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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL “ADOLFO LÓPEZ MATEOS” ZACATENCO
“PROPUESTA DE TECNOLOGÍA FTTx GPON COMO MEDIO DE TRANSMISIÓN DE CELDAS
LTE PARA OPTIMIZAR COBERTURA EN CIUDADES DE TRÁFICO URBANO DENSO”
SEMINARIO
PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA
PRESENTAN:
CESAR GERARDO ALVAREZ HERNANDEZ BERNARDO CASTILLO PACHECO
AXEL KARIM MELCHE RUBIO
ASESOR
ING. EDGAR ROMO MONTIEL
CIUDAD DE MÉXICO JUNIO 2019
Autorización de uso de obra
INSTITUTO POL|TÉCNICO NACIONAL
Presente
Bajo protesta de decir verdad, los que suscriben, Gesar Gerardo AlvarezHernandez, Bernardo Castillo Pacheco y Axel Karim Melche Rubio,manifestamos ser autores y titulares de los derechos morales y patrimoniales de laObrA titUIAdA ..PROPUESTA DE TECNOLOGíA FTTX GPON COMO MEDIO DETRANSMISIóN DE CELDAS LTE PARA OPTIMIZAR COBERTURA ENCIUDADES DE TRÁFICO URBANO DENSO", en adelante "La Tesis" y de lacual se adjunta copia en dos CD's. Por lo que por medio del presente y confundamento en el artículo 27 fracción ll, inciso b de la Ley Federal del Derecho deAutor, otorgamos al INSTITUTO POLIÉCNICO NACIONAL, en adelante EL lPN,autorización no exclusiva para comunicar y exhibir públicamente total oparcialmente en medios digitales o en cualquier otro medio para que sirva comoconsulta y apoyo para futuros trabajos relacionados con el tema de "La Tesis" porun periodo de 5 años, contado a partir de la fecha de la presente autorización,dicho oeriodo se renovará automáticamente en caso de no dar aviso exoreso a ELIPN de su terminación.
En virtud de lo anterior, EL IPN deberá reconocer en todo momento nuestracalidad de autores de "La Tesis".
Adicionalmente, y en nuestra calidad de autores y titulares de los derechosmorales y patrimoniales de "La Tesis", manifestamos que la misma es original yque la presente aütorización no contraviene ninguna otorgada por los suscritosrespecto de "La Tesis", por lo que deslindamos de toda responsab¡lidad a EL IPNen caso de que el contenido de "La Tesis" o la autorización concedida afecte oviole derechos autorales, industriales, secretos industriales, convenios o contratosde confidencialidad o en general cualquier derecho de propiedad intelectual deterceros y asumimos las consecuencias legales y económicas de cualquierdemanda o reclamación que puedan derivarse del caso.
Ciudad de México, a B de junio del 2019.
Cesar GerardoAlvarez Hernandez
BernardoCastillo Pacheco
Atentamente
N t /l \ i{Á'
Axel KarimMelche Rubio
Dedicado A mi padre
Ignacio Álvarez Mi mayor deseo, era que estuvieras
presente en este momento. Solo quiero que sepas que lo logré
y que esto es solo el principio. Eres mi inspiración y motivación para ser mejor cada día. Te amo.
A mis hijos
Óscar y Edith Toda mi dedicación y empeño
es para ustedes. Quiero ser esa razón de orgullo
y motivación para que nunca se rindan y siempre persigan sus sueños. Los amo.
César Álvarez
Gracias A mi madre
Vickypor ser la luz en mí camino
por ser la maestra de mi vida por amarme por encima de todo.
A mis hermanos
Vicky, Nacho y Mauricio por ser mis cómplices de vida y
representantes de buenos valores como honestidad, responsabilidad y amor.
A los maestros,
Miriam, Edgar y William por su entrega y vocación para impulsarnos
a cumplir nuestras metas.
A Laurapor su amor, paciencia y apoyo y por
hacerme parte de una hermosa familia
junto con Juan, Rosy y Tiko.
Los amo y amaré siempre.
Agradecimientos por parte de Axel Karim Melche Rubio:
Dentro del caminar por la vida de cualquier persona, es evidente decir que con el tiempo se
convierte en el reflejo de la persona, situación o la experiencia en la que se encontró durante su
vida o momento de crecimiento.
-La familia la podemos definir como el grupo de personas que más que unidas por papeles y
clausulas, están unidas por el irrompible vínculo del amor, la familia no necesariamente es un
padre y una madre mediante el proceso de crianza de un hijo, la familia es el vínculo mismo del
amor, es el momento exacto en que las palabras dejan de ser solo palabras para convertirse en
actos, en hechos y momentos de entrega y compromiso, eso es familia.
-Ella pues, siendo la mayor motivación en mi vida encaminada al éxito, fue el ingrediente perfecto
para poder lograr alcanzar esta dichosa y muy merecida victoria en la vida, el poder haber
culminado este trabajo con éxito, y poder disfrutar del privilegio de ser agradecido, ser grato con
esa persona que se preocupó por mí en cada momento y que siempre quiso lo mejor para mi
porvenir.
-Gracias a Dios por permitirme tener y disfrutar a mi familia, gracias a mi familia por apoyarme en
cada decisión y proyecto, gracias a la vida porque cada día me demuestra lo hermosa que es la
vida y lo justa que puede llegar a ser; gracias a mi familia por permitirme cumplir con excelencia
en el desarrollo de este trabajo. Gracias por creer en mí y gracias a Dios por permitirme vivir y
disfrutar de cada día.
Es por todo lo anterior que esta mención es especial para ustedes Claudia, Joaquín y Jenny que
estuvieron para mí cuando lo necesité y también me recordaron que tenía que seguir y terminar lo
que alguna vez empecé.
No ha sido sencillo el camino hasta ahora, pero gracias a sus aportes, a su amor, a su inmensa
bondad y apoyo, lo complicado de lograr esta meta se ha notado menos. Les agradezco, y hago
presente mi gran afecto hacia ustedes, mi hermosa familia.
La gratitud es simplemente el acto más grande de humildad, donde podemos reflejar y darnos a
entender a nosotros mismos la calidad de nuestro trabajo, la capacidad de nuestras manos y de
nuestra mente unida en un único, conciso y preciso fin.
¡GRACIAS POR TODO!
