ventana de mapa existente para su visualización.

Siguiendo con el ejemplo anterior, tenemos un mapa con las siguientes capas: Roads, Water, Borders, Regions y Streets. Y queremos añadirle la capa recién creada con la posición de todos los puntos nominales. Para ello, deberemos añadirla al mapa mediante la opción Add del control de capas.

186


7.2.5. Control de capas

El control de capas es muy útil para manejar las capas de un mapa, y colocarlas en el orden que nos interese, etiquetarlas, modificar el color de los objetos gráficos que contienen, etc. Teniendo seleccionada la ventana de mapa que queramos ordenar o modificar, este icono abre el menú de control de las capas existentes, que consiste en el siguiente cuadro:

Fig. 7.27. Icono del control de capas

Mostrar etiquetas. Visualiza algún dato de texto en el mapa.

Capa Visible. Si no está marcado, no veremos la capa sobre el mapa.

Listado de capas abiertas. La Capa Cosmética siempre está presente y superpuesta al resto.

Capa Editable. Si está marcada podremos modificar e incluso borrar los objetos de la capa sobre el mapa.

Capa Seleccionable. Si está marcada podremos seleccionar los objetos de la capa sobre el mapa. Primero se seleccionan los de la capa que ocupa un lugar más alto en el control de capas.

Display. Permite elegir el color, tamaño, etc, con el que se visualizan los datos de cada capa.

Label. Permite elegir el campo que se visualizará como etiqueta de un objeto, y el formato del texto: font, color, tamaño, etc.

Añadir/quitar capas.

Reordenar capas. Cambia el orden en que se visualizan superpuestas unas a otras.

Fig. 7.28. Cuadro de diálogo del control de capas

Para añadir la tabla Puntos_nominales al mapa anterior, seleccionamos Layers->Add y el nombre de la tabla. Esta aparecerá en último lugar dentro de la lista de capas abiertas por lo que nos interesará ponerla superpuesta a todas ellas mediante Reorder->Up para que sea bien visible. Si queremos que al lado de cada punto se muestre su código, marcaremos la casilla de Mostrar etiquetas, y abriremos el menú Label en el que seleccionaremos la fuente del texto, tamaño, color, posición relativa respecto al objeto y el campo con cuyo valor se etiquetarán los objetos, que en nuestro caso sería el código.

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7.2.6. Creación de nuevas tablas mediante la capa cosmética

Todas las ventanas de mapas en MapInfo tienen una capa cosmética. Consiste en una capa transparente que siempre está situada por encima de todas las demás, no se puede borrar ni reordenar. Almacena títulos, etiquetas y otros objetos gráficos que creémos durante la sesión de MapInfo.

En efecto, si se hace editable la capa cosmética, todos los objetos que dibujemos sobre el mapa quedan “impresos “ sobre ella. Es posible guardar esta capa con un nuevo nombre mediante la acción Map-> Save Cosmetic Objects-> New Table-> (nombre de la tabla).

Fig. 7.29. Superposición de la capa cosmética a los mapas

La información de datos asociada a la nueva tabla (visible mediante una ventana tipo Browser) consiste en una única columna, de título Id, con tantas filas como objetos hayamos creado y por defecto, todos los datos son 0. Podemos modificar el título de esta columna, e incluso añadir más columnas a la tabla y reordenarlas con Table-> Maintainance-> Table Estructure. Los datos de estas columnas, que inicialmente valen 0, pueden modificarse a mano sobre el browser, o bien, pueden actualizar su valor automáticamente por ejemplo, copiando los datos de otra tabla, o con los resultados derivados de aplicar alguna función disponible en MapInfo.

Para modificar de forma automática un campo de una tabla utilizaremos el menú Table-> Update Column que se muestra en la figura 7.30. El desplegable Calculate contiene las funciones existentes en MapInfo para cálculos automáticos, que no citaremos en este documento.

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Fig. 7.30. Modificar columnas de una tabla.

