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3. Planificación radioeléctrica con Atoll.
El objetivo de este documento es planificar y diseñar una red de
comunicaciones móviles UMTS que dé cobertura al núcleo urbano de la ciudad
de Sevilla.
Para ello se empleará la herramienta software de planificación y simulación
radioeléctrica Atoll, desarrollada por la empresa FORSK. Con la ayuda de esta
herramienta se determinarán los parámetros de diseño de la red y se realizarán
las simulaciones pertinentes para verificar que se han alcanzado los objetivos
de calidad.
3.1. Acerca de Atoll.
Hoy día ya no se concibe la realización manual o mediante alguna
programación de todos los cálculos necesarios para la planificación
radioeléctrica tal y como se describía en el capítulo 2 de este documento. En un
entorno profesional se recurre siempre a herramientas informáticas de
planificación, salvo casos muy simplificados.
ATOLL es un entorno de planificación radio basado en ventanas, fácil de usar,
que da soporte a operadores de telecomunicaciones inalámbricas durante todo
el tiempo de vida de la red. Desde el diseño inicial, hasta la fase de
optimización y durante las distintas ampliaciones [2].
Más que una herramienta de ingeniería, ATOLL es un sistema de información
técnico abierto, escalable y flexible que puede integrarse fácilmente en otros
sistemas de telecomunicaciones, aumentando la productividad y reduciendo los
tiempos de desarrollo.
ATOLL permite una amplia variedad de escenarios de implantación. Desde un
único servidor, hasta configuraciones que usen computación paralela y
distribuida.
Las principales características de Atoll son las siguientes:
• Propiedades avanzadas en el diseño de redes: herramienta de cálculo de
propagaciones de altas prestaciones, soporta redes multicapas y
jerárquicas, modelado de tráfico, planificación automática de frecuencias
y códigos y optimización de red. Soporta tecnologías GSM/TDMA, GPRS-
EDGE, CDMA IS-95, W-CDMA / UMTS, CDMA 2000. Permite planificación
de redes de tecnologías híbridas (GSM/UMTS, GSM/GPRS, CDMA/CDMA
2000…).
• Arquitectura abierta y flexible: soporta entornos multiusuarios gracias a
una arquitectura de bases de datos innovadora, que permite compartir
datos, gestionar la integridad de dichos datos y una sencilla integración
con otros sistemas de telecomunicaciones. Permite la integración de
módulos propietarios (modelos de propagación y AFP) gracias a un
conjunto de interfaces de programación (API). También permite la
integración de macros.
• Cálculos distribuidos y paralelos: ATOLL permite el reparto de la
computación entre distintas estaciones de trabajo y soporta cálculos en
paralelo en servidores multiprocesador, reduciendo significativamente los
tiempos de simulación y de predicción, sacando el máximo partido del
hardware disponible.
• GIS de última generación: ATOLL soporta datos geográficos multi-
formato y multi-resolución y la integración con herramientas GIS.
Permite cargar complejas bases de datos con información geográfica y
mostrarlas de manera interactiva con múltiples capas, incluyendo las de
los estudios de ingeniería y predicción. Incluye editor de raster y
vectorial.
ATOLL está formado por un módulo principal al que puedes añadir módulos
como el módulo UMTS (permitiendo proyectos CDMA/CDMA 2000) específico
para el análisis y la planificación de redes W-CDMA/UMTS; el módulo de
Medidas que permite importar y gestionar medidas concretas de CW o datos
de test de trayectos móviles; el módulo de Planificación automática de
frecuencias para la optimización de planes de frecuencia GSM/TDMA y el
módulo de Planificación de Microondas. Este módulo permite al usuario
planificar y analizar enlaces de microondas.
Las ventajas que para nuestros fines se obtienen de esta aplicación se basan
fundamentalmente en tres aspectos:
• Nos permite disponer de bases de datos topográficos de gran resolución
y acceder a ellos para obtener perfiles del terreno y datos que se
utilizarán para realizar los cálculos de propagación.
• Nos permite emplear métodos de predicción de la propagación
radioeléctrica más elaborados y con cálculos mucho más laboriosos, que
resultaría imposible realizar manualmente.
• Además nos permite disponer de bases de datos con los equipos
existentes o planificados. Esto facilita el comparar distintas posibilidades
de emplazamientos, altura de antenas, potencias de equipos, etc.
Disponemos, por tanto de un abanico mucho más alto de posibilidades y
simplifica mucho el proceso de optimización de la red.
Atoll se basa en mapas digitales del terreno. El programa permite realizar
cálculos con la información que extrae de dichos mapas y de las bases de datos
que el ingeniero genera con información de la red. Los mapas, bases de datos y
los resultados de dichos cálculos se agrupan en archivos que el programa llama
“proyectos”.
3.2. Modelado del tráfico.
El primer objetivo es modelar de alguna manera el tráfico generado por la
población de usuarios de la ciudad de Sevilla [1], [2], [7].
Creamos un proyecto de tipo UMTS (File|New) seleccionando la plantilla UMTS
HSDPA. Lo primero es importar los mapas correspondientes a la ciudad de
Sevilla (File|Import), seleccionamos los archivos index de las distintas carpetas
en las que se encuentran agrupados los mapas: Heights (mapa de tipo
altitudes), Clutter (de tipo clutter classes), Ortho (image) y Vector (lineare).
La resolución de los mapas que vamos a usar es de 25 m, que en principio es
suficiente ya que la zona objetivo presenta una topografía uniforme y bastante
regular.
El mapa heights es un mapa de altimetría y contiene información topográfica y
del relieve de la zona de trabajo. La información contenida en este mapa es la
que se utiliza para los cálculos de cobertura y de propagación. El mapa de
altimetría que utilizaremos para nuestro estudio es el que se muestra en la
Figura 10.
Figura 10: Mapa de altimetría de la ciudad de Sevilla.
El mapa clutter es el mapa de usos del terreno y en él, a cada tipo de terreno le
corresponde un color. El clutter que vamos a utilizar es el que se muestra en la
Figura 11.
Figura 11: Mapa de usos del terreno (clutter classes) de Sevilla.
Tal y como se muestra en la leyenda, en el caso de Sevilla tenemos 12 tipos de
zonas distintas: campo abierto (OPEN), agua (INLAND_WATER), residencial
(RESIDENTIAL), urbana media (MEAN_URBAN), urbana densa
(DENSE_URBAN), edificios (BUILDINGS), pueblo (VILLAGE), industrial
(INDUSTRIAL),abierta en ciudad (OPEN_IN_URBAN), bosques (FOREST),
parques (PARKS) y urbana dispersa (SCATTERED_URBAN).
El mapa Ortho es simplemente una foto aérea de la ciudad. Es el que se
muestra en la Figura 12:
Figura 12: Mapa de tipo ortofoto.
Por último, el mapa Vectors identifica carreteras, ríos, líneas de ferrocarril, etc.
El mapa Vectors que vamos a utilizar es que aparece en la Figura 13.
Figura 13: Mapa tipo Vectors de la ciudad.
Las capas de los distintos mapas se superponen unas a otras. Se pueden
cambiar de orden moviéndolas con el ratón para que casi todas sean visibles
simultáneamente. Nosotros vamos a ordenarlas para poder apreciar en todo
momento los mapas de clutter, ortofoto y vectors. El resultado de esta
superposición de mapas se puede apreciar en la Figura 14:
Figura 14: Superposición de todos los mapas de la ciudad.
Para modelar el tráfico que genera la ciudad vamos a definir unos perfiles de
usuario, y a cada uno le asignaremos una serie de servicios UMTS, con ciertos
parámetros que indiquen el tráfico que el usuario genera de cada servicio.
Nosotros sólo vamos a incluir en el modelo los servicios: voz, MMS, acceso a
Internet y video conferencia. No se ha creído necesario modificar los valores
por defecto de Atoll para estos servicios, ya que son valores típicos para
planificación de UMTS en ciudades.
Las características de los servicios son las incluidas en la Tabla 1.
Nombre del servicio Voz MMS Acceso a Video
Internet conferencia
Portadora radio R99 LCD12 UDD64 UDD384 LCD64
Tipo de servicio Modo
circuito
Modo
paquete
Modo
paquete
Modo
Circuito
Soft handoff allowed Si No No Si
Prioridad 2 0 0 1
Factor de actividad en
el UL
0,4 0,75 0,75 1
Factor de actividad en
el DL
0,4 0,75 0,75 1
Tasa de transferencia
media en el UL
12,2 kbps 64 kbps 64 kbps 64 kbps
Tasa de transferencia
media en el DL
12,2 kbps 64 kbps 384 kbps 64 kbps
Perdidas por el cuerpo 3 dB 0 dB 0 dB 0 dB
Tabla 1: Características de los servicios UMTS.
Estos servicios pueden solicitarse desde distintos tipos de terminales. Nosotros
vamos a considerar dos tipos distintos de terminales: teléfono móvil y PDA. Las
características de los terminales son las que tiene Atoll por defecto, y se
enumeran en la Tabla 2.
Tipo de
terminal
Potencia
mínima (dBm)
Potencia
máxima
(dBm)
Figura de
ruido (dB)
Active set size
Teléfono -50 21 8 3
PDA -50 25 7 1
Tabla 2: Características de los terminales UMTS.
Los perfiles de usuario, con sus servicios y tipos de terminales asociados figuran
en la Tablas 3-8. Estos valores se han fijado tomando como referencia otros
estudios de dimensionamiento de redes UMTS a los que se ha tenido acceso
[1], [4].
• Adolescente (10-20 años):
Servicio Tipo de
terminal
Llamadas
por hora
Duración de
la llamada
(seg)
Volumen de
datos en el UL
(Kbytes)
Volumen de
datos en el DL
(Kbytes)
Voz Teléfono
móvil
0,25 250 - -
MMS Teléfono
móvil
0,1 - 150 150
Acceso a
Internet
Teléfono
móvil
0,1 - 200 6.000
Video
Conferencia
Teléfono
móvil
0,005 125 - -
Tabla 3: Tráfico generado por el usuario Adolescente.
• Joven (20-30 años).
Servicio Tipo de Llamadas Duración de Volumen de Volumen de
terminal por hora la llamada
(seg)
datos en el UL
(Kbytes)
datos en el DL
(Kbytes)
Voz Teléfono
móvil
0,25 275 - --
MMS Teléfono
móvil
0,1 - 200 200
Acceso a
Internet
Teléfono
móvil
0,1 - 300 7.000
Video
Conferencia
Teléfono
móvil
0,005 150 - -
Tabla 4: Tráfico generado por el usuario Joven.