6
ÍNDICE
ÍNDICE DE FIGURAS, TABLAS Y GRÁFICOS ....................................................... 9
OBJETIVO GENERAL .......................................................................................... 11
OBJETIVOS PARTICULARES .............................................................................. 11
JUSTIFICACIÓN ................................................................................................... 12
INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 13
CAPÍTULO 1. EVOLUCIÓN DE LAS REDES DE TRANSPORTE ........................ 14
1.1. ANTECEDENTES DE REDES DE TRANSPORTE .................................... 14
1.2. REDES DE TRANSPORTE ........................................................................ 15
1.3. FIBRA ÓPTICA ........................................................................................... 18
1.4. MODELO DE REFERENCIA ISO / OSI ...................................................... 22
1.5. ETHERNET Y ESTÁNDAR IEEE 802.3XXX .............................................. 24
1.6. CARRIER ETHERNET ............................................................................... 25
1.7. ARQUITECTURA DE CARRIER ETHERNET ............................................ 25
Modelo de Carrier Ethernet ......................................................................... 25
Servicios de Carrier Ethernet ...................................................................... 27
1.8. GPON (Gigabit Passive Optical Network) ................................................... 28
Tecnología FTTX ........................................................................................ 28
OLT (Optical Line Terminal) ........................................................................ 29
ONT (Optical Network Terminal – Terminal de Red Óptica) ....................... 32
Redes PON ................................................................................................. 34
Arquitectura GPON (Gigabit PON) ............................................................. 36
7
Comparación de las redes xPON ............................................................... 38
1.9. ANTECEDENTES DE LA TELEFONÍA MÓVIL .......................................... 39
Tecnología de primera generación “1G” ..................................................... 39
Tecnología de segunda generación “2G”.................................................... 40
Tecnología de tercera generación “3G” ...................................................... 42
Tecnología de cuarta generación “4G” ....................................................... 44
1.10. INTRODUCCIÓN A LA RED LTE ............................................................. 45
Sistema LTE ............................................................................................... 45
Arquitectura del sistema LTE ...................................................................... 45
Red de acceso evolucionada: E-UTRAN .................................................... 47
1.11. ENTIDADES DE RED E INTERFACES .................................................... 48
eNodeB ....................................................................................................... 48
Interfaz de radio. ......................................................................................... 49
Interfaz eNodeB - EPC (S1) ........................................................................ 50
Interfaz eNodeB - eNodeB (X2) .................................................................. 51
Protocolos utilizados en E-UTRAN ............................................................. 52
Protocolos en la interfaz radio .................................................................... 52
Protocolos en las interfaces S1 y X2 .......................................................... 53
Red troncal de paquetes evolucionada: EPC ............................................. 55
CAPÍTULO 2. ANÁLISIS DE UNA ZONA DE COBERTURA NO GARANTIZADA 57
2.1. ZONAS DE COBERTURA LTE NO GARANTIZADA. ................................ 57
2.2. CARACTERÍSTICAS DEL ÁREA GEOGRÁFICA. ..................................... 60
2.3. TIPOS DE ENTORNOS PARA OPERADORES ........................................ 63
2.4. CONSUMO DE DATOS EN EL ÁREA GEOGRÁFICA .............................. 66
8
2.5. ANÁLISIS DE CAPACIDAD DE ACUERDO CON EL CONSUMO DE
DATOS .............................................................................................................. 67
CAPÍTULO 3. PROPUESTA PARA EXTENSIÓN DE COBERTURA .................... 70
3.1. PROPUESTA DE TECNOLOGÍA GPON FTTX COMO BACKHAUL DE
NUEVOS SITIOS CELULARES. ....................................................................... 70
3.2. SERVICIO FTTx POR MEDIO DE ISP’s (Proveedores de Servicios de
Internet) ............................................................................................................. 75
Rentar vs implementar infraestructura ........................................................ 79
3.3. TOPOLOGÍA DE TECNOLOGÍA FTTx Y PROPUESTA DE DOS E-
NODESB LTE ................................................................................................... 79
Topología FTTx .......................................................................................... 79
Propuesta de Radiobases (eNodeB). ......................................................... 81
eNodeB Valle .............................................................................................. 82
eNodeB Esmeralda ..................................................................................... 83
Conexión a la red LTE ................................................................................ 84
Cálculo de capacidad en Mbps para ancho de banda de 20 MHz .............. 85
Datos de servicio para enlace FTTx ........................................................... 89
CONCLUSIONES .................................................................................................. 93
RELACIÓN DE SIGLAS Y ABREVIATURAS ........................................................ 94
REFERENCIAS ..................................................................................................... 98
9
ÍNDICE DE FIGURAS, TABLAS Y GRÁFICOS
Figura Pág 1.1 Sección de una fibra monomodo 18 1.2 Propagación de los haces de luz a través de una fibra
monomodo 19
1.3 Sección de una fibra multimodo 19 1.4 Propagación de los haces de luz a través de una fibra
multimodo 20
1.5 Espectro de colores 20 1.6 Longitud de Onda usado por la Fibra Óptica 21 1.7 Modelo OSI 23 1.8 Arquitectura Carrier Ethernet 26 1.9 Conexión Virtual Ethernet 27 1.10 Ethernet Line 27
1.11 Ethernet LAN 28 1.12 Estructura de un OLT 32 1.13 Esquema global de una red PON 35 1.14 Estructura de una trama GPON 37 1.15 Arquitectura de la Red GSM 41 1.16 Arquitectura de la red GSM/GPRS +UMTS Release 99 43 1.17 Arquitectura del sistema LTE 46 1.18 Red de acceso E-UTRAN 47 1.19 Mecanismos de transferencia de información en la interfaz
radio 49
1.20 Protocolos de la interfaz de radio de E-UTRAN 52 1.21 Arquitectura de protocolos de las interfaces S1 y X2 54 1.22 Arquitectura básica de la red troncal EPC 56 2.1 Cobertura LTE de Movistar 58 2.2 Cobertura LTE de Telcel 59 2.3 Cobertura LTE de AT&T 59 3.1 Red de backhaul LTE (migración de servicios de TDM a
Carrier Ethernet) 71
3.2 Arquitectura LTE 3GPP de eNodeB a MME 72 3.3 Diagrama del servicio GPON FTTX 73 3.4 Diferenciación de servicios GPON FTTX 74 3.5 Perfil de tráfico del servicio GPON FTTX 74 3.6 Costos relativos de alternativas de backhaul 77 3.7 Topología de enlace FTTx 80 3.8 Topología de enlace FTTx detallada 81 3.9 Propuesta de radiobases eNodeB y centrales de acceso
GPON 82
3.10 Ubicación de eNodeB Valle y central de acceso 82 3.11 Ubicación de eNodeB Esmeralda y central de acceso 83 3.12 Infraestructura instalada de fibra óptica del proveedor de
servicio Telmex 84
10
Figura Pág 3.13 Conexión hacia red LTE por medio de enlace CE existente 85 3.14 Conexión hacia red LTE por medio de otro enlace FTTx 85 3.15 Concepto Resource Element (RE) y Resource Block (RB) 86 3.16 Dirección IP de usuario oculta en red de transmisión 90
Tabla Pág 1.1 Niveles jerárquicos PDH y SDH 17 1.2 Comparación entre CWDM y DWDM 22 1.3 Comparativa de las principales tecnologías PON 38 2.1 Densidad poblacional de municipios establecidos 61 2.2 Índice de Desarrollo Social de colonias referidas de la Cd. De
México 61
2.3 Índice de Desarrollo Social por Componente 62 2.4 Estrato del Índice de Desarrollo Social por Componente 62 2.5 Tipos de Entornos y sus características 64 2.6 Criterios técnicos de BTS según el tipo de entorno 66 2.7 Consumo de datos promedio en diferentes zonas de la
Ciudad de México 68
3.1 Comparación de enlaces para transmisión de sitios LTE 76 3.2 Capacidad (Mbps) vs. Tipo de Área 78 3.3 Velocidad pico en Mbps de acuerdo a la canalización
utilizada 87
3.4 Comparación de Velocidad en Mbps tomada en campo vs. requerimientos
89
3.5 Datos de servicio de enlace FTTx 90 3.6 Validación de presupuesto de alimentación (PBV) para
ambos enlaces 91
Gráfico Pág 2.1 Tráfico total cursado en datos (MB/hora) 67 2.2 Consumo de datos promedio en diferentes zonas de la
Ciudad de México 69
3.1 Promedio de utilización de datos en Mbps de eNodeB vecinos
88
3.2 Pico máximo de utilización de datos en Mbps de eNodeB vecinos
88
11
OBJETIVO GENERAL
Proponer una solución de telecomunicaciones basada en la tecnología FTTx con
arquitectura GPON con el fin de ser aplicada como medio de transmisión entre los
sub-sistemas eNode-B de un sistema de comunicación móvil LTE para optimizar
áreas de cobertura no garantizada1 en ciudades de tráfico urbano denso.
OBJETIVOS PARTICULARES
Definir los requerimientos para la transmisión de voz y datos generalmente
utilizados para una red de tecnología LTE.
Identificar las principales características técnicas de la tecnología FTTx con
el fin de ser utilizada como medio de transmisión para sistemas LTE.
Identificar un área geográfica de cobertura LTE no garantizada de tráfico
urbano denso para la aplicación de estudio.
Presentar una propuesta técnica de solución para la interconexión de
eNodes-B LTE en una zona de la Ciudad de México con tráfico urbano
denso como aplicación práctica de las ventajas que ofrece la tecnología
FTTx.
1 Área de cobertura en la cual los niveles de recepción están por debajo de los -100 dBm en exteriores
(Telcel, 2019).
12
JUSTIFICACIÓN
Actualmente, los usuarios de telefonía celular en México cuentan con el
acceso a redes con tecnología 4G-LTE por medio de tres operadores
preponderantes, los cuales cubren casi la totalidad de las ciudades más
importantes del país. Hay poblaciones lejanas o de difícil acceso que aún no
cuentan con esta tecnología, en parte, por la obsoleta infraestructura y la falta de
una red de transmisión que soporte esos amplios anchos de banda.
Por el contrario, en las ciudades urbanas de tráfico denso como es la Ciudad de
México, la señal de la tecnología 4G-LTE está garantizada casi en su totalidad, sin
embargo, todavía existen pequeños huecos de cobertura que deben optimizarse.