7.2.7. Creación de un mapa temático

Supongamos que en la información asociada a la tabal de puntos nominales que hemos importado de excel tenemos un campo llamado “Ingeniero_Responsable”, y queremos que cada círculo representando un punto nominal tenga un color distinto en función del ingeniero que lo lleva. Para ello, crearemos un mapa temático asociado al campo “Ingeniero_Responsable”. En el menú Map -> Create Thematic Map , eligiremos la opción “Individual” puesto que la capa temática cva a depender de los valores individuales de una columna de datos: los nombres de los responsables (no se trata de un rango de valores, por ejemplo). A continuación se le dice la columna de la que va a depender el color del punto, y si queremos añadir una leyenda. Inmediatamente veremos los cambios realizados sobre el mapa.

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Fig. 7.31. Selección de mapas temáticos

Si abrimos el control de capas, veremos que ha aparecido una nueva capa, llamada capa temática, que podremos editar, etiquetar e incluso borrar si nos interesa.

7.2.8. Creación de un Workspace

Un Workspace es una sesión de trabajo en MapInfo que queda registrada en un fichero de texto detallando las tablas, ventanas abiertas y operaciones realizadas durante esa sesión. Es útil siempre que se vaya a manejar las mismas tablas en repetidas ocasiones, para no tener que abrirlas una a una cada vez. Su contenido es modificable en otra sesión de MapInfo, o bien, abriendo el fichero asociado .WOR con un editor de texto.

Por ejemplo, para guardar nuestro mapa con los puntos nominales etiquetados por códigos, basta con File->Save Workspace ->(nombre del workspace), por ejemplo, Plan_Nominal.wor. De este modo, abriendo ese fichero con File-> Open Workspace recuperaremos el mapa creado con todas sus capas, y no será necesario volver a abrirlas una a una.

Los workspaces que se pueden crear en un despliegue radio son los que contienen los planes nominales, que muestran todos los puntos nominales de la red ordenados en varias capas (por fase, por región), o bien, los que muestren el estado de la red, con la posición de los candidatos que se han dado en visual, los replanteados, los adquiridos, los construidos, etc.

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7.3. Teléfono modo ingeniería: Netmonitor de Nokia.

El siguiente apartado describe algunas de las pantallas más importantes del modo ingeniería disponible en algunos modelos de teléfonos Nokia, como el 6210. Las pantallas “Field Test Display” están disponibles únicamente en aquellos terminales equipados con un software especial (Netmonitor) y no en los terminales estándar. Permite verificar el funcionamiento de redes GSM900 y GSM1800, y de las redes duales GSM900/18000.

• Un teléfono equipado con Field Test Display no es un dispositivo de medidas calibrado, por tanto debe tenerse en cuenta que:

• Los valores de medida visualizados son aproximados (por ej. Valores RSSI, Relative Signal Strenght Indicator, en las pantallas 1,3,4 y 5)

• Debido a que la información no siempre se actualiza en tiempo real, los valores de medida pueden haber cambiado antes de que se registre este cambio en la pantalla.

7.3.1. Activación y desactivación

Para activar las pantallas de monitorización de red, se accede al Menú → Net monitor. Y a continuación el número de test (pantalla) al que queramos acceder, o bien un “0” para descativarlo.

Fig. 7.32. Menú de activación del Net monitor.

Cuando el Field Test Display está activo, el teléfono funciona de la misma forma que si estuviera inactivo (podemos realizar o recibir llamadas), salvo que las flechas permiten navegar a través de todas las pantallas de test.

7.3.2. Modos de prueba

• Modo ejecución (pantallas 13,17 y 19): accesible a través de dichas pantallas, permite realizar pruebas. Se trata de pruebas del tipo once-off, es decir, debe apagarse el terminal y cuando se vuelve a conectar empieza el test. Para ejecutar otro test es necesario volver a reactivar el menú NET MONITOR.