• Mediana edad (30-50 años).
Servicio
Tipo de
terminal
Llamadas
por hora
Duración de
la llamada
(seg)
Volumen de
datos en el UL
(Kbytes)
Volumen de
datos en el DL
(Kbytes)
Voz Teléfono
móvil
0,2 200 - -
MMS Teléfono
móvil
0,005 - 100 100
Acceso a
Internet
Teléfono
móvil
0,1 - 200 6.000
Video
Conferencia
Teléfono
móvil
0,025 100 - -
Tabla 5: Tráfico generado por el usuario Mediana edad.
• Edad madura (50-65 años).
Servicio Tipo de
terminal
Llamadas
por hora
Duración de
la llamada
(seg)
Volumen de
datos en el UL
(Kbytes)
Volumen de
datos en el DL
(Kbytes)
Voz Teléfono
móvil
0,1 120 - -
MMS Teléfono
móvil
0,001 - 100 100
Acceso a
Internet
Teléfono
móvil
0,0025 - 200 6.000
Video
Conferencia
Teléfono
móvil
0,00125 60 - -
Tabla 6: Tráfico generado por el usuario Edad madura.
• Persona mayor (+65 años).
Servicio Tipo de
terminal
Llamadas
por hora
Duración de
la llamada
(seg)
Volumen de
datos en el UL
(Kbytes)
Volumen de
datos en el DL
(Kbytes)
Voz Teléfono
móvil
0,05 60 - -
MMS Teléfono
móvil
0,0005 - 100 100
Acceso a
Internet
Teléfono
móvil
0,00125 - 100 3.000
Video
Conferencia
Teléfono
móvil
0,00005 30 - -
Tabla 7: Tráfico generado por el usuario Persona mayor.
• Persona de Negocios.
Servicio Tipo de
terminal
Llamadas
por hora
Duración de
la llamada
(seg)
Volumen de
datos en el UL
(Kbytes)
Volumen de
datos en el DL
(Kbytes)
Voz Teléfono
móvil
0,5 350 - -
MMS Teléfono
móvil
0,1 - 200 200
Acceso a
Internet
Teléfono
móvil
0,25 - 500 10.000
Video
Conferencia
Teléfono
móvil
0,1 200 - -
Voz PDA 0,5 350 - -
MMS PDA 0,1 - 200 200
Acceso a
Internet
PDA 0,25 - 500 10.000
Video
Conferencia
PDA 0,1 200 - -
Tabla 8: Tráfico generado por el usuario Persona de negocios.
El siguiente paso para modelar el tráfico generado por la ciudad es definir una
serie de “entornos” tipo, a cada uno de los cuales le asignaremos una densidad
demográfica de usuarios, con su movilidad asociada.
Posteriormente generaremos sobre el mapa disponible un mapa de entorno,
que no es más que señalar sobre el mapa a que tipo de entorno corresponde
cada píxel del mapa.
Los tipos de movilidades (Tabla 9) serán las definidas por defecto en Atoll, ya
que se consideran valores típicos de UMTS en ciudades.
Tipo de movilidad Velocidad media
(Km/h)
Eo/Io Threshold
(dB)
HG-SCCH Ec/Nt
(dB)
Pedestrian 3 -14 -9
50 Km/h 50 -14 -9
90 Km/h 90 -14 -9
Tabla 9: Tipos de movilidades
Y por último definimos los entornos. Cada entorno viene caracterizado por una
serie de binomios “perfil de usuario-movilidad” y una densidad demográfica
asociada a cada uno de ellos. Se han definido los entornos que figuran en la
Tabla 10. Las densidades se han elegido tomando como referencia algunos
estudios demográficos a los que se ha tenido acceso [7], [11].
Tipo de entorno Densidad de población
(hab/Km2)
Densidad de abonados
(ab/Km2)
Abierto 400 100
Urbano 20.000 4.000
Urbano denso 30.000 6.000
Residencial 5.000 1.000
Industrial 10.000 2.000
Grandes
Edificios
40.000 8.000
Tabla 10: Tipos de entornos de la ciudad de Sevilla.
Se va a dimensionar la red suponiendo que se abona un 20% de los habitantes
de la ciudad. Es un porcentaje bastante optimista, que puede tardar mucho en
alcanzarse o no alcanzarse siquiera, pero que nos asegura que la red no
saturará fácilmente.
A continuación se ha estimado la densidad asociada a cada entorno de cada
grupo de usuarios, tomando de nuevo como referencia estudios demográficos
de Instituto Nacional de Estadística [11]. Los resultados se muestran en la
Tabla 11.
Tipo de
entorno
Adolescente Joven Mediana
edad
Edad
madura
Persona
mayor
Persona
de
negocios
Abierto 8 21 39 21 9 2
Urbano 425 800 1.200 800 700 75
Urbano
denso
800 1200 1800 1200 900 100
Residencial 150 200 275 200 150 25
Industrial 75 400 1000 400 75 50
Edificios 1.050 1.600 2.400 1.600 1.200 150
Tabla 11: Densidades y tipos de usuarios asociados a los entornos de Sevilla.
Finalmente, habrá que definir que porcentaje de cada una de las densidades de
usuarios asociadas a los entornos presenta cada tipo de movilidad.
En el caso de entorno abierto esto se muestra en la Tabla 12:
Movilidad
Tipo de
usuario
Pedestrian
50 Km/h
90 Km/h
Adolescente 2 3 3
Joven 7 7 7
Mediana edad 13 13 13
Edad madura 7 7 7
Persona mayor 3 3 3
Persona de negocios 0 1 1
Tabla 12: Tipos de usuarios y movilidades asociadas al entorno abierto.
La Tabla 13 muestra lo que hemos estimado para un entorno urbano:
Movilidad
Tipo de
usuario
Pedestrian
50 Km/h
90 Km/h
Adolescente 375 25 25
Joven 700 50 50
Mediana edad 1.000 100 100
Edad madura 700 50 50
Persona mayor 620 40 40
Persona de negocios 50 13 12
Tabla 13: Tipos de usuarios y movilidades asociadas al entorno urbano.
Para un entorno urbano denso se ha supuesto un porcentaje de abonados en
vehículo mucho más bajo, al tratarse principalmente de la zona casco antiguo,
en la que está previsto restringir el acceso de vehículos próximamente. Las
densidades asociadas a los binomios tipo de usuario-movilidad son las que se
muestran en la Tabla 14:
Movilidad
Tipo de
Usuario
Pedestrian
50 Km/h
90 Km/h
Adolescente 780 10 10
Joven 1.170 15 15
Mediana edad 1.760 20 20
Edad madura 1.170 15 15
Persona mayor 880 10 10
Persona de negocios 95 3 2
Tabla 14: Tipos de usuarios y movilidades asociadas al entorno urbano denso.
Para el entorno residencial también se han considerado densidades bajas para
los casos 50 Km/h y 90 Km/h, ya que se consideran zonas de poco tráfico. Las
densidades asociadas son las de la Tabla 15:
Movilidad
Tipo de
usuario
Pedestrian
50 Km/h
90 Km/h
Adolescente 140 5 5
Joven 180 10 10
Mediana edad 250 13 12
Edad madura 180 10 10
Persona mayor 140 5 5
Persona de negocios 20 3 2
Tabla 15: Tipos de usuarios y movilidades asociadas al entorno residencial.
Todos estos parámetros pueden rellenarse en la carpeta UMTS parameters, en
la pestaña data de la ventana del explorador. Se pueden eliminar y añadir
entradas de las carpetas: Environments, User Profiles, Terminals, Mobility
Types, Services y dentro de cada entrada se pueden modificar los distintos
parámetros de cada entrada.
El siguiente paso es crear un mapa de tráfico. Para ello, sobre un mapa digital
de Sevilla vamos a definir una serie de zonas y a cada una de ella le asignamos
un tipo de entorno (mapa de entornos o tipo raster).
El mapa de entornos lo vamos a generar a semejanza del mapa de usos del
terreno del que disponemos de la ciudad de Sevilla. El mapa de usos de terreno
o clutter classes muestra cada tipo de zona de un color distinto.
Para crear un mapa de tráfico en Atoll seleccionamos en la pestaña Geo de la
ventana del explorador, crear un nuevo mapa de tráfico, basado en entornos o
de tipo raster, y vamos marcando sobre el mapa a que tipo de entorno
pertenece cada zona. El resultado es el que se muestra en la Figura 15.
Figura 15: Mapa de entornos de la ciudad de Sevilla.
3.3. Modelo de propagación.
Se va a utilizar el modelo de propagación de Cost-Hata. La fórmula de Hata
está especialmente concebida para aplicaciones a la comunicaciones móviles en
cualquier tipo de entorno (COST231 es solo para entornos urbanos) y por otra
parte el método de Okumura-Hata es solo para frecuencias inferiores a 1.500
MHz. Cost-Hata (o Hata-Cost231) es una variación de la fórmula de Hata para
sistemas que funcionen en 1.800 MHz y 2.000 MHz [4], como es el caso que
nos ocupa.
En la carpeta Propagation Models de la pestaña Modules de la ventana del
explorador asignamos una fórmula distinta para cada tipo de zona del mapa de
clutter.
La asignación de fórmulas es la de la Tabla 16:
Tipo de zona Fórmula de Cost-Hata
Campo abierto (OPEN) Rural (área abierta)
Agua (INLAND_WATER) Rural (área abierta)
Residencial (RESIDENTIAL) Ciudad de tamaño medio y
suburbano
Urbana media (MEAN_URBAN) Centro Metropolitano
Urbana densa (DENSE_URBAN) Centro Metropolitano
Edificios (BUILDINGS) Centro Metropolitano
Pueblo (VILLAGE) Ciudad de tamaño medio y
suburbano
Industrial (INDUSTRIAL) Centro Metropolitano
Abierta en ciudad (OPEN_IN_URBAN) Rural (casi abierta)
Bosques (FOREST) Rural (casi abierta)
Parques (PARKS) Rural (casi abierta)
Urbana dispersa (SCATTERED_URBAN) Ciudad de tamaño medio y
suburbano
Tabla 16: Asignación de fórmulas Cost-Hata a los distintos tipos de entorno.