Es por esta razón, que se evaluará la tecnología de transmisión FTTx,
identificando sus beneficios e inconvenientes como medio de transmisión para la
implementación del sistema 4G-LTE en aquellos huecos de cobertura y sirva de
herramienta de consulta, para cualquier operador de telefonía móvil que desee
optimizar su red.
El presente estudio se enfocará en esta tecnología ya que hoy en día, hay
empresas de telecomunicaciones que fungen como Carrier de dicho servicio para
transmisión de voz y datos y que son una opción para aquellos operadores que no
cuentan o que no desean invertir en una infraestructura de red propia, lo cual
traería beneficios a los usuarios de estas poblaciones.
13
INTRODUCCIÓN
En la actualidad, la telefonía móvil es indispensable, debido a los avances
tecnológicos y a la necesidad del intercambio de información, consulta de correo,
mensajes instantáneos, redes sociales, juegos en línea, etc.
El incremento constante de usuarios que tienen acceso a móviles con tecnología
4G LTE (Long Term Evolution) ha generado una mayor demanda de servicio
debido a estas actividades, por lo que las compañías telefónicas han puesto su
mayor empeño para cubrir estas necesidades, sin embargo, a pesar de todo el
esfuerzo, es complicado alcanzar una cobertura del 100% en todo el territorio
nacional.
En el presente trabajo se presenta una propuesta para solventar una zona de baja
cobertura en el noreste de la ciudad de México, haciendo frontera con el Estado
de México, considerando datos estadísticos recopilados desde diferentes fuentes.
En el primer capítulo se abarcará parte del respaldo teórico acerca de las
tecnologías de transmisión Ethernet, Carrier Ethernet y FTTx GPON, así como la
evolución de la comunicación móvil hasta llegar a la cuarta generación, LTE.
En el segundo capítulo se presentará la problemática a resolver sobre la
disminución de cobertura LTE en una zona específica, determinando su tipo de
entorno y analizando su consumo de tráfico.
En el tercer capítulo se presentará una propuesta técnica para solventar la
problemática planteada.
14
CAPÍTULO 1. EVOLUCIÓN DE LAS REDES DE
TRANSPORTE
1.1. ANTECEDENTES DE REDES DE TRANSPORTE
Las Redes de Transporte suelen ser las grandes desconocidas para los que no
están directamente relacionados con el negocio de las Redes de
Telecomunicación. Y sin embargo, son imprescindibles para que la comunicación
fluya de un lugar a otro (Filotecnóloga, 2011).
La llegada de la conmutación de paquetes y del paradigma de Internet, es decir, la
apertura de la tecnología que trajo cambios en el ámbito personal, cultural y en los
sistemas sociales y tecnológicos, junto con el éxito de los protocolos IP como la
base del transporte masivo de datos, introdujo una nueva necesidad al requerir
redes de transporte más eficientes y que permitieran ofrecer amplios anchos de
banda para el envío masivo de datos.
La tecnología LTE para sistemas de telefonía móvil, dejó atrás la conmutación de
circuitos, para pasar a un nuevo sistema basado completamente en conmutación
de paquetes, ofreciendo la voz y datos sobre un protocolo IP. Recordemos que la
conmutación de circuitos, es un tipo de comunicación que establece o crea un
15
canal dedicado o circuito durante la duración de una sesión. Después de que es
terminada la sesión (por ejemplo, una llamada telefónica) se libera el canal y éste
podrá ser usado por otro par de usuarios. En los sistemas basados en
conmutación de paquetes, la información/datos a ser transmitida previamente es
ensamblada en paquetes; cada paquete es entonces transmitido individualmente y
éste puede seguir diferentes rutas hacia su destino. Una vez que los paquetes
llegan a su destino, los paquetes son ordenados y contabilizados para re-
ensamblar la información original que se envió.
En este capítulo, se hablará sobre las características y requerimientos de
transporte para esta tecnología móvil de cuarta generación y, además se hará una
reseña de las tecnologías Carrier Ethernet y FFTX GPON, las cuales son
tradicionalmente utilizadas para ello, identificando sus características, arquitectura,
así como sus ventajas y desventajas correspondientes.
Sin embargo, para comprender mejor el tema, es preciso revisar los antecedentes
de las redes de transporte, telefonía móvil y conceptos básicos del modelo de
referencia OSI.
1.2. REDES DE TRANSPORTE
En su inicio, las Redes de Transporte fueron diseñadas y utilizadas principalmente
para comunicaciones de voz (telefonía fija). Uno de los retos que se enfrentaba,
era el de trasladar las comunicaciones de voz a grandes distancias, ya que la
señal se debilitaba entre más distante era el enlace, además de que se debían
tender grandes cantidades de pares de cables para atender un igual número de
clientes que requerían este servicio.
16
Con la evolución de las Centrales Telefónicas, primero en tecnología analógica y
posteriormente, hacia tecnología digital, mediante la implementación de técnicas
como el PCM (Modulación por Codificación de Pulsos), fue posible enviar varias
conversaciones sobre un mismo medio de comunicación troncal (INTTELMEX,
2010), así como mejorar el sistema contra el ruido y la interferencia eléctrica.
El PCM es un procedimiento utilizado para transformar una señal analógica en una
secuencia de palabras de bits (código digital).
Comenzaron a surgir estrategias para implementar sistemas para el transporte de
llamadas telefónicas digitales, primero con canales de 64 kbps, que es el ancho de
banda básico necesario para transportar una sola conversación de voz
digitalizada. Partiendo de esta primicia, se estructura la jerarquía PDH estándar
internacional con capacidades base de 2 Mbps (Europa) y de 1.5 Mbps (Norte
América y Asia), hasta a 140 Mbps. Posteriormente surge la tecnología SDH (de
155 Mbps hasta 1 Gbps).
Todas estas tecnologías perseguían el fin de transportar cada vez un mayor
número de llamadas telefónicas simultáneamente. En la tabla 1.1, se muestra los
niveles jerárquicos y sus respectivas velocidades de transmisión.
La Jerarquía Digital Plesiócrona o PDH es una tecnología usada en las redes de
telecomunicaciones para transportar grandes cantidades de información en un
medio de transmisión ampliamente utilizado como los cables de cobre y sistemas
a microondas (Hawkins, 2017).
17
PDH SDH
Orden Canales
Velocidad Tx en Mbps Orden
Llamadas simultaneas Velocidad
Tx en Mbps
E1 30 2.048 STM-1 19 155.52
E2 120 8.448 STM-4 76 622.08
E3 480 34.368 STM-16 304 2488.32
E4 1920 139.264 STM-64 1216 9953.28
Tabla 1.1. Niveles jerárquicos PDH y SDH
Esta operación está realizada por un equipo llamado multiplexor. En un sistema
plesiócrono (casi pero no totalmente síncrono), cada uno de los grupos de canales
(tributarias) a multiplexar, funciona a un propio nivel efectivo similar pero
independiente de los demás, esta independencia de la sincronía de cada tributaria
hace necesario un mecanismo de compensación (relleno) que se inserta entre las
tributarias adjuntas para compensar la anticipación o el retraso respecto a la
frecuencia nominal de la multiplexación (diferencia de sincronía) , en el receptor es
posible identificar el relleno y eliminarlo para realizar la identificación y
decodificación de alguna tributaria especifica de entre todas las que han sido
trasmitidas. Estos slots se llaman bits de justificación.
La evolución de PDH es la Jerarquía Digital Síncrona comúnmente dicho SDH, es
una tecnología usada para la transmisión telefónica y de datos en muy altas
capacidades y para áreas geográficas muy grandes, puede hacer uso de medios
como fibra óptica o cable eléctrico.
A diferencia de PDH, en SDH la información es encapsulada en un tipo especial
de estructura denominado contenedor. Una vez encapsulados los mensajes a
enviar, se añaden cabeceras de control que identifican el contenido de la
18
estructura (el contenedor) y el conjunto, después de un proceso de multiplexación,
se integra dentro de la estructura STM-1. Los niveles superiores se forman a
partir de multiplexar a nivel de byte varias estructuras STM-1, dando lugar a los
niveles STM-4, STM-16, STM-64 y STM-256 además de hacerse en forma
totalmente síncrona.
1.3. FIBRA ÓPTICA
Un cable de fibra óptica consta de un filamento de vidrio de alta pureza y cubierto
por un tubo de vidrio de una densidad distinta.
En función de la designación del material que compone el núcleo de la fibra, se
pueden distinguir distintos tipos:
Fibra de silicio.
Fibra de vidrio.
Fibra de plástico.