• Modo visualización de datos: visualiza información en la pantalla (portadora, potencia, nivel, celda)

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• Modo ayuda: aporta información sobre cada test. Para pasar del modo display al modo ayuda se debe mantener presionada la tecla [*+].

7.3.3. Tests disponibles

La siguiente tabla muestra las pantallas de los tests más usuales.

Pantalla 1: Información de serving cell (tx)

Pantalla 1: Información de serving cell (idle)

Pantalla 2: Más información de la serving cell.

Pantalla 3: Información de la serving cell y de las dos vecinas más fuertes.

Pantalla 4: Información de la 3ª, 4ª y 5ª celdas vecinas más fuertes.

Pantalla 5: Información de la 6ª, 7ª y 8ª celdas vecinas más fuertes.

Pantalla 6: Pantalla de selección de red.

Pantalla 7: Bits de información del sistema para la serving cell.

Pantalla 10: Valores del periodo de repetición de paging, TMSI y temporizador de actualización periódica de posición, AFC y AGC.

Pantalla 11: Parámetros de red.

Pantalla 12: Cigfrado, estado de DTX, e IMSI.

Pantalla 13: Uplink DTX switching display.

Pantalla 17: Switch BTS_TEST status.

Pantalla 18: Control de luces de la pantalla.

Pantalla 19: Toggle cell barred status.

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A través de estas pantallas se puede obtener la siguiente información :

• Número de portadora: rangos 1-124 en GSM900 y 512-885 en GSM1800.

• Potencia recibida en el móvil en dBm.

• Calidad de la señal recibida. El rango en GSM es 0-7.

• Nivel de la potencia transmitida por el móvil. Rango: 5-19.

• Criterio de path loss C1, usado para selección y reselección de celda, el rango en GSM es [-99,999].

• Criterio C2 de reselección de celda. Rango [-99,999].

• BSIC (Base Station identity Code)

• RLT (Radio Link Timeout)

• Timeslot. Rango 0-7.

• Indicador de estado “No Serv Power Save”

• Indicador de estado del transmisor.

• Información de parámetros de red

• TMSI (Temporary Mobile suscriber Identity)

• Identificación de celda (Cell ID, número de la celda usada)

• MCC (Mobile Country Code)

• MNC (Mobile Network Code)

• Cifrado (on/off)

• Hopping (on/off)

• DTX (on/off) (Transmisión discontinua)

• Discarding cell barred information.

Además, para las 6 celdas vecinas cuyo BCCH se recibe más fuerte se visualiza:

• Número de portadora BCCH.

• C1

• C2

• MS RX level

• BSIC

Se puede encontrar un manual del Netmonitor de Nokia en la dirección de Internet http://www.nobbi.com/download/nmmanual.pdf. En este documento describiremos únicamente las tres primeras pantallas de visualización, y la pantalla 17 de ejecución de test.

193

http://www.nobbi.com/download/nmmanual.pdf


7.3.4. Display 1: Información de la celda servidora

Si el móvil está usando un canal de tráfico TCH, es decir, durante la realización de una llamada o actualización de su posición, la pantalla 1 ofrece la siguiente información:

Letras Significado Comentarios

Si las portadoras cambian debido a frequency hopping ON, se muestra una “H”. a

Flag de Frequency Hopping

Si no hay cambio de portadoras, no aparace nada.

Nº de portadora DCH Si el móvil está en transmisión. bbb

Nº de portadora CH Si el móvil está en IDLE, escuchando el BCCH.

ccc Potencia RX. Valor en dBm

ddd Nivel de potencia TX. Si elmóvil está transmitiendo el símbolo * antecede al valor ddd.

e Time Slot Rango: 0-7

ff Timing Advance Rango 0-63.

g RX quality (sub) Rango 0-7.

mmmm Radio Link Timeout Si el valor es negativo, se muestra un 0. El máximo valor es 64. Cuando el móvil no está transmitiendo se muestra “xx”.