Las fórmulas que figuran en la base de datos de Atoll para este método son las
siguientes:
• Centro Metropolitano:
Lu = 49,3 + 33,9 logf – 13,82 logHb + (44,9 – 6,55 logHb)logd
a(H r) = (1,1 logf – 0,7) H r – (1,56 logf – 0,8)
Total = Lu – a(H r)
• Ciudad de tamaño medio y suburbano:
Lu = 46,3 + 33,9 logf – 13,82 logHb + (44,9 – 6,55 logHb)logd
a(H r) = (1,1 logf – 0,7) H r – (1,56 logf – 0,8)
Total = Lu – a(H r)
• Rural (casi abierta):
Lu = 46,3 + 33,9 logf – 13,82 logHb + (44,9 – 6,55 logHb)logd
a(H r) = (1,1 logf – 0,7) H r – (1,56 logf – 0,8)
Total = Lu – a(H r) – 4,78 log2f + 18,33 logf – 35,94
• Rural (área abierta):
Lu = 46,3 + 33,9 logf – 13,82 logHb + (44,9 – 6,55 logHb)logd
a(H r) = (1,1 logf – 0,7) H r – (1,56 logf – 0,8)
Total = Lu – a(H r) – 4,78 log2f + 18,33 logf – 40,94
Por último, en la carpeta Predictions definimos como método de propagación
por defecto Cost-Hata con una resolución acorde a la resolución de los mapas
(25 m) y una altura de terminal de 1,5 m. Este valor para la altura del terminal
es un valor típico que se utiliza para este tipo de estudios y que supone que
todos los usuarios activos se encuentran a nivel del suelo, es decir, en el caso
más desfavorable (más alejados de la estación base).
3.4. Equipamiento de la red.
Vamos a introducir información acerca de las características técnicas de los
equipos que componen la red. Estas especificaciones técnicas pertenecen a los
equipos que se describen en el Capítulo 4. Vamos a intentar modelar con Atoll
estos equipos de la forma más realista posible para que los resultados de las
simulaciones se aproximen los máximo posible a la realidad.
3.4.1. Antenas.
La descripción de las antenas que vamos a usar se encuentra en el apartado
4.1.4.1 del capítulo 4.
Atoll contiene una base de datos con algunas antenas definidas por defecto.
Nosotros vamos a crear una antena nueva desde cero, que se asemeje lo
máximo posible a nuestra antena real.
Para ello creamos una nueva antena en la carpeta Antenas de la pestaña Data
de la ventana del explorador. Las características de la antena creada son las
que se muestran en la Tabla 17. Los patrones de radicación horizontal y vertical
de la antena se muestran en las Figuras 16 y 17 respectivamente.
Nombre UD01P_D18BB
Fabricante Kathrein
Ganancia 18 dBi
Tilt Eléctrico 4º
Ancho de Haz 63º
Frecuencia máxima 2.170 MHz
Frecuencia mínima 1.920 MHz
Tabla 17: Propiedades de la antena en Atoll.
Figura 16: Patrón de radiación horizontal de la antena UD01P_D18BB en Atoll.
Tal y como se describe en el capítulo 4 la antena tiene un ancho de haz de 63º
en el plano horizontal (3 dB de caída a los 63º) la atenuación es de 10 dB a los
120º y la atenuación de los lóbulos laterales (90º) es de 20 dB (véase la Figura
16).
Figura 17: Patrón de radiación vertical de la antena UD01P_D18BB en Atoll.
En el plano vertical el ancho de haz es de 6,5º y se ha introducido un tilt
eléctrico de 4º (véase la Fig. 17).
3.4.2. Estación base.
El modelo de estación base escogido es el IN-60 del fabricante Nortel, cuyas
principales características técnicas se recogen en el capítulo 4.
Las características de la estación base se incluyen en Atoll en plantilla de
despliegue correspondiente. En la barra de herramientas radio, seleccionamos
gestionar plantilla, hacemos una copia de una plantilla antigua y la rellenamos
con las especificaciones de nuestra estación base. Los parámetros
seleccionados son los de la Tabla 18:
Número de sectores 3
Modelo de antena UD01P_D18BB
Banda de frecuencia 2.170 MHz
Altura 30 m
Figura de ruido de la estación base 5 dB
Potencia en el canal piloto 33 dBm
Potencia en el SCH 21 dBm
Potencia en otros CCH 30 dBm
AS Threshold 5 dB
Potencia Máxima 43 dBm
Máxima carga en el DL (potencia máxima) 75%
Máximo factor de carga en el UL 50%
Tasa de transferencia máxima en el DL por usuario 1.000 Kbps
Tasa de transferencia máxima en el UL por usuario 1.000 Kbps
Máximo número de elementos de canal en el DL 256
Máximo número de elementos de canal en el UL 256
Tabla 18: Tabla de características de la estación base en Atoll.
3.5. Planificación del despliegue.
Una vez tenemos modelado el tráfico de la ciudad de Sevilla podemos empezar
a ubicar los emplazamientos y ha realizar simulaciones hasta alcanzar unos
objetivos de calidad.
En principio vamos a fijarnos los objetivos de calidad de la Tabla 19:
Servicio Probabilidad de rechazo o retraso
Voz 2%
MMS 5%
Acceso a Internet 10%
Video Conferencia 2%
Tabla 19: Objetivos de calidad.
Hemos fijado ese objetivo de disponibilidad para los servicios de Voz y Video
Conferencia ya que las redes de telefonía suelen diseñarse para tener un 2% de
probabilidad de rechazo. Hemos fijado un objetivo de calidad de un 5% para el
servicio MMS porque tiene una prioridad menor que las de los servicios que
funcionan en modo circuito (se considera que es menos crítico) y no es un
servicio tan sensible al retardo. El servicio acceso a Internet es el de menor
prioridad y además es el que más penaliza a los demás servicios, es previsible
por tanto que sea el más susceptible de ser rechazado por la red y es posible
que nos resulte difícil obtener unos valores elevados de disponibilidad.
Vamos a iniciar el despliegue de los emplazamientos haciendo uso de las
plantillas disponibles. Como casi toda la zona objetivo es de tipo urban, vamos
a utilizar la plantilla tipo urban para comenzar con el despliegue y las
simulaciones y realizar las primeras valoraciones.
La plantilla urban utiliza celdas hexagonales, con 550 m de radio de celda y una
única portadora.
Hacemos un despliegue de Nodos B por toda la zona objetivo, el resultado es el
que se muestra en la Figura 18:
Figura 18: Despliegue con diseño hexagonal y radio de célula 550 m.
Con un despliegue de estas características podemos cubrir todo el núcleo
urbano de la ciudad con 36 emplazamientos. Vamos a realizar una primera
simulación para calibrar si el tamaño de las celdas y el número de portadoras es
el adecuado o no.
Las simulaciones UMTS en Atoll están basadas en un simulador Monte Carlo
[1]. A partir de las distribuciones de usuarios del mapa de tráfico Atoll genera
una población de usuarios sobre el mapa y para cada uno de estos usuarios el
simulador ejecuta un algoritmo de control de potencia, para el enlace
ascendente y descendente. El objetivo del algoritmo es minimizar la
interferencia y maximizar la capacidad de la red. Para ello se restringe la
conexión a la red a aquellos usuarios que utilizan servicios de baja prioridad y
que generan mucha interferencia. Este proceso genera una instantánea de la
red UMTS, el resultado es una distribución de usuarios con diferentes
parámetros de red: nivel de interferencia, estado del terminal (conectado,
conexión rechazada…), factor de carga para cada célula, etc.
En UMTS cada estación móvil recibe interferencia de estaciones base de células
diferentes a la suya, pero no de otros móviles, y toda estación base recibe
interferencia de los móviles de su célula y de otras células, pero no de las
demás estaciones base.
Ya hemos comentado que la capacidad en UMTS depende de la interferencia
total recibida. Atoll simula el mecanismo de control de potencia mediante un
algoritmo iterativo, en cada iteración, todos los móviles de la población de
usuarios generada tratan de ser conectados, uno por uno, a la red. Si
determinados usuarios penalizan demasiado a los demás móviles, son
rechazados, estando la decisión de rechazo correlacionada con la prioridad del
servicio. En Atoll se distinguen las siguientes causas para el rechazo:
a) La calidad de la señal es insuficiente:
• La relación portadora/interferencia en el DL está por debajo del
umbral (Ec/Io< Ec/Io min).
• Se excede la máxima potencia disponible para los canales de
tráfico en el DL (Ptch>Ptch max).
• Se excede la máxima potencia que pueden transmitir los móviles
en el UL (Pmob>Pmob max).
b) Si las anteriores restricciones se respetan, los rechazos son consecuencia
de la saturación de la red:
• Se excede el factor de carga (en admisión, o congestión).
• Se han agotado los elementos de canal por emplazamiento.
• No hay suficiente potencia para transmitir por célula.
• Se han agotado los códigos de ensanchado.
Una parte de la potencia de los transmisores se destina al canal piloto; otra al
canal de sincronización; otra a los canales de control, y el resto se comparte
entre los canales de tráfico. A diferencia del canal piloto y de los canales de
sincronización y control, el número de canales de tráfico y sus correspondientes
potencias dependen del tráfico de datos, y es uno de los parámetros que se
determina en las simulaciones, a través del algoritmo de control de potencia.
Los valores mínimo y máximo de la potencia de los canales de tráfico están
detallados para cada servicio en la tabla Services de UMTS Parameters. La
suma de las potencias de los canales de tráfico, control, sincronización, y piloto,
no puede exceder la máxima potencia transmitida por célula.
En vez de ceñirnos a los resultados de una única simulación, vamos a realizar
un grupo de varias simulaciones y estudiar los resultados de forma estadística.
Para ello ejecutamos 10 simulaciones con todas las restricciones y valoramos
los resultados de la simulación media.
Los resultados obtenidos (en media) son los que se muestran en las Tablas 20-
22 (entre paréntesis se indica la desviación típica):
Tráfico solicitado:
Usuarios Activos
en el DL
Activos en
el UL
Activos en el
DL+UL
Inactivos
Total 3.684,8
(68,6)
1.483,8 846 461,4 893,6
Voz 2.480,6
(57,85)
595,3 593,6 398,1 893,6
MMS 136,8
(8,28)
67,6 69,2 0 0
Acceso a
Internet
1.005,6
(18,17)
820,9 183,2 1,5 0
Video
Conferencia
61,8
(9,04)
0 0 61,8 0
Tabla 20: Demanda de tráfico en un instante dado.
Resultados de la simulación (16,5 iteraciones de media por simulación):
Número usuarios rechazados 1.867,9 (50,7 %)
Se excede la potencia máxima del
terminal en el UL (Pmob>Pmob max)
1,2
Se excede la máxima potencia
disponible para los canales de tráfico
en el DL (Ptch>Ptch max)
134,9
La relación portadora interferencia en
el canal piloto (DL) está por debajo
del umbral (Ec/Io< Ec/Io min)
1.086
Saturación de carga en el DL 635,6
Rechazo de admisión 10,2
Tabla 21: Desglose de las conexiones rechazadas según la causa del rechazo.