Fibra de núcleo líquido.
Figura 1.1. Sección de una fibra monomodo
También se puede clasificar según el modo de propagación:
Monomodo: permite tan sólo la propagación de un único modo de
transmisión. Esto es posible gracias a que el diámetro del núcleo de este
19
tipo de fibras es muy reducido, y suele estar comprendido entre 8 y 10
micras (Figura 1.1), por lo que tan sólo permite la propagación de un haz de
luz fundamental.
Gracias a esta geometría, el haz que se propaga, lo hace sin reflexiones, es decir,
posee una trayectoria paralela al eje de la fibra (Figura 1.2), eliminando el desfase
o ensanchamiento del pulso en la recepción y, en consecuencia, la dispersión
modal.
Figura 1.2. Propagación de los haces de luz a través de una fibra monomodo
Multimodo: soporta la propagación de varios modos de transmisión. Esto es
gracias a que el diámetro del núcleo de este tipo de fibras es amplio, y
suele estar comprendido entre 50 y 62.5 micras (Figura 1.3), por lo que el
acoplamiento de la luz en diferentes modos es más sencillo.
Figura 1.3. Sección de una fibra multimodo
Los rayos viajan a través del núcleo de la fibra reflejándose contra el revestimiento
(Figura 1.4). Como es lógico, este tipo de fibra tiene peores prestaciones que el
20
anterior, ya que posee una velocidad de propagación menor y una atenuación
mayor, debida a las reflexiones interiores.
Figura 1.4. Propagación de los haces de luz a través de una fibra multimodo
La longitud de onda: el factor clave que influye en la atenuación.
Figura 1.5. Espectro de colores
La longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia, por lo que una
longitud de onda corta implicará una alta frecuencia, y viceversa. El espectro que
el ojo humano puede ver recoge la luz cuya longitud de onda se encuentra entre
los 400 y los 700 nanómetros, siendo la más baja la luz ultravioleta (400 nm) y la
más alta la infrarroja (700 nm). Esta gama de colores es la misma región de
máxima luz que muestra el sol, para la cual están adaptados nuestros ojos.
21
La fibra óptica, en su lugar, hace uso de longitudes de onda mayores que la luz
visible, lo que la sitúa en el campo de los infrarrojos. Normalmente encontramos
longitudes de onda de 850, 1310, 1490 y 1550 nm (aunque también algunos en los
650 nm, visibles). El motivo para usar estas longitudes es muy sencillo: la
atenuación es mucho más baja.
Figura 1.6. Longitud de Onda usado por la Fibra Óptica
WDM (Multiplexación por División de Longitud de Onda)
La multiplexación por división de longitud de onda es una tecnología que permite
la inyección de varias señales sobre una sola fibra óptica mediante portadoras
ópticas de diferentes longitudes de onda (tonalidades o variaciones de color),
usando luz procedente de un láser o un LED. WDM puede ser de dos tipos
(INTTELMEX, 2010):
22
Densa (DWDM): Muchas longitudes de onda y larga distancia. Está definido para
la banda de 1530 – 1610 nm, espaciado entre canales de 100 GHz (41 canales de
0.8 nm) y 50 GHz (82 canales de 0.4 nm).
Ligera (CWDM): Pocas longitudes de onda y entornos metropolitanos. Puede
admitir las siguientes topologías:
Anillos punto a punto y redes ópticas pasivas (PON)
Anillos locales CWDM que se conectan con anillos metropolitanos DWDM.
Anillos de acceso y las redes ópticas pasivas.
CWDM DWDM
Definida por longitudes de onda Definida por frecuencias
Comunicaciones de corto alcance (50 a 80 km) Transmisiones de larga distancia
Utiliza frecuencias de amplio espectro Frecuencias angostas
Las longitudes de onda se diseminan Longitudes de onda compactadas
Es posible la desviación de longitudes de onda Se requieren láseres de precisión para mantener los canales dentro del objetivo
Divide el espectro en grandes trozos Divide el espectro en pequeñas partes
La señal lumínica no está amplificada Se puede utilizar señal lumínica amplificada
Tabla 1.2. Comparación entre CWDM y DWDM
1.4. MODELO DE REFERENCIA ISO / OSI
El Modelo ISO / OSI (Open Systems Interconnection – Interconexión de Sistemas
Abiertos), es un marco de referencia que fue creado con la finalidad de regular y
estandarizar el funcionamiento de los sistemas de comunicación de datos para
lograr la compatibilidad entre ellos y explica el proceso que sigue la transmisión de
la información entre los diferentes dispositivos, protocolos y subsistemas que las
integran. El modelo OSI se compone de siete capas que organizan y detallan los
procesos que implican una transmisión y cada una de ellas está encargada de
ejecutar una función específica (Filotecnóloga, 2011).
23
Figura 1.7. Modelo OSI
Capa 1 – Física. Se ocupa de la transmisión de los bits a través de los
medios y especifica los requerimientos eléctricos, mecánicos y de
procedimiento para activar, mantener y desactivar el enlace físico entre los
elementos de red.
Capa 2 – Enlace de Datos. Se encarga de proporcionar transferencia
punto a punto de las tramas a través del direccionamiento físico por medio
de los dispositivos de red. Se divide en dos subcapas principales:
o LLC (Control de Enlace Lógico): Participa en el proceso de
encapsulamiento.
o MAC (Media Access Control): Se refiere a los protocolos que sigue el
host para acceder a los medios físicos.
Capa 3 – Red. Es responsable del direccionamiento lógico de los paquetes
y de su enrutamiento entre agrupaciones de direcciones asignadas
jerárquicamente dentro de una red de datos.
24
Capa 4 – Transporte. Asegura una entrega confiable de segmentos entre
los procesos que se ejecutan en las computadoras origen y destino.
Capa 5 – Sesión. Es la encargada de establecer el diálogo entre los
procesos de la computadora origen y destino.
Capa 6 – Presentación. Se le considera el traductor del modelo OSI, ya
que toma la información de la capa de Aplicación y la convierte a un
formato genérico que pueden leer todas las computadoras.
Capa 7 – Aplicación. Proporciona la interfaz y servicio que soportan las
aplicaciones de usuario y se encarga de ofrecer acceso general a la red.
1.5. ETHERNET Y ESTÁNDAR IEEE 802.3XXX
De acuerdo con su definición centrada en red LAN, ethernet fue concebida como
una tecnología de capa 2 del modelo OSI, para conectar dispositivos dentro de la
misma área local, usualmente en un solo edificio. El número de dispositivos a ser
interconectados solían ser pocos y las distancias relativamente pequeñas, el
protocolo se delimitaba a un rango de 100 metros (Estándares EIA/TIA de
cableado estructurado) (2010).
Ethernet está estandarizada por el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos
(IEEE, por sus siglas en inglés: Institute of Electrical and Electronics Engineers). El
estándar IEEE 802.X es un conjunto de normas que definen las características
físicas de las redes y el control de acceso al medio (MAC).
25
1.6. CARRIER ETHERNET
Carrier Ethernet, es una arquitectura tecnológica, destinada a suministrar servicios
Ethernet de manera pura, sin la intervención o encapsulamiento de la información
en otro formato e introducida para ofrecer conectividad de red de área amplia
(WAN).
Estas opciones fueron posibles gracias al avance de las tecnologías ópticas como
WDM y DWDM, que permitieron transportar las señales Ethernet por redes ópticas
a distancias más allá de los medios convencionales.
La tecnología de agregación de múltiples pares de cobre, permite la entrega de
entre 10 y 100 Mbps, mediante la transmisión simultánea a través de múltiples
líneas de cobre y hasta 10 Gbps en fibra óptica. Además, esta cuenta con muy
alta disponibilidad (ciena, 2019).
1.7. ARQUITECTURA DE CARRIER ETHERNET
Modelo de Carrier Ethernet
El modelo básico de arquitectura de los servicios Carrier Ethernet, está compuesto
por:
Una Red Pública Conmutada, ofrecida por el proveedor de servicios. Los
usuarios acceden a la red mediante:
o CEs (Equipo del cliente – Customer Equipment). Puede ser un
router, bridge IEEE 802.1Q (switch) que se conectan a través de:
26
o UNIs (Interface de Red de Usuario – User Network Interface) a
velocidades de 10 Mbps, 20 Mbps, 34 Mbps, 100 Mbps, 1 Gbps y 10
Gbps.