nnn Criterio C1 de Path loss Rango:-99-999

ppp Criterio C2 de reselección de celda. Rango:-99-999

Tipo de canal actual:

THR0 TCH HalfRate (HR) subchannel 0 THR1 TCH HalfRate (HR) subchannel 1 TFR TCH FullRate (FR) TEFR TCH EnhancedFullRate F144 TCH FR data channel, speed 14.4 Kbps F96 TCH FR data channel, speed 9.6 Kbps F72 TCH FR data channel, speed 7.2 Kbps F48 TCH FR data channel, speed 4.8 Kbps H480 TCH HR data channel, speed 4.8 Kbps, subch 0 H481 TCH HR data channel, speed 4.8 Kbps, subch 1 H240 TCH HR data channel, speed 2.4 Kbps, subch 0 H241 TCH HR data channel, speed 2.4 Kbps, subch 1 FA TCH FR signalling only (FACCH) channel FAH0 TCH HR signalling only (FACCH) channel, subch 0 FAH1 TCH HR signalling only (FACCH) channel, subch 1 SDCC SDCCH AGCH Access Grant CHannel CCCH Uno de los Common Control Channels CBCH CCCH y recepción de Cell Broadcast ON BCCH Broadcast Control Channel SEAR SEARching for available networks

oooo

NSPS La estación MS está en estado “No Service, No Power”

Esquema de la pantalla 1

01 21:45 abbb ccc ddd e ff g mmmm nnn ppp

oooo

Contenido del modo ayuda de la pantalla 1

01 21:45 CH RxL TxPwr TS TA RQ RLT

C1 C2 CHT

194


7.3.5. Display 2: Más información de la celda servidora


Modo Paging

NO Normal Paging

EX Extended Paging

RO Paging Reorganization

aa

SB Same as Before

b Número máximo de retransmisiones de Random Access

c Indicador de Roaming Valores “R” o “ “.

Bdd Letra B y valor BSIC Rango 0-63.

ee Razón de la liberación de la última llamada.

f RX quality (full) Rango 0-7.

ggg Offset de Reselección de Celda

Rango 0-126 dB ( 0 - 63 * 2 dB ) “xxx” en modo dedicado.

hh Offset temporal. Rango 0-60 dB. (0 – 7 * 10 dB). 70 dB significa tiempo infinito.

iii Tiempo de penalización Rango 0- 620 msg. (0 – 31 * 20 sg)

02 21:45 aa b c Bdd ee f ggg hh iii H=j mm nn


02 21:45 PM RAR Ro BC RelR QLF CRO TO PenT H MAIO HSN
Contenido del modo
ayuda de la pantalla 2
“xxx” en modo dedicado.
Canal Hopping

0 Single RF channel.

j

1 RF Hopping channel.

mm Mobile Allocation Index Offset, MAIO Rango: 00-63 / “XX” si H=0.

nn Hopping Sequence Number, HSN Rango: 00-63 / “XX” si H=0.

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7.3.6. Display 3: Celda servidora, 1ª y 2ª celdas vecinas


aaa Número de portadora En decimal.

Modo idle: Valor C1 Rango: -99-999 bbb

Modo ded.: “B” y BSIC

ccc Nivel rx En dBm , el signo “–“ no se muestra si el nivel es inferior o igual a –100 dBm.

ddd Valor C2 Rango –99-999

e,g “F” Si la celda corresponde a un área de localización prohibida.

“B” Celda barred

“N” Celda de prioridad normal

f,h

“L” Celda de baja prioridad

Fila del display Información

1ª Información de celda servidora

2ª Información de la 1ª vecina

03 21:45 aaa bbb ccc ddd aaa bbb ccc ddd aaa bbb ccc ddd ef gh


03 21:45 SCH C1 rx C2 SCH C1 rx C2 SCH C1 rx C2 1N 2N
Contenido del modo

3ª Información de la 2ª vecina

4ª, ef Información de la 1º vecina

5ª, gh Información de la 2ª vecina.