Desglosado por servicios:
Usuarios
Servicios
Conectados
Conectados
en el DL
Conectados
en el UL
Conectados
en el DL+UL
Total 1.816 (49,3%)
(44,4)
459,2 448,4 300,6
Voz 1.689,5 (68,1%)
(50,55)
398,1 413,9 268,8
MMS 17,1 (12,5%)
(4,93)
7,5 9,6 0
Acceso a
Internet
78,7 (7,8%)
(8,94)
53,6 24,9 0,2
Video
Conferencia
31,6 (51,1%)
(6,76)
0 0 31,6
Tabla 22: Desglose de las conexiones cursadas según el servicio
También podemos estudiar estas simulaciones de una manera más gráfica. En
la Figura 19 se muestra la posición de todos los terminales que en el momento
de la simulación están intentando acceder a un servicio y el estado en que se
encuentran. En este caso vemos en rojo los que están conectados y en negro
los que están siendo rechazados o demorados.
Figura 19: Instantánea del estado de los terminales de la red.
Visualmente los resultados concuerdan con las tablas extraídas de las
simulaciones, se puede apreciar que aproximadamente la mitad de los usuarios
están siendo rechazados.
Los resultados de las simulaciones, están muy lejos de los fijados como
objetivos de calidad. Vemos que, efectivamente, los servicios más penalizados
son los de menor prioridad (MMS y acceso a Internet) y en concreto el más
penalizado es el de acceso a Internet, que es el que más interferencia genera.
Al ser el servicio que requiere la tasa de transferencia más alta, es el que más
trafico demanda y por tanto el que más canales de tráfico requiere y el que
más potencia de célula necesita (generando interferencia en los demás
móviles).
Si observamos la Tabla 18, vemos que la segunda causa de rechazo es la
saturación en el DL. Es decir, no disponemos de canales de tráfico suficientes
para satisfacer la demanda. En principio, la forma más fácil de aumentar el
número de canales de tráfico es añadiendo nuevas portadoras.
Además, añadir más transmisores también contribuye en que haya más
potencia para repartir entre los canales de tráfico y puede ayudar a que mejore
la calidad de la señal, con lo que también estaríamos atacando a la principal
causa de rechazo (la relación portadora interferencia en el canal piloto (DL)
está por debajo del umbral (Ec/Io< Ec/Io min)).
Vamos añadir dos portadoras a todas las celdas de la red, para comprobar si
con este tamaño de célula se pueden cumplir los objetivos de calidad. Si se
cumplen sobradamente, podemos reducir el número de portadoras en las
celdas, para permitir futuras ampliaciones de la red. Si se cumplen por un
escaso margen, seria recomendable disminuir el tamaño de célula, para no
tener un diseño demasiado ajustado.
Los resultados de repetir las simulaciones anteriores, pero con 3 portadoras por
celda son los que figuran en las Tablas 23-25.
Tráfico solicitado:
Usuarios Activos
en el DL
Activos
en el UL
Activos en el
DL+UL
Inactivos
Total 3.700,1
(43,56)
1.493,2 864,2 454,1 888,6
Voz 2.467,3
(54,02)
592,6 593,4 392,7 888,6
MMS 131
(12,03)
65,4 65,6 0 0
Acceso a
Internet
1.041,3
(14,86)
835,2 205,2 0,9 0
Video
Conferencia
60,5
(7,76)
0 0 60,5 0
Tabla 23: Demanda de tráfico en un instante dado.
Resultados de la simulación (14,7 iteraciones de media por simulación):
Número usuarios rechazados 756,7 (20,5 %)
Se excede la potencia máxima del
terminal en el UL (Pmob>Pmob max)
1,4
Se excede la máxima potencia
disponible para los canales de tráfico
en el DL (Ptch>Ptch max)
106,2
La relación portadora interferencia en
el canal piloto (DL) está por debajo
del umbral (Ec/Io< Ec/Io min)
161,1
Saturación de carga en el DL 487,9
Rechazo de admisión 0,1
Tabla 24: Desglose de las conexiones rechazadas según la causa del rechazo.
Desglosado por servicios:
Usuarios
Servicios
Conectados
Conectados
en el DL
Conectados
en el UL
Conectados
en el DL+UL
Total 2.943,4 (79,5%)
(53,1)
905,7 735,7 440,6
Voz 2.393,3 (97%)
(58,71)
574,7 575,5 381,7
MMS 75,3 (57,5%)
(9,49)
36,4 38,9 0
Acceso a
Internet
416,1 (40%)
(9,61)
294,6 121,3 0,2
Video
Conferencia
58,7 (97%)
(7,79)
0 0 58,7
Tabla 25: Desglose de las conexiones cursadas según el servicio.
En este caso también podemos representar sobre el mapa de Sevilla el
resultado de estas simulaciones (Figura 20).
Figura 20: Estado de los terminales con celdas de 550 m de radio y 3
portadoras.
En este caso mostramos sobre el mapa de la Figura 20 el resultado de varias
simulaciones simultáneamente. Vemos que los terminales con conexión son
manifiestamente más numerosos, pero la proporción de rechazados sigue
siendo alta.
Los resultados han mejorado bastante pero siguen siendo insuficientes, por lo
que debemos descartar que sea posible dar cobertura UMTS a Sevilla con ese
tamaño de célula.
Vamos a probar haciendo uso de la siguiente plantilla de la que dispone Atoll
para despliegue de UMTS en zonas con elevadas densidad de población. La
plantilla dense urban divide la zona objetivo en celdas de 350 m de radio, el
resultado de cubrir la zona urbana de la ciudad de Sevilla con celdas de este
tamaño sería el que se muestra en la Figura 21:
Figura 21: Despliegue UMTS con celdas de 350 m de radio.
En este caso el número de emplazamientos ha aumentado significativamente
hasta 82.
Inicialmente vamos a dimensionar la red para su máxima capacidad, es decir,
con tres portadoras por celda. Si comprobamos que el tamaño de la celda es
suficiente podemos empezar a disminuir el número de portadoras en las celdas
menos cargadas, para darle a le red un margen de crecimiento y abaratar el
coste inicial del despliegue.
Los resultados de las simulaciones se muestran en las Tablas 26-28:
Tráfico solicitado:
Usuarios Activos
en el DL
Activos
en el UL
Activos en el
DL+UL
Inactivos
Total 3.669,9
(38,96)
1.471,2 847 462,3 889,4
Voz 2.476,2
(41,11)
603,2 584,1 399,5 889,4
MMS 134,8
(10,04)
67,5 67,3 0 0
Acceso a
Internet
997,2
(18,82)
800,5 195,6 1,1 0
Video
Conferencia
61,7
(5,06)
0 0 61,7 0
Tabla 26: Demanda de tráfico en un instante dado.
Resultados de la simulación (18 iteraciones de media por simulación):
Número usuarios rechazados 263,3 (7,2 %)
Se excede la potencia máxima del
terminal en el UL (Pmob>Pmob max)
0
Se excede la máxima potencia
disponible para los canales de tráfico
en el DL (Ptch>Ptch max)
30
La relación portadora interferencia en
el canal piloto (DL) está por debajo
del umbral (Ec/Io< Ec/Io min)
3,1
Saturación de carga en el DL 230,2
Rechazo de admisión 0
Tabla 27: Desglose de las conexiones rechazadas según la causa del rechazo.
Desglosado por servicios:
Usuarios
Servicios
Conectados
Conectados
en el DL
Conectados
en el UL
Conectados
en el DL+UL
Total 3.406,6 (92,8%)
(46,39)
1.239,5 816,5 461,7
Voz 2.474,9 (99,9%)
(41,05)
603 583,6 399,4
MMS 120,2 (89,2%)
(10,14)
59,4 60,8 0
Acceso a
Internet
750,1 (75,2%)
(15,31)
577,1 172,1 0,9
Video
Conferencia
61,4 (99,5%)
(5,12)
0 0 61,4
Tabla 28: Desglose de las conexiones cursadas según el servicio.
En este caso también podemos representar sobre el mapa de Sevilla el
resultado de estas simulaciones (Tabla 23):
Figura 22: Estado de los terminales con celdas de 350 m de radio y 3
portadoras.
Los resultados siguen sin alcanzar los objetivos de calidad, de manera que
vamos a probar a reducir un poco más el tamaño de la celda.
Las plantillas predefinidas para UMTS de Atoll no contemplan tamaños de
celdas menores. Esto se explica con que hemos hecho un modelado del tráfico
bastante optimista (desde el punto de vista del operador) para cubrirnos las
espaldas y asegurarnos de que la red tarde en quedarse pequeña.
Vamos a definir una plantilla a imagen y semejanza de la dense urban, pero
con un tamaño de celda de 200 m y 3 portadoras. Tras efectuar el despliegue
sobre el mapa el resultado se muestra en la Figura 22:
Figura 23: Despliegue de UMTS para celdas de 200 m de radio.
Los resultados de las simulaciones figuran en las Tablas 29-31:
Tráfico solicitado:
Usuarios Activos
en el DL
Activos
en el UL
Activos en el
DL+UL
Inactivos
Total 3.684
(57,35)
1.488,33 830,33 470,67 894,67
Voz 2.495,67
(16,65)
602,33 583,67 415 889,4
MMS 125,33
(13,72)
62,33 63 0 0
Acceso a
Internet
1.008,33
(29,69)
823,67 183,67 1 0
Video
Conferencia
54,67
(4,78)
0 0 54,67 0
Tabla 29: Demanda de tráfico en un instante dado.
Resultados de la simulación (17,33 iteraciones de media por simulación):
Número usuarios rechazados 97 (2,6 %)
Se excede la potencia máxima del
terminal en el UL (Pmob>Pmob max)
0
Se excede la máxima potencia
disponible para los canales de tráfico
en el DL (Ptch>Ptch max)
13,33
La relación portadora interferencia en
el canal piloto (DL) está por debajo
del umbral (Ec/Io< Ec/Io min)
0
Saturación de carga en el DL 83,67
Rechazo de admisión 0
Tabla 30: Desglose de las conexiones rechazadas según la causa del rechazo.
Desglosado por servicios:
Usuarios
Conectados
Conectados
en el DL
Conectados
en el UL
Conectados
en el DL+UL
Servicios
Total 3.587 (97,4%)
(43,18)
1.398,67 823 470,67
Voz 2.495,67 (100%)
(16,65)
602,33 583,67 415
MMS 122,33 (97,6%)
(13,72)
61 61,33 0
Acceso a
Internet
914,33 (90,7%)
(15,37)
735,33 178 1
Video
Conferencia
54,67 (100%)
(4,78)
0 0 54,67
Tabla 31: Desglose de las conexiones cursadas según el servicio.