Figura 1.8. Arquitectura Carrier Ethernet
Un EVC (Conexión Virtual Ethernet – Ethernet Virtual Connection) es la
asociación entre una o más interfaces UNIs. Es un tubo virtual que
proporciona al usuario servicio extremo a extremo atravesando múltiples
redes MEN (Metro Ethernet Network). Un EVC tiene dos funciones:
o Conectar dos o más sitios (UNIs) habilitando la transferencia de tramas
Ethernet entre ellos.
o Impedir la transferencia de datos entre usuarios que no son parte de
este EVC, permitiendo privacidad y seguridad.
Un EVC puede ser usado para construir VPN (Red Privada Virtual – Virtual
Private Network) de nivel 2.
27
Figura 1.9. Conexión Virtual Ethernet
Servicios de Carrier Ethernet
El MEF (Metro Ethernet Forum) ha definido dos tipos de EVC (Hawkins, 2017):
Punto a Punto (E-Line)
Multipunto a Multipunto (E-LAN)
El servicio E-Line proporciona un EVC punto a punto entre dos interfaces UNI. Se
incluye una amplia gama de servicios. El más sencillo consiste en un ancho de
banda simétrico para transmisión de datos en ambas direcciones.
Figura 1.10. Ethernet Line
El tipo de servicio E-LAN proporciona conectividad multipunto a multipunto.
Conecta dos o más interfaces UNI. Los datos enviados desde un UNI llegarán a 1
28
o más UNI destino. Su estructura está basada en modelo de capas, las capas que
lo conforma son:
Core,
Distribución y,
Acceso.
Figura 1.11. Ethernet LAN
1.8. GPON (Gigabit Passive Optical Network)
Tecnología FTTX
El desarrollo de la fibra óptica con su enorme capacidad de transmisión ha abierto
la puerta al despliegue de redes ópticas punto a punto. A pesar de sus ventajas, la
fibra óptica sigue sin ser demasiado utilizada en la última milla del bucle local, en
la cual normalmente todavía se ocupa cobre.
La arquitectura FTTx (Fiber-to-the-x) ofrece una solución interesante para este tipo
de problemas. Con FTTx, las redes ópticas pasivas (PON) de banda ancha,
permiten utilizar un enlace a varios usuarios al mismo tiempo, sin la necesidad de
utilizar elementos activos, es decir, componentes electro-ópticos que aumentan
(regeneran) la señal (Conectrónica, 2015).
29
La red de acceso consta de toda serie de elementos y equipamientos necesarios
para realizar la conexión entre el proveedor de servicio y el eNodeB, que es el
componente de la estación base de la red LTE que provee la cobertura para los
usuarios de banda ancha móvil. El nodo central es el punto en el cual los
proveedores de servicios realizan la interconexión con la red de acceso. La red de
acceso local sería la última milla o el bucle local.
Generalmente una red de acceso óptica está integrada por los siguientes
elementos (Lattanzi, 2015):
OLT (Optical Line Terminal)
El OLT es el elemento activo situado en la central del proveedor. De él parte el
cable principal de fibra y es él mismo el que se encarga de gestionar el tráfico, es
decir, realiza funciones de Router para poder ofrecer todos los servicios
demandados por los usuarios. Cada OLT suele tener la suficiente capacidad para
proporcionar un servicio. Además, actúa de puente con el resto de las redes
externas, permitiendo el tráfico de datos con el exterior. Algunos de los objetivos
de los OLT son:
1. Realizar las funciones de control en la red de distribución: control de las
potencias emitidas y recibidas, corrección de errores e interleaving.
2. Coordinar la multiplexación de los canales de subida y de bajada.
Cada OLT, adquiere datos de tres fuentes diferentes de información, actuando
como concentrador de todas ellas. Así pues, el OLT de cabecera tiene conexión
con las siguientes redes:
30
PSTN (public switched telephone network) o RTB (red telefónica básica),
para los servicios de voz; el OLT se conecta a través de un router de voz o
un gateway de voz mediante interfaz correspondiente MGCP (media
Gateway controller protocol) o protocolo de controlador gateway de medios
de comunicación.
Internet, para los servicios de datos o VoIP; el OLT se conecta a través de
un router o gateway IP/ATM de voz, mediante encapsulamiento IP sobre
ATM.
Video broadcast o VoD (video on demand), para los servicios de
videodifusión; el OLT se conecta directamente, o bien indirectamente a
través de un router o gateway ATM.
Sin embargo, el OLT no es un hardware único, sino que se subdivide en tres
módulos o equipos diferentes, cada uno de ellos encargados de gestionar un
tráfico determinado. Existen tres subtipos de OLT:
1. P-OLT, proveedor OLT (provider OLT). Este equipo tiene dos tareas
fundamentales:
Es el encargado de recoger infinidad de tramas de voz y datos agregadas
que se dirigen hacia la red PON, procedentes de las redes RTB e Internet, y
las transforma en señales inyectables en las diferentes ramas de los
usuarios por difusión a través del protocolo TDM o multiplexación por
división en el tiempo (time división multiplexing). Para ello, utiliza una
longitud de onda dedicada, siendo ésta 1490 nm.
31
Absorbe todas las tramas de voz y de datos procedentes de los ONT de
usuarios, concentrándolos en una sola vía de escape en función de la
naturaleza de los datos recibidos. Así pues, el tráfico de voz lo redirige
hacia la RTB, y el tráfico de datos hacia la red Internet. Para ello, utiliza una
longitud de onda dedicada, siendo ésta 1310 nm. El P-OLT además de
concentrar la información, y dividirla en función de su naturaleza (voz-
datos), también se encarga de multiplexar el canal descendente (en
dirección a los ONT) y ascendente (en dirección al OLT) a través de la
misma fibra.
2. V-OLT, OLT de video (video OLT). Este equipo se encarga únicamente de
transportar las tramas de video y video bajo demanda VoD procedentes de
la red de videodifusión, hasta los ONT de los usuarios. Para ello, transforma
las tramas de video en señales inyectables en las ramas de todos los
usuarios (difusión), que viajan en una longitud de onda dedicada: 1550 nm.
3. M-OLT, multiplexador OLT (multiplexer OLT). Es un equipo multiplexor
WDM que permite la multiplexación y demultiplexación entre las señales
procedentes del P-OLT y V-OLT.
En la Figura 1.12, se muestra la estructura explicada anteriormente.
Al utilizar distintas longitudes de onda para cada cosa se consigue evitar
interferencias entre los contenidos del canal ascendente y descendente. Para ello
se emplean técnicas WDM (Multiplexación por división de longitud de onda)
basadas en el uso de filtros ópticos.
32
Figura 1.12. Estructura de un OLT
También hay que destacar que los OLT no emiten a la misma potencia a todos los
ONT, sino que lo hacen dependiendo de la distancia a la que se encuentren de la
central. Esto es posible gracias a los dimensionadores de distancia que poseen los
OLT, que son capaces de calcular la distancia existente entre el usuario final y la
central. Gracias a este mecanismo se consigue que a cada abonado le llegue la
potencia necesaria, de la manera que las ráfagas de luz tendrán una menor
potencia cuando se dirijan hacia los abonados cercanos a la centralita, mientras
que para los abonados que se encuentren más lejos se les asignará una potencia
mayor.
ONT (Optical Network Terminal – Terminal de Red Óptica)
Los ONT son los elementos encargados de recibir y filtrar la información destinada
a un servicio determinado procedente de un OLT. Además, de recibir la
información y regresarla en un formato adecuado, cumple la función inversa. Es
decir, encapsula la información procedente de un usuario y la envía en dirección al
OLT de cabecera, para que éste la redireccione a la red correspondiente.
33
1. H-OLT: también denominado ONT del hogar (Home ONT), instalado
directamente dentro de la vivienda para otorgar servicios a un usuario en
particular. Instalado en redes FTTH.
2. B-ONT: ONT de edificio (Building ONT), preparado para ser instalado en los
R.I.T.I. o cuartos de comunicaciones de los edificios privados o empresas, y
que se encuentran capacitados para dar servicio a varios usuarios
conectados a él a través de un repartidor. Este tipo de ONT se instala en
redes FTTB.
El filtrado de la información recibida en el ONT se lleva a cabo a nivel de protocolo
Ethernet, a través de las denominadas tramas PEM (PON encapsulation method).
La trama, consta de tres campos:
Cabecera (header); este campo contiene información sobre sincronización
de la trama.