7.3.7. Display 17: Cambio de estado del BTS_Test

Esquemas de la pantalla 17 Contenido del modo


17 21:45 Use menu to Toggle BTS test ON/OFF

17 21:45

BTS TEST ON

17 21:45

BTS TEST OFF

Esta pantalla se usa para cambiar el flag de BTS_TEST en la EEPROM. Si BTS_TEST está activo entonces el móvil únicamente usa el número de portadora almacenado en la posición 33 de la agenda SIM. Además, todos los mensajes de información de sistema relativos a celdas vecinas serán ignorados.

Si se desactiva, se ignorará la dirección 33 de la agenda SIM y el móvil se comportará de modo normal, es decir, realizará medidas sobre las celdas vecinas de acuerdo a las especificaciones.

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Para activar el BTS_TEST:

• Grabar el número de portadora que nos interese en la posición 33 de la SIM.

• Seleccionar el display 17 y activar el test (OK).

• Desconectar el móvil y volverlo a encender.

Si la activación ha funcionado, la pantalla 17 mostrará el mensaje BTS_TEST ON o, en el Nokia 6210, BTS_TEST REQUESTED.

Para desactivar el test, hay que seleccionar en el display 17 la desactivación (OK) y desconectar y volver a conectar el aparato.

Este test es útil cuando por ejemplo, queremos observar el nivel de potencia recibido de una determinada portadora para comprobar hasta qué distancia proporciona un buen nivel de señal. Si no forzamos al móvil a estar enganchado siempre a la misma BCCH, no podremos evitar la reselección de celda en cuanto la recepción de una celda vecina sea mejor.

7.4. Otras herramientas

Equipamiento para Drive Tests

Por ejemplo, el sistema TEMS de Ericsson para GSM, que consiste en un teléfono móvil con un software especial (estos teléfonos son muy caros) que se conecta a un portátil donde también se ha cargado el sotware TEMS, una antena externa conectada al móvil y que se suele colocar sobre el techo del coche y por último, un GPS también conectado al portátil para la extracción de las coordenadas de cada uno de los puntos medidos.

Existen tres modos para la realización de drive tests con TEMS:

• Idle

• Dedicado

• Scan

En el modo Idle el móvil no está en comunicación, simplemente está a la escucha de la portadora BCCH que recibe con mayor potencia y registra de este modo los cambios de célula a medida que se mueve por la red.

Brújula e inclinómetro Normalmente van incorporados en el mismo aparato. La brújula mide orientaciones y el inclinómetro puede medir inclinaciones pero también alturas.

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Visor

Cara inclinómetro

Cara brújula

270º

180º

90º

0º N

-10º

0º 5º -5º 10º 0%

2%

2%

Fig. 7.33. Brújula/Inclinómetro

Este tipo de brújulas son muy sencillas de utilizar, aunque al principio requieren un poco de entrenamiento con los ojos. La razón es que con un ojo hay que mirar el objeto del horizonte que se quiere medir y con el otro, apoyado en el visor, se obtiene la lectura correspondiente. Una de las caras actúa como brújula (se debe sostener en horizontal) y la otra como inclinómetro (se debe sostener en vertical).

El inclinómetro presenta dos escalas: una con los grados de inclinación, y la otra con la pendiente existente hasta el objeto. Esta última es útil para calcular alturas, y en ocasiones nos vendrá bien. Por ejemplo:

93%

¿Con qué altura en la torre se garantiza que salvaremos el

Posición de la torre a desplegar

15 mts

Lectura Inclinómetro

Fig. 7.34. Ejemplo de uso del inclinómetro

198


Es posible que debamos desplegar una torre cerca de unos árboles. Aparte de elegir la altura de la torre en función de la cobertura que queramos proporcionar, también tenemos que asegurarnos de que el haz principal no se “estampará” de lleno en las copas de los árboles. Pero el problema es que desconocemos su altura.