En este caso también podemos representar sobre el mapa de Sevilla el
resultado de estas simulaciones. El estado de la red se muestra en las Figura
24:
Figura 24: Estado de los terminales con celdas de 200 m de radio.
Como era de esperar, la práctica totalidad de las conexiones solicitadas han
sido aceptadas.
Estos resultados si cumplen los objetivos de calidad marcados inicialmente,
incluso tenemos cierto margen para intentar minimizar el coste de la red
(número de emplazamientos) y reducir el número de portadoras en algunos
transmisores para dotar a la red de cierto margen para posteriores
ampliaciones.
Para obtener estos resultados han sido necesarios 250 emplazamientos. Sin
embargo, muchos de ellos se encuentran en los bordes de la zona objetivo y
apenas utilizan el 50 % de la superficie de alguna de sus celdas. Es previsible
que estos emplazamientos no estén dando servicio a muchos usuarios y que el
tráfico de estos usuarios pueda ser asumido por las celdas vecinas sin que su
grado de saturación aumente significativamente.
Del mismo modo, hay zonas del mapa con una densidad de usuarios/tráfico
mucho menor y que no necesitan celdas tan pequeñas para soportar este
tráfico. Las celdas de 200 m son imprescindibles en las zonas urbana, urbana
densa y edificios y de hecho, en las simulaciones anteriores la mayor parte de
los usuarios rechazados proviene de esas zonas.
Nos basamos en eso para suponer que si eliminamos los emplazamientos
fronterizos que cubran poca zona objetivo y eliminamos algunos
emplazamientos de las zonas abierta e industrial, la probabilidad de rechazo no
tiene porque verse aceptada. Hemos dimensionado la red para que el rechazo
en las zonas urbanas sea aceptable, pero al hacerlo hemos sobredimensionado
la red en el resto de zonas.
Después de eliminar y añadir emplazamientos varias veces y repetir las
simulaciones tantas veces como fueron necesarias obtuvimos la configuración
de la Figura 25:
Figura 25: Despliegue de emplazamientos definitivo de la red UMTS.
Vemos que hemos eliminado la mayoría de los emplazamientos en el borde de
la zona objetivo y en aquellos en los que solo una célula era desaprovechada
hemos reorientado las antenas para que den cobertura dentro de la zona de
interés.
Además hemos eliminado algunos emplazamientos de los entornos con menor
densidad de tráfico (zona abierta y zona industrial). En las zonas residenciales e
industriales que están rodeadas de zonas más densas hemos mantenido esos
emplazamientos ya que sirven de refuerzo para soportar el tráfico de las zonas
colindantes.
También hemos reorientado las antenas de emplazamientos dentro del casco
urbano que daban cobertura a zonas de poco tráfico (como parques, de tipo
abierto), para que refuercen la cobertura de las zonas colindantes más
pobladas. Los resultados con la configuración definitiva se muestran en las
Tablas 32-34:
Usuarios Activos Activos Activos en el Inactivos
en el DL en el UL DL+UL
Total 3.647,25
(32,85)
1.460,75 841,75 446,75 898
Voz 2.463,25
(34,37)
577,75 601 386,5 898
MMS 122,5
(12,09)
64,75 57,75 0 0
Acceso a
Internet
1.004
(12,1)
818,25 183 2,75 0
Video
Conferencia
57,5
(8,08)
0 0 57,5 0
Tabla 32: Demanda de tráfico en un instante dado.
Resultados de la simulación (16,75 iteraciones de media por simulación):
Número usuarios rechazados 98 (2,7 %)
Se excede la potencia máxima del
terminal en el UL (Pmob>Pmob max)
0
Se excede la máxima potencia
disponible para los canales de tráfico
en el DL (Ptch>Ptch max)
13,25
La relación portadora interferencia en
el canal piloto (DL) está por debajo
del umbral (Ec/Io< Ec/Io min)
0
Saturación de carga en el DL 84,75
Rechazo de admisión 0
Tabla 33: Desglose de las conexiones rechazadas según la causa del rechazo.
Desglosado por servicios:
Usuarios
Conectados
Conectados
en el DL
Conectados
en el UL
Conectados
en el DL+UL
Servicios
Total 3.587 (97,4%)
(43,18)
1.398,67 823 470,67
Voz 2.463,25 (100%)
(34,37)
577,75 601 386,5
MMS 120,25 (98,2%)
(11,37)
63 57,25 0
Acceso a
Internet
908,25 (90,5%)
(4,66)
729 177 2,25
Video
Conferencia
57,5 (100%)
(8,08)
0 0 57,5
Tabla 34: Desglose de las conexiones cursadas según el servicio.
Reduciendo el número de emplazamientos en aproximadamente un 25% hemos
conseguido resultados similares o incluso mejores para algunos servicios
(MMS). Esto demuestra que algunos de los emplazamientos proyectados no
aportaban nada a la red y que algo tan simple como reorientar algunas antenas
hacia zonas de mayor densidad de tráfico permite aumentar la capacidad de la
red.
Esto también se confirma en la Figura 26, donde se muestra donde se localizan
los terminales rechazados de las anteriores simulaciones. Vemos que las zonas
con mayor densidad de emplazamientos siguen siendo las que mayor densidad
de terminales rechazados presenta, mientras que la zona industrial al oeste del
río apenas tiene una decena de rechazos con solo 7 estaciones base.
Figura 26: Localización de las conexiones rechazadas.
3.6. Establecimiento de vecindades.
Atoll permite el establecimiento de vecindades de forma automática,
imponiendo unas determinadas restricciones sobre las células que pueden
formar parte de una vecindad. Una vez establecidas las relaciones de vecindad,
Atoll facilita la visualización de células vecinas sobre el mapa, lo que permite
una cómoda gestión.
El algoritmo de asignación automática de células vecinas está basado en los
siguientes parámetros:
-Número máximo de células vecinas. Se puede establecer globalmente o de
forma individual en la tabla de células.
-Max Inter-Site distance, es la máxima distancia que puede existir entre la
célula de referencia y una célula candidata a vecina.
-Solapamiento entre las zonas de cobertura de la célula de referencia y una
célula candidata a vecina. El concepto de cobertura se refiere aquí al nivel del
canal piloto, o a su relación señal/interferencia (Ec/Io).
-Potencia que contribuye a la interferencia total.
Adicionalmente se pueden establecer las siguientes restricciones adicionales:
-Forzar que todas las células del mismo emplazamiento sean vecinas.
-Forzar que las células geográficamente adyacentes sean vecinas.
-Forzar la simetría en las relaciones de vecindad.
-Establecer parejas excepcionales.
Para realizar la asignación automática de células vecinas nos vamos a la opción
Automaticac allocation, que se encuentra en la opción Neighbours, dentro de la
opción cells de la carpeta transmitters de la pestaña data de la ventana del
explorador.
Nosotros vamos a imponer las siguientes restricciones al algoritmo de
establecimiento de vecindades:
Distancia máxima entre emplazamientos vecinos: 1.200 m: en la zona urbana la
distancia entre emplazamientos adyacentes está alrededor de los 600 m. Sin
embargo los emplazamientos que dan cobertura a zonas abiertas o industriales
se encuentran más aislados, los que más a unos 1.000 de los emplazamientos
más cercanos. Esta restricción tiene como objetivo limitar el número de vecinos
en este tipo de emplazamientos. Fijando una distancia máxima de 1.200 metros
nos aseguramos que estos sean vecinos solo de los emplazamientos más
cercanos.
Número máximo de vecinos: 20: esta restricción está pensada para los
emplazamientos situados en las zonas más pobladas. Cada celda está rodeada
como máximo de otras 6 celdas. Si cada celda física en Atoll son 3 celdas (celda
= par transmisor/portadora) tendremos 6 x 3 = 18 + 2 (las otras portadoras de
la misma celda física) = 20. Con esta restricción nos aseguramos que aunque
haya más de 20 pares transmisor/portadora que estén a menos de 1.200
metros estos no sean considerados vecinos.
Atoll genera una tabla enorme con todas las vecinas de cada una de las celdas.
Como esa información resulta inmanejable vamos a incluir la Tabla 36, en la
que se indica solo cuantas celdas tienen un número de vecinas dado, para ver
cual es aproximadamente el número medio de vecinas por celda
Número de vecinas Número de celdas
13 6
11 9
10 26
9 13
8 54
7 137
6 1032
5 205
4 91
3 17
2 3
Tabla 35: Número de celdas con un número de vecinas dado.
3.7. Asignación de códigos primarios de
aleatorización.
Los códigos de aleatorización permiten separar unas células de otras. Es
recomendable asignar códigos diferentes a una célula dada y a todas las células
pertenecientes a su lista de vecinas. La asignación se puede hacer de forma
manual para cada célula, o de forma automática sobre todas las células o sobre
un grupo de células. Dependiendo de la estrategia de asignación, se pueden
imponer diversas restricciones sobre los grupos de códigos y dominios, definir
parejas excepcionales, distancias y vecindades. En todo momento es posible
comprobar la consistencia de la asignación de códigos actual sobre la red bajo
estudio.
En UMTS existen 512 códigos de aleatorización que se distribuyen en 64
clusters de 8 códigos. Los clusters se numeran del 0 al 63, y los códigos del 0 al
511. La asignación de códigos se puede realizar bien de forma manual o
automática. En el segundo caso, Atoll proporciona una herramienta de
asignación basada en un algoritmo que tiene en cuenta la definición de grupos
y dominios de códigos, así como restricciones adicionales basadas en la lista de
células vecinas, segundas células vecinas, criterios de mínima distancia y
parejas excepcionales.
En primer lugar vamos a crear un dominio de códigos para Atoll. En la ventana
del explorador, nos vamos a Transmitters | Cells | Primary Scrambling Codes |
Domains y lo llamamos códigos Sevilla.
Es fundamental que una célula y su vecina no tengan el mismo código, como el
número máximo de vecinas que hemos introducido en el algoritmo de cálculo
de vecindades es 20 vamos a probar inicialmente a ejecutar el algoritmo con 20
códigos para ver que resultados nos da. Además, ya hemos visto que 20 es el
número de células adyacentes en el espacio a otra célula en la zona de mayor
densidad de emplazamientos, por lo que parece un valor razonable por el que
empezar. En la Tabla 36 se muestran los 20 códigos elegidos inicialmente, en 4
grupos de 5.