CRC; que permite conocer si la información enviada ha llegado
correctamente.
Carga útil (Payload); son los datos a enviar.
Una vez realizado el filtrado y obtenido la información que interesa, el ONT debe
diferenciar las señales de video (que proceden del V-OLT) y las tramas de voz y
datos (procedentes del P-OLT). Para realizar este segundo filtrado, el módulo
electro-óptico posee dos fotodiodos: uno analógico APD (analogic photodiode) y
otro digital DPD (digital photodiode). Los filtros ópticos son:
34
OAF, filtro óptico analógico (optical analogic filter); la señal de video a 1550
nm se demultiplexa en longitud de onda con este filtro, atacando al
fotodiodo analógico APD para realizar la conversión en frecuencia.
ODF, filtro digital óptico (optical digital filter); la señal de voz y datos a 1490
nm se demultiplexa en longitud de onda con este filtro, atacando al
fotodiodo digital DPD.
Aparte del filtrado de la información recibida, el ONT es capaz de enviar
información al OLT de cabecera en una longitud de onda dedicada de 1310 nm.
Para ello dispone de un LED encargado de enviar señales luminosas. Para evitar
la colisión entre las tramas enviadas por los ONTs se recurre a la multiplexación
por división en el tiempo (TDM), la cual es gestionada por el OLT, encargado de
asignar intervalos de tiempo a cada ONT.
Redes PON
Todas las infraestructuras FTTX están basadas en las redes PON, que destacan
por la ausencia de elementos activos a lo largo del tramo desplegado hasta los
eNodesB.
Una vez vistos cada uno de los componentes, se puede explicar con más detalle
el funcionamiento global de la red:
El tramo principal de fibra se tiende entre el terminal de línea óptica (OLT), situado
en el nodo central (CO), y el centro distribuidor óptico (FDH), posicionado cerca
del grupo de abonados. En este punto se utiliza un splitter (divisor óptico) para la
conexión de los abonados al núcleo de la fibra (hasta 32 abonados). A
35
continuación, cada bucle de abonado se equipa con un terminal de red óptica
(ONT) que se conecta con las ramas del divisor. Tal arquitectura (punto a
multipunto) disminuye de forma considerable el precio de la instalación y control.
El OLT asegura la transmisión de voz y datos a una longitud de onda distinta a la
del ONT (a 1490 nm OLT y a 1310 nm ONT), con lo cual se consigue realizar la
transmisión en ambos sentidos sobre tan solo una fibra sin interferencia entre las
señales (Millán, 2007).
Al mismo tiempo, el OLT puede estar conectado a un multiplexor por longitud de
onda (WDM) para la difusión conjunta de video, voz y datos sobre una fibra. La
emisión de la señal de video se realiza en un solo sentido, normalmente a
1550nm. En la siguiente figura (Figura 1.13) se muestra el esquema general de
una red PON, en la cual podemos observar los elementos explicados previamente:
Figura 1.13. Esquema global de una red PON
36
Dependiendo de las necesidades del usuario se pueden realizar enlaces de
distintas capacidades de transmisión. En la actualidad se ofrecen conexiones,
tanto simétricas como asimétricas, desde 50 Mbps hasta 2.5 Gbps. El protocolo
elegido se basa en el modo de transferencia asíncrona (ATM) y es llamado ATM-
PON. También es posible el uso de otros protocolos, tales como: BPON, EPON,
GPON; éste último se verá con más detalle.
Arquitectura GPON (Gigabit PON)
Gigabit PON es otra tecnología perteneciente a la arquitectura PON. Al día de hoy,
se trata del estándar más avanzado sobre el que se sigue aun trabajando,
igualmente basado en el protocolo ATM. Fue creado con el principal objetivo de
poder ofrecer un ancho de banda mucho más alto que sus predecesores, y por
tanto lograr una mayor eficiencia para el transporte de servicios de hoy en día.
La característica más importante de GPON, es que permite la transmisión de
información encapsulada bajo varias tecnologías. Esto es gracias a la introducción
de un nuevo método de encapsulamiento, GEM (GPON Encapsulation Method), el
cual permite acomodar los servicios de ATM (al igual que pasaba en BPON, pero
de una manera más eficiente), Ethernet y TDM en la red (Millán, 2007).
Otras características de GPON:
Al igual que las demás arquitecturas utiliza la fibra monomodo estándar
(ITU-T G.652).
Las velocidades de transmisión varían desde los 150Mbps hasta los 2Gbps:
o Downstream: 1244 o 2488Mbps
o Upstream: 155, 622, 1244 o 2488Mbps
37
La máxima relación de división óptica es mayor que sus predecesoras, es
de 64.
La longitud de la fibra está comprendida entre los 10 y los 20 km.
Se añaden más herramientas de seguridad. Se utiliza cifrado AES para los
datos de usuario.
La trama de GPON, GEM tiene la siguiente estructura (Figura 1.14):
Figura 1.14. Estructura de una trama GPON
Por otro lado, tenemos una evolución o mejora de GPON, la denominada 10 Gbps
PON o XG-PON. Se trata de una tecnología que puede ofrecer unas velocidades
enormes, tal y como indica su nombre, de 10 Gbps. Las características de la
tecnología:
Establece unas tasas binarias de:
o XG-PON1: Downstream: 10G, Upstream: 2.4G
o XG-PON2: Downstream: 10G, Upstream: 10G
La relación de división óptica es de 64.
38
Al igual que todos los demás estándares se usa fibra monomodo estándar
(SSMF, G.652)
La longitud de la fibra entre el OLT y ONT no debe ser superior a los 20 km
(y a 60 km con extensores).
Comparación de las redes xPON
Las redes ópticas pasivas han evolucionado en un tiempo muy corto,
introduciendo cambios en sus respectivas tecnologías y a la vez que
mejorándolas. No obstante, algunas de ellas todavía siguen en fase de desarrollo,
con el fin de introducir una mejora tecnológica estable en el campo de las
telecomunicaciones. A continuación, se muestra una tabla con las principales
características de las redes xPON explicadas previamente (Tabla 1.3).
Tabla 1.3. Comparativa de las principales tecnologías PON
39
1.9. ANTECEDENTES DE LA TELEFONÍA MÓVIL
Tecnología de primera generación “1G”
Los sistemas de primera generación fueron los pioneros en la aplicación del
concepto de red celular. Su característica principal era ser analógicos y ofrecer
únicamente servicios de voz.
En 1981, nació en Noruega el primer sistema de primera generación multinacional,
el NMT (Nordic Mobile Telephony), este sistema se implantó en los países
nórdicos (Dinamarca, Noruega, Suecia y Finlandia) usando la banda de 450 MHz.
Por otra parte, en 1983 en Estados Unidos, se implanto el sistema AMPS
(Advanced Mobile Phone Service). Después de esto, en 1985 fue implantado el
sistema TACS (Total Access Communications System) en el Reino Unido,
presentando muchas similitudes con el AMPS estadounidense (Loyo, 2018).
Entre los sistemas de primera generación mencionados hasta ahora existían
varios aspectos en común. El primer aspecto por destacar es que todos utilizaban
la técnica de duplexado en frecuencia (FDD) definiendo diferentes bandas para el
enlace ascendente y descendente. Se solían utilizar bandas centradas en torno a
los 900 MHz. Otro aspecto significativo es la modulación. Todos los sistemas
empleaban la modulación analógica FM para servicios de voz y la técnica de
acceso FDMA que consiste en dividir el espectro disponible en canales que se
repartían entre las diferentes estaciones base, evitando así las interferencias,
asignando canales distintos a las estaciones base vecinas. Por último, es
importante destacar que por cada llamada se asignaba un canal dedicado para
cada enlace durante todo el tiempo de la comunicación.
40
Sin embargo, no todo eran ventajas, la limitación fundamental de estos sistemas
es que ninguno de ellos era compatible entre sí, lo que llevaba a que si un usuario
quería utilizar su teléfono móvil en esos años solamente le era posible utilizarlo en
países en los que operaba ese sistema.
Tecnología de segunda generación “2G”
Debido a la creciente demanda de capacidad de los sistemas de primera
generación y del problema de la incompatibilidad de los sistemas coexistentes,
surgió la posibilidad de implementar un sistema global que permitiera la movilidad
entre países, dando lugar así a una nueva generación de comunicaciones móviles,
denominado GSM (Global System for Mobile Communications), logrando el
lanzamiento comercial en 1992 por la ETSI (European Telecommunication
Standards Institute).