1) Nos alejamos a una distancia conocida de los árboles, por ejemplo, 15 metros (medidos con cinta métrica). No es necesario que sea el punto en el que va a estar la torre como en la figura, sino sólo una distancia medible y conocida que sirva de referencia.

2) Dedsde ese punto, miramos hacia la parte más alta del árbol/grupo de árboles y leemos la escala del inlicnómetro, por ejemplo: 93%.

3) Este valor de pendiente, considerando que estamos a 15 metros de distancia, indica que los árboles miden 14 metros.

Con una torre de 20m, las antenas en su parte alta estarían a 6m por encima de los árboles. Para salvar una distancia de 15m a un obstáculo, necesitaríamos unos 15m/3m = 5m de altura por encima de él, y con 20m lo estamos cumpliendo para la parte alta de la antena (pero no para la parte baja, eso depende del criterio del operador). De todos modos, es muy probable que la torre sea superior a 20m para lograr el alcance deseado y porque no hay que olvidar una cosa.. ¡Los árboles crecen!

Esto que hemos visto a modo anecdótico se puede usar en muchos casos, y también en zonas urbanas, en las que existe un edificio algo más alto que nuestro candidato justo al otro lqado de la calle y en la dirección de un sector, y debemos asegurarnos de la altura necesaria para salvarlo.

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MÓDULO DE PLANIFICACIÓN RADIO CAPÍTULO 8. Legislación de Interés

8. LEGISLACIÓN DE INTERÉS

8.1. Real Decreto 1066/2001, del 28 de Septiembre.

En lo que respecta a operadores móviles, establece tres obligaciones:

• Para la solicitud de autorización de nuevos emplazamientos radioeléctricos será necesario aportar, previo a la puesta en funcionamiento de la estación, un estudio con los niveles de radiación previstos en las inmediaciones de las antenas. Este estudio debe contemplar el trazado de volúmenes de protección, dentro de los cuales, se deberá impedir el acceso al público en general, si fuera necesario, mediante el vallado de la zona.

• En el caso de emplazamientos autorizados con anterioridad a la entrada en vigencia del Real Decreto, se deberá presentar un estudio con el cálculo teórico de niveles de radiación en las inmediaciones de las antenas, así como un informe de medidas realizadas que certifique que no se superan los niveles máximos permitidos.

En ambos casos, si la estación se encuentra en las proximidades de las denominadas “zonas sensibles” (colegios, guarderías, hospitales, residencias geriátricas, parques, etc.), se deberá presentar un estudio teórico de niveles de radiación en dichas áreas, y en el caso de emplazamientos autorizados y en funcionamiento, un informe de medidas adicional.

• Anualmente, para todas aquellas estaciones en funcionamiento, deberá emitirse una certificación confirmando que se han mantenido los niveles de emisión por debajo de los máximos admisibles. Esta certificación deberá incluir un apartado de medidas en los siguientes casos:

Si se trata de una estación autorizada en el transcurso de ese año, y de la que por lo tanto, la administración no dispone de medidas, sino que únicamente se presentó el estudio teórico.

Si se trata de una estación certificada con medidas, pero en la que se ha modificado alguna de sus características radioeléctricas, por ejemplo, un cambio de configuración del equipo, inclusión de nuevas antenas de otro sistema, etc.

En el caso de emplazamientos compartidos por varios operadores, estos deberán facilitarse los datos necesarios para la realización de los estudios teóricos de niveles de emisión, que podrán ser presentados conjuntamente o de forma individual.