Grupos Mínimo Máximo Paso
Grupo 1 0 4 1
Grupo 2 32 36 1
Grupo 3 64 68 1
Grupo 4 96 100 1
Tabla 36: Códigos de aleatorización elegidos inicialmente.
Antes de ejecutar el algoritmo debemos irnos a la tabla de células (Transmitters
|Cells |Open Table) y rellenar el campo Scrambling code domain con el dominio
creado: Códigos Sevilla.
Ya podemos ejecutar el algoritmo de asignación. Esta opción se encuentra en la
ventana del explorador, en Transmitters | Cells | Primary Scrambling Codes |
Automatic allocation. En el cuadro de diálogo asociado, se pueden seleccionar
los parámetros que el algoritmo toma en consideración:
-Existing neighbours: utilizando la tabla de vecindades, una célula no puede
tener el mismo código de aleatorización que sus células vecinas, y entre éstas
todos los códigos han de ser diferentes.
-Second neighbours: la condición anterior se extiende a las células vecinas de
las vecinas.
-Additional Ec/Io conditions: todas las estaciones que pertenecen al conjunto
activo de la célula de referencia, en la zona en la que ésta proporciona la mejor
señal, deben tener códigos distintos.
-Reuse Distance: Mínima distancia a partir de la cual se pueden reutilizar
códigos.
Seguimos el mismo criterio que al elegir el número de códigos. Si obligamos a
utilizar distintos código a las vecinas de las vecinas con 20 códigos nos
quedaremos muy cortos. No parece recomendable abusar de los códigos de esa
manera en una red tan grande. Activamos como restricciones únicamente
Existing Neighbours y Additional Ec/Io conditions.
Por otro lado, ya hemos visto que hay emplazamientos vecinos que distan entre
si hasta 1.200 m. Como es muy crítico que tengamos en nuestra red señales
con niveles de potencia del mismo orden de magnitud utilizando el mismo
código en la misma celda, vamos a ser muy restrictivos en este aspecto y a fijar
una distancia de reutilización manifiestamente mayor: 2.000 m.
La primera ejecución del algoritmo dio error, fue imposible cumplir esas
restricciones utilizando solo 20 códigos. De manera que fuimos añadiendo
grupos de 5 códigos al dominio de códigos hasta que el algoritmo convergió al
alcanzar la cifra de 55 códigos. Los códigos utilizados son los de la Tabla 37.
Grupos Mínimo Máximo Paso
Grupo 1 0 4 1
Grupo 2 32 36 1
Grupo 3 64 68 1
Grupo 4 96 100 1
Grupo 5 128 132 1
Grupo 6 160 164 1
Grupo 7 192 196 1
Grupo 8 224 228 1
Grupo 9 256 260 1
Grupo 10 288 292 1
Grupo 11 320 324 1
Tabla 37: Códigos de aleatorización empleados.
Con los resultados del algoritmo, Atoll genera unas estadísticas en las que se
muestran el número de veces que el algoritmo ha asignado un determinado
código (Figura 27) y el número de veces que se ha recurrido a un código de un
determinado cluster (Figura 28).
Figura 27: Asignación de códigos de aleatorización para la red UMTS.
Tenemos 177 emplazamientos, cada uno con 3 sectores y 3 portadoras por
sector, lo que hace un total de 1.593 celdas, para las cuales hemos asignado 55
códigos, lo cual da una media de 28,96 celdas por código. Vemos que la
asignación de códigos se mueve alrededor de ese valor antes mencionado, de
hecho de los 11 grupos de códigos vemos que hay 6 en los que todos los
códigos superan esa media y 5 en los que ninguno lo hace.
Veamos ahora el uso de los cluster:
Figura 28: Uso de los cluster de códigos UMTS para nuestra red.
UMTS dispone de 64 clusters de 8 códigos cada uno. Nosotros hemos definido
un dominio de códigos formado por 11 grupos de 5 códigos, cada grupo por
tanto de un cluster distinto. Tenemos entonces 11 clusters usados, cada uno
con 3 códigos libres. Podríamos por tanto añadir a la red 33 nuevos códigos sin
necesidad de usar un nuevo cluster
3.8. Estudios de cobertura
En esta sección vamos a realizar una serie de estudios de cobertura sobre la
red desplegada. El objetivo de estos estudios es documentar gráficamente la
red y verificar que el diseño es el adecuado.
Los estudios de cobertura nos proporcionan información sobre el estado de la
red en todas las localizaciones de la zona objetivo. Los distintos tipos de
estudios de cobertura que se pueden realizar en Atoll son los siguientes:
• Estudio de cobertura por nivel de señal.
• Estudio de cobertura por transmisor.
• Estudio de solapamiento.
• Estudio del nivel de ruido en el DL.
• Estudio de la relación señal/interferencia en el canal piloto.
• Estudio del área de servicio en el DL.
• Estudio del área de servicio en el UL.
• Estudio del área de servicio efectiva.
• Estudio de traspasos.
Veamos los resultados de los distintos estudios:
Estudio de cobertura por nivel de señal.
Este estudio proporciona una representación gráfica del nivel de señal recibido
por el terminal (cobertura en el enlace descendente).
El estudio de cobertura por nivel de señal realizado se muestra en la Figura 30.
Figura 30: Estudio de cobertura por nivel de señal.
Ya hemos comentado que UMTS es un sistema radioeléctrico limitado por
interferencia, por lo que el nivel de señal no es en principio quien limita la
cobertura.
En cualquier caso tenemos un nivel de señal por encima de -90 dBm en toda la
zona objetivo (incluyendo interiores). Si tomamos un valor de sensibilidad típico
de un terminal móvil de -105 dBm tenemos 15 dB de margen bruto para
desvanecimientos, por lo que en principio, el nivel de señal no debe ser un
problema para nuestra red.
Estudio de cobertura por transmisor.
Este estudio de cobertura marca de un color distinto la zona de cobertura de
cada transmisor En este caso hemos utilizado 10 colores y los hemos ido
alternando para tratar que no coincidiesen transmisores adyacentes del mismo
color. El resultado del estudio se muestra en la Figura 31.
Figura 31: Estudio de cobertura por transmisor.
Vemos que en los emplazamientos situados en el casco urbano, el área de
cobertura coincide de manera aproximada con la celda correspondiente,
mientras que los emplazamientos más aislados dan cobertura a unas áreas
sensiblemente mayores.
Estudio de solapamiento.
Este estudio muestra el número de estaciones bases que en cada punto del
mapa superan el umbral de potencia en recepción.
El resultado del estudio de solapamiento realizado se muestra en la Figura 32:
Figura 32: Estudio de solapamiento.
Estudio del nivel de interferencia en el DL.
Este estudio evalúa la interferencia total recibida en el enlace descendente.
Todos los tipos de predicciones que veremos a partir de ahora se refieren
siempre a una simulación o grupo de simulaciones y se realiza para un terminal,
servicio y movilidad determinada.
Nosotros vamos a realizar dos estudios del nivel de interferencia, uno para el
caso mayoritario: terminal teléfono y servicio voz y otro para el caso más
crítico: terminal teléfono y servicio acceso a Internet.
Estos estudios se realizan para la población generada por la simulación media
de las 10 realizadas para la configuración definitiva del apartado anterior. El
estudio para el servicio voz y terminal teléfono se muestra en la Figura 33.
Figura 33: Estudio del nivel de ruido del servicio Voz del terminal Teléfono.
Vemos que el nivel de interferencia total generado es bastante más alto que el
nivel de señal del estudio de cobertura de la Figura 30. De todas formas eso no
debe preocuparnos, ya que tal y como explicamos en el capítulo 2, los sistemas
UMTS son resistentes a la interferencia y gracias a la tecnología CDMA es fácil
discriminar en los receptores entre las señales interferentes y la señal deseada.
Como se verá en el estudio de relación señal/interferencia en el canal piloto,
con superar un cierto valor umbral de Ec/Io (un valor típico en UMTS es -14 dB)
es suficiente para poder discriminar señal e interferencia, y como se verá en las
Figuras 35 y 36 esto sucede para casi la totalidad de la zona objetivo.
Lo mismo sucede para el servicio acceso a Internet, solo que en este caso los
niveles de ruido son incluso mayores. Esto se debe a que el servicio acceso a
Internet requiere un ancho de banda mayor y por tanto necesita más potencia
en transmisión en el enlace descendente. Los resultados del estudio para este
servicio se muestran en la Figura 34.
Figura 34: Estudio de ruido del servicio acceso a Internet del terminal teléfono.
Estudio de la relación señal/interferencia en el canal piloto.
Este estudio sitúa un terminal de prueba del tipo seleccionado en cada píxel y
analiza la relación EC/IO de las señales recibidas. Como en el caso anterior se ha
elegido la población generada por la simulación media de las 10 simulaciones.
Del mismo modo que antes, vamos a realizar un estudio para el caso más
frecuente (teléfono y voz) y para el caso más crítico (teléfono y acceso a
Internet).
Los resultados del estudio para servicio Voz y terminal Teléfono son los de la
Figura 35.
Figura 35: Ec/Io en el canal piloto para el servicio voz del terminal teléfono
En la Tabla 9 se fijó el umbral de EC/IO para todas las movilidades en -14 dB.
Vemos que prácticamente en toda la zona objetivo se tienen valores por encima
de los -15 dB, por lo en principio se confirma el resultado de las simulaciones y
no debemos tener apenas rechazos por una mala calidad de señal para este
servicio.
Podemos ver los resultados del estudio para el servicio de acceso a Internet en
la Figura 36:
Figura 36: Ec/Io en el canal piloto para el servicio acceso a Internet del terminal
teléfono.
Los resultados son muy similares a los del servicio voz, lo cual es lógico ya que
la potencia en transmisión en el canal piloto es la misma y la interferencia es la
misma para todos los servicios. Las conclusiones son equivalentes a las del caso
anterior, tenemos una Ec/Io por encima de -15 dB en toda la zona objetivo, así
que es previsible que no haya apenas rechazos debidos a una mala calidad de
señal, lo que confirma los resultados de las simulaciones.
Estudio del área de servicio en el DL.
Este estudio evalúa si el terminal de prueba puede obtener servicio en el enlace
descendente, teniendo en cuenta la limitación de potencia de tráfico de su base
o bases activas.
Este estudio resulta muy interesante ya que es el que comprueba que móviles
son rechazados como consecuencia de la saturación de la red. Sabemos que la
potencia destinada a los canales de tráfico depende de la cantidad de tráfico
que haya que transferir, y si en algún momento tenemos que transmitir más
potencia de la máxima, entonces hay tráfico que tiene que ser rechazado, para
lo cual Atoll ejecuta un algoritmo de control de potencia que determina cuanta
potencia se destina a cada conexión y que conexiones se quedan sin potencia
(son rechazadas).