El avance más sobresaliente de los sistemas de segunda generación es que
pasaron a ser digitales. Este cambio de tecnología introdujo una serie de ventajas
muy destacadas, tales como una reducción considerable de interferencias o un
uso más eficiente del espectro de comunicaciones.
Por otro lado, las técnicas de procesamiento digital de la información tal como la
modulación digital, codificación de canal, codificación de fuente, sistemas
entrelazados, cifrado de las comunicaciones, entre otras, permitieron mejoras en
cuanto a calidad, velocidad de transmisión, capacidad del sistema y la posibilidad
de agregación de nuevos servicios como el buzón de voz, identificador de
llamadas y mensajes de texto.
41
El sistema GSM utiliza la técnica de duplexado FDD, que opera inicialmente en la
banda de frecuencias 890-915 MHz en el enlace ascendente y en 935-960 MHz en
el descendente. Como técnica de acceso múltiple emplea FDMA (Frequency
Division Multiple Access) combinado con TDMA (Time Division Multiple Access).
Es una combinación de división en tiempo y frecuencia, dividiendo el espectro de
25 MHz en 124 portadoras con una canalización de 200 kHz por cada portadora. A
su vez, cada canal de 200 kHz lo divide en 8 ranuras de tiempo. A pesar de que el
sistema GSM fue originalmente creado para operar en la banda de 900 MHz
surgieron variaciones en el sistema. Las más conocidas son la GSM-1800 y la
GSM-1900, que fueron adoptadas mundialmente. En la figura 1.15 se muestra de
manera resumida la arquitectura de la red GSM (Loyo, 2018).
Figura 1.15. Arquitectura de la Red GSM
El éxito de la red GSM hizo que se extendiera rápidamente por todo el mundo, y
con la aparición de los móviles que podían operar en las tres bandas de frecuencia
disponibles (900, 1800, 1900 MHz) se hacía más fácil el uso del servicio de
42
roaming internacional permitiendo establecer comunicaciones en los cinco
continentes.
Tecnología de tercera generación “3G”
La demanda de tráfico y las expectativas de posibles desarrollos, tales como las
aplicaciones multimedia, hacían insuficientes los sistemas de 2G y 2,5G.
El principal objetivo de los sistemas 3G era alcanzar unas tasas mínimas de 144
kbps para entornos vehiculares a gran velocidad, 384 kbps para espacios abiertos
(peatonales) y de 2 Mbps para entornos interiores de poca movilidad (terminal
estático). Esto permitía que los terminales adaptados a esta generación tuvieran
una amplia gama de servicios asociados, desde llamadas telefónicas, acceso a
Internet, envío de correos electrónicos, acceso a redes LAN corporativas,
transferencias de archivos e imágenes de alta calidad, incluso servicios de
videoconferencia, entre muchas otras.
En 1999 se publicó el sistema UMTS, conocido como UMTS Release 99. En esta
versión se pueden encontrar dos modos de operación para el acceso radio: el
modo FDD usando la técnica de acceso múltiple W-CDMA (Wideband CDMA),
donde el canal físico lo define un código ortogonal y una frecuencia, y el modo
TDD (Time Division Duplex) empleando la técnica de acceso TD-CDMA (Time
Division-CDMA), donde el canal físico lo define un código ortogonal, una
frecuencia y un time slot. El uso de la técnica de acceso múltiple CDMA implica un
cambio en la arquitectura de los sistemas GSM/GPRS/EDGE, donde se tiene la
posibilidad de emplear un reúso frecuencial de factor 1, controlando siempre las
43
interferencias intercelulares, para obtener de esta manera una gran eficiencia
espectral.
En la figura 1.16 se muestra la arquitectura del sistema UMTS Release 99. La
tecnología UTRAN está formada por diversas capas totalmente independientes
unas de otras, esto facilitaría en un futuro una posible modificación de una parte
de esta tecnología sin necesidad de volver a crear otra de nuevo, solo bastaría
con modificar algunas de sus capas.
Figura 1.16. Arquitectura de la red GSM/GPRS +UMTS Release 99.
Las mejoras más importantes de las características del acceso radio UMTS se
introdujeron en el Release 5, mediante la adición del HSDPA (High Speed
Downlink Packet Access) y en el Release 6 con el HSUPA (High Speed Uplink
44
Packet Access). El HSPA es una tecnología que mejora el tiempo de servicio entre
paquetes introduciendo mayores velocidades y menores retardos. Así mismo,
mantiene una buena calidad en la cobertura y en la capacidad del sistema. Para
lograr esto, el HSPA introduce nuevos esquemas de modulación a mayor nivel,
control rápido de potencia, fast scheduling y mecanismos de retransmisión híbrida
HARQ con redundancia incremental. De esta manera se pueden lograr
velocidades de 14.4 Mbps en el enlace descendente y de 5.7 Mbps en el enlace
ascendente.
Tecnología de cuarta generación “4G”
En la actualidad, la telefonía móvil se ha convertido en una de las tecnologías más
utilizadas por millones de personas alrededor del mundo. El continuo crecimiento
en la demanda de los servicios de paquetes de datos, junto con la posibilidad de
hacer dispositivos más avanzados, con la capacidad para ofrecer aplicaciones
más robustas que involucran imágenes, música, video y otras aplicaciones
multimedia, ha hecho la necesidad de crear una cuarta generación de
comunicaciones móviles.
En este sentido, la ITU-R estableció los requisitos mínimos que debían cumplir las
redes de esta nueva generación bajo el nombre de IMT-Advanced. Estos
requisitos están orientados a una red basada completamente en la conmutación
por paquetes, con una arquitectura plana basada en el protocolo IP (Internet
Protocol), con velocidades de transferencia de datos mayores a 100 Mbps para
altas movilidades, de 1 Gbps para entornos relativamente fijos, así como
45
interoperabilidad con los estándares existentes, canalizaciones flexibles, menores
tiempos de latencia, entre otros.
1.10. INTRODUCCIÓN A LA RED LTE
Sistema LTE
El sistema LTE fue diseñado por la 3GPP con la intención de incrementar, en gran
medida, las capacidades que ofrecían las anteriores generaciones de
comunicaciones móviles. El sistema LTE introduce una gran variedad de
modificaciones, dejando atrás la conmutación de circuitos para pasar a un nuevo
sistema basado completamente en conmutación de paquetes. Algunas de las
novedades introducidas comprenden velocidades de 100 Mbps para descarga y
50 Mbps para subida, bajas latencias en plano de usuario y señalización,
arquitectura plana basada en protocolo IP, técnicas de acceso al medio OFDMA
(DL) y SC-FDMA (UL), entre otras (LTE, 2014).
Arquitectura del sistema LTE
La arquitectura del sistema LTE se basa en tres requisitos fundamentales:
reducción de costos, baja latencia y la necesidad de usar únicamente conmutación
de paquetes. Para conseguir esto se planteó una estructura plana, sin nivel
jerárquico y con la menor cantidad de nodos e interfaces posibles. La arquitectura
de este sistema comprende una nueva red de acceso denominada E-UTRAN
(Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network) y un nuevo dominio de
paquetes EPC (Evolved Packet Core) de la red troncal. La combinación de estas
dos redes recibe el nombre de EPS (Evolved Packet System).
46
La interconexión de los diferentes equipos físicos donde se ubican las funciones
tanto de la red troncal EPC como de la red de acceso E-UTRAN, se realiza
mediante tecnologías de red basadas en IP. En este sentido, la red física que se
utiliza para interconectar los diferentes equipos de una red LTE, y que se
denomina comúnmente como red de transporte, es una red IP convencional. Por
lo tanto, la infraestructura de una red LTE, además de los equipos propios que
implementan las funciones del estándar 3GPP, también integra otros elementos de
red propios de las redes IP tales como routers, servidores DHCP (Dynamic Host
Configuration Protocol) para la configuración automática de las direcciones IP de
los equipos de la red LTE y servidores DNS (Domain Name Server) para asociar
los nombres de los equipos con sus direcciones IP.
Figura 1.17. Arquitectura del sistema LTE.
47
Red de acceso evolucionada: E-UTRAN
La arquitectura de la red de acceso LTE está compuesta de una única entidad de
red denominada eNodeB (evolved NodeB) que constituye la estación base de E-
UTRAN. Dicha estación integra todas las funcionalidades de la red de acceso.