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Los niveles de emisión radioléctrica que serán usados como referencia en las medidas son:

Gama de frecuencias

Intensidad de campo E (V/m)

Intensidad de campo H (A/m) Campo B (µT)

Densidad de potencia equivalente de onda plana

(W/m2)

0-1 Hz - 3.2 x 104 4 x 104

1-8 Hz 10000 3.2 x 104/ f2 4 x 104/ f2

8-25 Hz 10000 4000/f 5000/f

0.025-0.8 KHz 250/f 4/f 5/f -

0.8-3 KHz 250/f 5 6.25 -

3-150 KHz 87 5 6.25 -

0.15-1 MHz 87 0.73/f 0.92/f -

1-10 MHz 87/ f1/2 0.73/f 0.92/f -

10-400 MHz 28 0.73/f 0.092 2

400-2000 MHz 1.375f1/2 0.0037f1/2 0.0046f1/2 f/200

2-300 GHz 61 0.16 0.20 10

8. Esop

En

Y ceau

Niveles de referencia para campos eléctricos, magnéticos y electromagnéticos (0 Hz-300 GHz, valores rms imperturbados)

2. Orden Ministerial CTE/23/2002, del 11 de enero

tablece las condiciones para la presentación de estudios y certificaciones por parte de los eradores de servicios de radiocomunicaciones.

primer lugar, establece una clasificación de estaciones:

Clase Ubicación PIRE

ER1 Suelo urbano > 10 W

ER2 Suelo urbano ≤ 10 W

ER3 Suelo no urbano, en cuyo entorno existan áreas en las que puedan permanecer habitualmente personas. > 10 W

ER4 Suelo no urbano, en cuyo entorno existan áreas en las que puedan permanecer habitualmente personas. ≤ 10 W

a continuación ofrece los formatos de certificaciones de estaciones en proyecto, rtificaciones anuales de estaciones instaladas y certidicaciones de estaciones radioeléctricas torizadas con anterioridad al 1 de octubre de 2001.

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MÓDULO DE PLANIFICACIÓN RADIO CAPÍTULO 8. Legislación de Interés

En todas ellas, los datos demandados son:

1. Características generales:

Tipo de Sistema: LMDS, UMTS, GSM, soporte de difusión

Operador : Nombre o razón social.

Tipo de estación: ER1, ER2, etc.

2. Datos correspondientes al emplazamiento:

Situación: Calle , plaza o lugar geográfico.

Población:

Término Municipal:

Provincia:

Coordenadas geográficas:

Cota del terreno/nivel del mar:

Altura de la antena/terreno:

¿Se trata de un emplazamiento compartido?: Sí/No.

3. Características radioléctricas de la estación:

Código identificativo de la estación:

Sector de radiación:

Frecuencias de transmisión:

Polarización:

Ganancia de la antena:

PIRE máxima por portadora:

Número de portadoras:

PIRE máxima total:

Acimut de máxima radiación:

Abertura horizontal del haz:

Abertura vertical del haz:

Inclinación del haz sobre la horizontal:

Nivel lóbulos secundarios:

En el caso de estaciones proyectadas, se incluiría un cálculo de los niveles de emisión en las inmediaciones de las antenas, mientras que en los otros dos casos, se aportaría el informe de medidas realizadas.

La orden también incluye el procedimiento para la realización de medidas:

• Un fase primera, que es la que llevarán a cabo los operadores móviles, en la que se pretende medir, en las inmediaciones de la antena, el campo eléctrico E (V/m) para campo lejano, E y H, si se considera que estamos en campo cercano. Se debe usar sondas isotrópicas de banda ancha, identificar los puntos de medida sobre la azotea donde la exposición sea máxima y tomar muestras (sin la proximidad del técnico a la sonda) por

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valor de 6 minutos en cada punto de exposición, a razón de una muestra por segundo. El resultado se promediará y se comparará con los niveles de decisión: 6dB por debajo de los niveles de referencia.

• Si algún punto de las mediciones supera los niveles de decisión, deberá pasarse a la fase 2 de medidas. Las fases 2 y 3 pueden consultarse en el texto de la Orden; pero no son las que se están utilizando en móviles.

Por último, mencionar que las certificaciones deben estar firmadas por un ingeniero colegiado, técnico o superior, y visadas por el colegio de ingenieros antes de su entrega a la administración.

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Planificación Radio

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