Este estudio sitúa un terminal de prueba en cada localización de la zona
objetivo y comprueba si puede obtener servicio o de acuerdo al resultado de las
simulaciones.
Los resultados para el terminal teléfono y servicio voz son los de la Figura 37.
Figura 37: Estudio del área de servicio en el DL para el servicio voz del terminal
teléfono.
Vemos que podemos obtener servicio en todas las localizaciones de la zona
objetivo. Esto concuerda con el resultado de las simulaciones ya para el servicio
Voz no teníamos rechazos.
Debemos recordar que esto no quiere decir que nunca vayamos a tener
rechazos para este servicio. Esto significa que en 10 (que son las veces que se
ha repetido la simulación) instantáneas que hemos realizado de la red con una
demanda de tráfico dentro de la normalidad, no ha habido rechazos.
En situaciones excepcionales, donde la demanda de tráfico se multiplique, como
por ejemplo catástrofes, Feria, Semana Santa, Fin de Año… es seguro que
tendremos tasas de rechazos apreciables incluso para el servicio de Voz.
Los resultados del estudio para el terminal teléfono y servicio acceso a Internet
son los que se muestran en la Figura 38.
Figura 38: Estudio del área de servicio en el DL para el servicio acceso a
Internet del terminal teléfono.
Vemos que en la mayor parte de la zona objetivo podemos obtener servicio,
pero que sobre todo en la zona urbana densa, hay algunas localizaciones en las
que nuestros intentos de conexión serían rechazados. Esto confirma los
resultados de las simulaciones, que nos daban una tasa de rechazo media del
9,5% para este servicio. Por supuesto, la mayoría de estos rechazos se darían
en la zona de mayor densidad.
Estudio del área de servicio en el UL.
Es análogo al anterior pero para el enlace ascendente, teniendo en cuenta la
limitación de potencia del terminal móvil.
Los resultados del estudio para el terminal teléfono y servicio voz son los que
aparecen en la Figura 39.
Figura 39: Estudio del área de servicio en el UL para el servicio voz del terminal
teléfono
En otros sistemas de comunicaciones móviles, como GSM o TETRA el enlace
ascendente suele ser más limitante que el descendente, ya que la necesidad de
tener terminales pequeños y manejables nos fuerza a tener potencias en
transmisión en el ascendente muy bajas y que no se consiguen compensar
diseñando receptores con una sensibilidad alta en las estaciones base.
Sin embargo nuestra red UMTS se comporta al revés. Como vemos en las
Figuras 39 y 40 obtenemos servicio en el ascendente en todas las localizaciones
de la zona objetivo, lo cual concuerda con el resultado de las simulaciones, que
nos daba 0 rechazos por exceso de carga en el ascendente. Esto es lógico ya
que el servicio de acceso a Internet presenta un tráfico muy asimétrico, con
una mucha demanda en el descendente y mucha menos en el ascendente, esto
hace que en un sentido la red tenga que rechazar muchas más conexiones que
en el otro.
Figura 40: Estudio del área de servicio en el UL para el servicio acceso a
Internet del terminal teléfono
Estudio del área de servicio efectiva.
Este estudio nos proporciona el área intersección de las dos anteriores.
Como hemos visto, el enlace descendente es mucho más restrictivo que el
ascendente, por ello los resultados de este estudio son prácticamente idénticos
a los del estudio del área de servicio en el enlace descendente.
Los resultados para el terminal teléfono y servicio voz son los que se muestran
en la Figuras 41 y 42:
Figura 41: Estudio del área de servicio efectiva para el servicio Voz del terminal
teléfono
Figura 42: Estudio del área de servicio efectiva para el servicio acceso a
Internet del terminal teléfono
Estudio de traspasos.
Esta predicción estudia el conjunto activo de un móvil de prueba situado en
cada punto del mapa, y lo representa de acuerdo con el criterio seleccionado.
Vamos a explicar brevemente que el concepto de conjunto activo en UMTS.
En el sistema UMTS se utiliza un mecanismo de traspaso denominado traspaso
con continuidad, SHO (Soft/Softer Handover). Gracias a la reutilización
universal de las frecuencias, es posible conectar la llamada a la estación
candidata al traspaso antes de desconectarla de la estación de origen,
manteniendo ambos enlaces simultáneamente durante un cierto tiempo. Una
llamada puede estar soportada por los tres sectores de una estación base y/o
por dos o más estaciones. Cada una de las bases implicadas mantiene el
contacto con el móvil hasta que la atenuación hacia una de ellas es excesiva,
momento en el que se abandona el enlace con esa base. En el enlace
ascendente, durante el periodo de traspaso con continuidad, la señal
transmitida por el móvil es detectada por las estaciones base involucradas,
efectuándose una selección o combinación de las señales demoduladas. En
general, para estaciones base situadas en emplazamientos distintos, es más
fácil seleccionar la señal de mayor calidad (soft hand-off). Para estaciones base
situadas en un mismo emplazamiento, como ocurre en células sectorizadas, la
proximidad física permite combinar las señales (softer hand-off) antes de la
demodulación.
El conjunto de bases con el que un móvil tiene contacto se conoce como
Conjunto Activo (Active Set). El número máximo de estaciones que pueden
formar parte del conjunto activo de un móvil (Active Set Size) depende del tipo
de terminal.
El criterio que se utiliza para que una estación forme parte del conjunto activo
de un terminal está basado en el concepto de umbral relativo de traspaso (AS
Treshold), definido para cada célula en la tabla Transmitters|Cells|Open Table.
Los transmisores que constituyen el conjunto activo de un móvil deben cumplir
las siguientes condiciones:
-Deben utilizar la misma frecuencia
-La calidad del piloto (Ec/Io) de la mejor estación debe superar un umbral
definido para la movilidad del terminal (en nuestro caso -14 dB).
-Los pilotos de las demás bases del conjunto activo deben tener una relación
Ec/Io que no caiga por debajo del umbral de traspaso relativo a la mejor
estación.
-Deben ser estaciones vecinas de la mejor base, si se ha seleccionado la opción
AS restricted to neighbours en las características de los equipos.
Los resultados de este estudio se muestran en las Figuras 43 y 44:
Figura 43: Estudio del conjunto activo para el servicio Voz del terminal teléfono
Del mismo modo que ocurría en los estudios de Ec/Io, estos estudios son
idénticos para ambos servicios ya que el nivel de señal en el canal piloto y la
interferencia son la misma para los dos.
Al igual que antes, los estudios se han realizado para la población generada por
la media de las 10 simulaciones de la configuración definitiva.
Figura 44: Estudio del conjunto activo para el servicio Acceso a Internet del
terminal teléfono
Estudio de interferencia en el canal piloto.
En cada píxel se indica si el número de bases que se reciben con Ec/Io
suficiente es “excesivo”, en el sentido de que supere el número máximo de
bases activas permitido por el terminal móvil elegido.
Es adecuado que en cada localización de la red tengamos el número máximo de
bases activas, ya que esto beneficia al soft handover, pero si tenemos más
bases de las permitidas lo único que conseguimos es tener más nivel de señal
inútil, lo cual se traduce en interferencia. Toda señal que le llegue a un terminal
que no sea de una de sus bases activas es interferencia.
Los estudios de interferencia en la canal piloto realizados se muestran en las
Figuras 45 y 46.
Figura 45: Estudio de interferencia en el canal piloto para el servicio de Voz del
terminal teléfono.
Vemos que apenas tenemos estaciones interfiriendo en la mayor parte de las
localizaciones. Esto repercute en unos niveles muy bajos de rechazo de
conexiones a la red (ya lo hemos visto en las simulaciones, donde no hemos
tenido ningún rechazo para el servicio Voz).
Figura 46: Estudio de interferencia en el canal piloto para el servicio de Acceso
a Internet del terminal teléfono.
En este caso el número de estaciones base interferentes es bastante mayor, lo
que repercute en una tasa de rechazo mayor que para el servicio Voz (cosa que
ya hemos comprobado en las simulaciones).
Esto se debe a que el servicio Acceso a Internet no se ha configurado para
soportar el soft handover, y por tanto cualquier estación base que supere el
umbral Ec/Io en vez de formar parte del conjunto activo, pasa a ser una
estación base interferente.
3.9. Evolución de la red.
Como se ha comentado anteriormente, la red se ha diseñado para cumplir unos
objetivos de calidad cuando la previsión de abonados haya alcanzado su tope
(20% de los habitantes de la ciudad). Es de esperar que el número de
abonados tarde años en alcanzar esas cifras, o es posible que ni siquiera se
llegue a esas cantidades.
También se han comentado las dificultades que entrañan para un sistema
CDMA el traspaso entre distintas frecuencias, ya que exige trabajar en modo
comprimido, por lo que convienen limitar en la medida de lo posible las zonas
en las que debe producirse la utilización de varias portadoras.
No parece necesaria ni aconsejable entonces la utilización de tres portadoras
por celda desde la puesta en marcha de la red. Lo lógico es hacer un
despliegue inicial con una única portadora por celda e ir ampliando la capacidad
a medida de que el número de abonados los requiera.
En este apartado vamos a hacer un estudio de cómo se degrada la calidad del
servicio de la red a medida que aumenta el número de abonados y como
mejora sustancialmente a medida que se realizan las ampliaciones de la
capacidad.
Atoll permite simular fácilmente este tipo de escenarios gracias al factor de
escalado. Al realizar la simulación se permite utilizar un parámetro, llamado
Global Scaling Factor, que escala el tráfico demandado multiplicándolo por el
factor de escalado. Un factor de 0,4 significa que se realizarán las simulaciones
considerando el 40% del tráfico real.
Vamos a suponer que el número de abonados aumenta de manera lineal, a una
tasa del 10% del máximo por año hasta alcanzar el número máximo de
abonados a los 10 años de la puesta en marcha de la red. Como se ha
comentado anteriormente, inicialmente se efectuará el despliegue con una
única portadora por sector.
1 año después del despliegue (1 portadora por celda, 10% de abonados):
Servicios Conectados
Total 345,7 (99,4%) (16,03)
Voz 234,4 (100%) (17,01)
MMS 12,9 (98,5%) (1,81)
Acceso a Internet 93,3 (98,1%) (7,27)
Video Conferencia 5,1 (100%) (1,64)
Tabla 38: Conexiones aceptadas por la red (10% de usuarios y 1 portadora).
Comprobamos que efectivamente, no es en absoluto necesario iniciar el
despliegue con los bastidores a su máxima capacidad. Esto nos permite reducir
significativamente la inversión inicial para la puesta en marcha la red y nos
garantiza un mejor funcionamiento inicial de la red (al trabajar con solo una
portadora por sector). Evitamos el sobredimensionamiento y además
conseguimos que la propia red financie sus ampliaciones de capacidad, ya que
la red está en funcionamiento y por tanto facturando desde el primer día.
Además las ampliaciones de capacidad de la red son inversiones de riesgo cero,
ya que el tráfico rechazado es dinero que perdemos y el aumentar la capacidad
significa aumentar los ingresos sistemáticamente.
2 años después del despliegue (1 portadora/celda, 20% de abonados):
Servicios Conectados
Total 720,7 (98,6%) (23,43)
Voz 490,3 (100%) (17,81)
MMS 25,5 (99,6%) (6,76)
Acceso a Internet 191 (94,9%) (18,07)
Video Conferencia 13,9 (100%) (2,07)
Tabla 39: Conexiones aceptadas por la red (20% de usuarios y 1 portadora).
Los objetivos de calidad se siguen cumpliendo holgadamente 2 años después
de finalizado el despliegue. Además de reducir la inversión necesaria para la
puesta en marcha de la red, otra ventaja de no desplegar todas la portadoras
desde el instante inicial es que evitas el desgaste que sufren todas esas
portadoras al estar en funcionamiento, alargando por tanto la vida de la red y
minimizas el número de fallos en la red (a menos portadoras, menor tasa de
fallos). Esto también supone un ahorro en mantenimiento y una mejora en la
calidad del servicio de la red.
3 años después del despliegue (1 portadora/celda, 30% de abonados):
Servicios Conectados
Total 1.079,5 (97,3%) (9,22)
Voz 745,7 (100%) (17,94)
MMS 41,7 (98,6%) (5,73)
Acceso a Internet 272,9 (90,3%) (9,22)
Video Conferencia 19,2 (99,5%) (4,21)
Tabla 40: Conexiones aceptadas por la red (30% de usuarios y 1 portadora).
Vemos que en este caso los objetivos de calidad se cumplen por un escaso
margen. Es evidente que a lo largo del 3º año de funcionamiento de la red
tendrán que empezar a realizarse las primeras ampliaciones de capacidad,
añadiendo una portadora en los sectores más cargados (los cuales
probablemente hará tiempo que habrán subido del 10 % de rechazo en el
servicio de acceso a Internet, ya que estos datos contemplan la totalidad de la
red y lo conveniente sería que se cumplieran para todas las celdas).
Nosotros vamos a simplificar y como hemos hecho hasta ahora no vamos a
exigir que los objetivos de calidad se cumplan en todas las celdas, sino solo a
nivel de toda la red (la mayoría de los operadores no lo hacen ni a nivel global).
Tampoco vamos a hacer la ampliación de capacidad de manera progresiva, que
sería lo óptimo. Vamos a seguir simulando hasta que los objetivos de calidad
dejen de cumplirse, momento en el cual duplicaremos la capacidad de la red
añadiendo una portadora a todos los sectores.
4 años después del despliegue (1 portadora/celda, 40% de abonados):
Servicios Conectados
Total 1.408,9 (95,8%) (42,97)
Voz 990,2 (100%) (39,32)
MMS 49,8 (94,3%) (7,24)
Acceso a Internet 343,8 (85,5%) (15,09)
Video Conferencia 25,1 (100%) (3,08)
Tabla 41: Conexiones aceptadas por la red (40% de usuarios y 1 portadora).
Como era de esperar, tras 4 años de funcionamiento de la red los servicios de
poca prioridad han caído por debajo de los objetivos de calidad. Es por tanto el
momento de realizar una primera ampliación de la capacidad de la red.
Añadiendo una portadora por sector los resultados de las simulaciones son los
siguientes:
4 años después del despliegue (2 portadoras/celda, 40% de abonados):
Servicios Conectados
Total 1.426,1 (98,8%) (20,44)
Voz 983,8 (100%) (37,02)
MMS 47,3 (99,4%) (6,42)
Acceso a Internet 370,1 (95,8%) (20,44)
Video Conferencia 24,9 (99,6%) (5,79)
Tabla 42: Conexiones aceptadas por la red (40% de usuarios y 2 portadoras).
La ampliación de capacidad ha tenido los resultados esperados y la red puede
seguir creciendo algunos años más antes de necesitar una nueva ampliación.
5 años después del despliegue (2 portadoras/celda, 50% de abonados):
Servicios Conectados
Total 1.817,38 (98,4%) (37,06)
Voz 1.259,5 (100%) (28,24)
MMS 63,63 (99%) (5,1)
Acceso a Internet 464,38 (94,3%) (22,04)
Video Conferencia 29,88 (100%) (3,95)
Tabla 43: Conexiones aceptadas por la red (50% de usuarios y 2 portadoras).
Los objetivos de calidad siguen cumpliéndose de manera satisfactoria. De todas
formas, lo normal es que a los 5 años se piense en migrar a una nueva
tecnología (en este caso sería HSDPA).
Está aceptado que entre el despliegue de cada generación de telefonía móvil
pasan unos 10 años y que a los 5 es normal que se migre a una tecnología
intermedia. De hecho, sabemos que la primera red de UMTS en Sevilla entró
en funcionamiento el 1 de Junio de 2002 y que 5 años después, en 2007 ya
tenemos cobertura HSDPA (3,5G) [10].
Con esta nueva tecnología, es posible que se planificase la ampliación de
capacidad de otra manera, por lo que sería adecuado estudiar que si la
ampliación de la capacidad que la migración aporta es suficiente para cubrir el
aumento de demanda de tráfico o es necesario seguir desplegando portadoras.
De todas formas, HSDPA se escapa de los objetivos de este proyecto, por lo
que se va a planificar la ampliación de la capacidad sin considerar la migración.
6 años después del despliegue (2 portadoras/celda, 60% de usuarios):
Servicios Conectados
Total 2.158,67 (97,7%) (45,55)
Voz 1.472,17 (100%) (50,69)
MMS 84,67 (97,3%) (7,72)
Acceso a Internet 564,33 (92%) (19,8)
Video Conferencia 37,5 (100%) (4,57)
Tabla 44: Conexiones aceptadas por la red (60% de usuarios y 2 portadoras).
Ya empieza a apreciarse otra vez como el aumento del número de abonados va
degradando poco a poco la calidad del servicio. De todas formas, siguiendo el
mismo criterio que antes, no simularemos para 3 portadoras hasta caer por
debajo de los objetivos de calidad.
7 años después del despliegue (2 portadoras/celda, 70% de usuarios):
Servicios Conectados
Total 2.498,6 (96,9%) (40,58)
Voz 1.755,6 (100%) (45,26)
MMS 86 (96,6%) (7,27)
Acceso a Internet 614,2 (88,9%) (10,53)
Video Conferencia 42,8 (100%) (5,74)
Tabla 45: Conexiones aceptadas por la red (70% de usuarios y 2 portadoras).
Vemos que por poco, pero hemos vuelto a caer por debajo de los objetivos de
calidad. Es por tanto el momento de realizar el último upgrade de la capacidad
de nuestra red.
7 años después del despliegue (3 portadoras/celda, 70% de la capacidad):
Servicios Conectados
Total 2.523,8 (98,6%) (65,56)
Voz 1.728 (100%) (30,05)
MMS 96,6 (98,4%) (10,97)
Acceso a Internet 654 (95,3%) (33,24)
Video Conferencia 45,2 (100%) (5,42)
Tabla 46: Conexiones aceptadas por la red (70% de usuarios y 3 portadoras).
Tal y como habíamos previsto, con el 70% del número de abonados y la red a
su máxima capacidad superamos ampliamente los objetivos marcados.
Poco más queda por comentar, las Tablas 39, 40 y 41 muestran los resultados
de las simulaciones para un 80%, 90% y 100% del número de abonados
previsto.
8 años después del despliegue (3 portadoras/celda, 80% de usuarios):
Servicios Conectados
Total 2.886,8 (98,3%) (54,88)
Voz 1.972,2 (100%) (32,52)
MMS 103,6 (98,9%) (12,88)
Acceso a Internet 761,6 (93,9%) (30,86)
Video Conferencia 49,4 (100%) (10,25)
Tabla 47: Conexiones aceptadas por la red (80% de usuarios y 3 portadoras).
9 años después del despliegue (3 portadoras/celda, 90% de usuarios):
Servicios Conectados
Total 3.201,5 (97,9%) (52,41)
Voz 2.187 (100%) (36,4)
MMS 119,75 (97,6%) (9,6)
Acceso a Internet 847 (92,8%) (30,85)
Video Conferencia 47,75 (100%) (6,87)
Tabla 48: Conexiones aceptadas por la red (90% de usuarios y 3 portadoras).
10 años después del despliegue (3 portadoras/celda, 100% de usuarios):
Servicios Conectados
Total 3.587 (97,4%) (43,18)
Voz 2.463,25 (100%) (34,37)
MMS 120,25 (98,2%) (11,37)
Acceso a Internet 908,25 (90,5%) (4,66)
Video Conferencia 57,5 (100%) (8,08)
Tabla 49: Conexiones aceptadas por la red (100% de usuarios y 3 portadoras).
Se plantea la pregunta de que hacer pasados los 10 años, cuando el número de
abonados siga creciendo y la calidad del servicio de la red empeorando,
¿aumentar el número de emplazamientos?
La respuesta es claramente no. Incluso los menos visionarios podían intuir allá
por el 2000 cuando se planificaron estas redes que del mismo modo que GPRS
(2,5G) sirvió de puente entre GSM (2G) y UMTS (3G) aparecerían tecnologías
que permitirían ampliar la capacidad de UMTS, HSDPA y HSPA están ya en
funcionamiento, 5 años después de la puesta en marcha de UMTS en Sevilla y
se habla de que es posible la aparición de las primeras redes 4G en Estados
Unidos a finales de este año [10].
La evolución de la tecnología es prácticamente impredecible y como ya he
comentado antes no es aconsejable diseñar redes pensando en que van a estar
en funcionamiento muchísimos años porque se pueden quedar obsoletas antes
de empezar a recuperar la inversión realizada. 4 G puede empezar a aparecer
en cualquier momento entre 2008 y 2012. Lo que significa que una red UMTS
en Sevilla no puede tener una vida útil de mucho más de 10 años, y si resulta
que sí, siempre están las tecnologías puentes para soportar ese aumento de
demanda de tráfico.