La red de acceso E-UTRAN está formada por eNodeBs que proporcionan la
conectividad entre los UE (Users Equipment) y la red troncal EPC, motivo por lo
cual es denominada arquitectura plana. La figura 1.18 ayuda para una mejor
comprensión.
Figura 1.18. Red de acceso E-UTRAN
Las funciones que realizan los eNodeBs incluyen, desde la gestión de recursos
radio (control de Radio Bearers, control de admisión radio, control de movilidad,
packet scheduling y asignación dinámica de recursos tanto en el enlace uplink
como en el downlink), hasta compresión de cabeceras, pasando por gestionar la
48
seguridad de la interfaz radio y la conectividad con la red troncal EPC. Es decir,
todas las funciones y protocolos necesarios para realizar el envío de datos y
controlar la operación de la interfaz E-UTRAN Uu se implementan en el eNodeB.
Para llevar a cabo todas las funciones antes mencionadas, los eNodeBs deben
estar interconectados a los equipos de usuario (UE) mediante la interfaz E-UTRAN
Uu, donde aplican los protocolos AS (Access Stratum). Asimismo, la interfaz que
existe para conectar los eNodeBs entre sí es la X2. La otra interfaz que falta por
mencionar es la S1, que conecta un eNodeB a la red troncal de EPC. Esta interfaz
se divide en S1-MME para el plano de control y en S1-U para plano de usuario.
Observando la figura anterior (1.18) se puede obtener una mejor comprensión de
los conceptos que acaban de ser mencionados.
1.11. ENTIDADES DE RED E INTERFACES
En esta sección se describen las funciones relacionadas a un eNodeB y las
principales características de las tres interfaces de E-UTRAN.
eNodeB
El eNodeB integra las funciones de la red de acceso, siendo ahí donde terminan
todos los protocolos específicos de la interfaz de radio. Mediante dichos
protocolos, el eNodeB realiza la transmisión de los paquetes IP hacia/desde los
equipos de usuario junto con los mensajes de señalización necesarios para
controlar la operación de la interfaz radio.
La función principal de un eNodeB consiste en la gestión de recurso de radio. Así,
el eNodeB alberga funciones de control de admisión de los servicios portadores de
49
radio y control de movilidad, por ejemplo: la decisión de realizar un handover,
asignación dinámica de los recursos de radio tanto en el enlace ascendente como
descendente, control de interfaces entre estaciones base, control de la realización
y del envió de medidas desde los equipos de usuario que puedan ser útiles en la
gestión de recursos, etc.
El eNodeB puede enviar y recibir paquetes IP de los usuarios a los que sirve a
través de diferentes puertas de acceso S-GW de la red troncal EPC.
Interfaz de radio.
Figura 1.19. Mecanismos de transferencia de información en la interfaz radio.
La interfaz de radio soporta tres tipos de mecanismos de transferencia de la
información en el canal de radio: difusión de señalización de control, envío de
paquetes IP y transferencia de señalización de control dedicada entre un equipo
de usuario y el eNodeB.
Broadcast de señalización de control en la zona de cobertura de la celda.
50
Transferencia de paquetes IP de los usuarios a través del canal de radio.
Transferencia de señalización de control dedicada entre el eNodeB y un
equipo de usuario.
Interfaz eNodeB - EPC (S1)
El plano de usuario de esta interfaz, denominado S1-U (S1 User Plane),
proporciona un servicio de transferencia de datos de usuario entre eNodeB y S-
GW sin garantías de entrega (se basa en UDP) y no soporta mecanismos de
control de errores ni de control de flujo. Este servicio de transferencia a través de
la interfaz S1-U se denomina servicio portador S1 (S1 bearer).
El plano de control, denominado S1-MME o también S1-C, se utiliza para soportar
un conjunto de funciones y procedimientos de control entre eNodeBs y la entidad
MME de la red troncal. Concretamente, entre los procedimientos soportados en la
interfaz S1 destacan:
Procedimientos para establecimiento, modificación y liberación de recursos
de los servicios portadores tanto en la interfaz radio (servicio portador radio
o RB) como en la interfaz S1 (S1 bearer).
Procedimientos de handover entre eNodeB. Si la red E-UTRAN decide que
un terminal debe cambiar de eNodeB en el transcurso de una conexión, y
no existe una interfaz X2 entre los dos eNodeBs involucrados, la interfaz
S1-MME se utiliza para articular el procedimiento de handover.
Procedimiento de aviso (Paging). Una de las funciones básicas de la
entidad MME es gestionar la localización de equipos de usuario en la red.
51
Procedimiento de envío de forma transparente entre MME y eNodeB de los
mensajes de señalización de control que fluyen entre el MME y el equipo de
usuario. Dichos mensajes corresponden a los protocolos denominados
como protocolos NAS (Non Access Stratrum).
Interfaz eNodeB - eNodeB (X2)
Al igual que el plano de usuario de S1, el plano de usuario de la interfaz X2
proporciona un servicio de transferencia de datos de usuario entre eNodeBs sin
garantías de entrega y sin soporte de mecanismos de control de errores y de
control de flujo. La transferencia de datos de usuario entre eNodeBs se realiza
únicamente durante los procedimientos de handover en los que los paquetes de
usuario almacenados en el eNodeB antiguo se transfieren al eNodeB nuevo.
Respecto al plano de control, entre las funciones y procedimientos soportados en
la interfaz X2 destacan:
Soporte del mecanismo de handover entre eNodeBs. En concreto, a
través del plano de control se realiza la transferencia del contexto de un
usuario del eNodeB antiguo al nuevo y se controla el mecanismo de
transferencia de paquetes IP en el plano de usuario de X2.
Indicación del estado de carga del eNodeB. A través de dicha interfaz,
eNodeBs que tengan celdas vecinas pueden transferirse información
para llevar a cabo funciones de gestión de recursos radio como la
coordinación de interferencias entre celdas que operen en el mismo
canal.
52
Protocolos utilizados en E-UTRAN
Las torres de protocolos utilizadas en las tres interfaces de E-UTRAN (radio, S1 y
X2) se estructuran en torno a un plano de usuario y un plano de control. El plano
de usuario abarca los protocolos utilizados para el envío del tráfico (paquetes IP)
correspondiente a los servicios a los que acceden los terminales a través de la
red. El plano de control se refiere a los protocolos necesarios para sustentar las
funciones y procedimientos en las diferentes interfaces. A continuación, se
detallan los protocolos utilizados en las diferentes interfaces.
Protocolos en la interfaz radio
El envío de paquetes IP entre el eNodeB y un equipo de usuario a través de la
interfaz radio se sustenta en una torre de protocolos formada por una capa de
enlace (o capa de nivel 2) y una capa física. La torre de protocolos utilizada se
muestra en la figura 1.20.
Figura 1.20. Protocolos de la interfaz de radio de E-UTRAN
La capa de enlace se desglosa a su vez en tres subcapas: Packet Data
Convergence Protocol (PDCP), Radio Link Control (RLC) y Medium Access
Control (MAC). Cada capa/subcapa de la torre de protocolos se ocupa de un
53
conjunto de funciones concreto y define el formato de los paquetes de datos (p.
ej., cabeceras y colas) que se intercambian entre entidades remotas.
Respecto al plano de control entre el equipo de usuario y la red, éste se soporta
sobre la misma capa de enlace (protocolos PDCP, RLC, MAC) y la misma capa
física utilizadas en el plano de usuario. Los protocolos de nivel de red específicos
de este plano son:
Radio Resource Control (RRC). Esta capa permite establecer una conexión
de control entre el eNodeB y un equipo de usuario a través de la cual se
llevan a cabo un número importante de funciones relacionadas con la
gestión de la operativa de la interfaz radio.
Señalización de los protocolos NAS. Los protocolos NAS se extienden entre
la entidad de red MME en la red troncal y el equipo de usuario.
Protocolos en las interfaces S1 y X2
La estructura de protocolos utilizada en E-UTRAN para soportar las interfaces S1
y X2 establece una separación entre la capa de red radio (Radio Network Layer,
RNL) y la capa de red de transporte (Transport Network Layer, TNL), tal como ya
introdujo la red UMTS. Esta descomposición tiene como objetivo aislar las
funciones que son específicas del sistema de comunicaciones móviles (UMTS o
LTE), de aquellas otras que dependen de la tecnología de transporte utilizada. De
esta forma, los protocolos específicos de la red de acceso radio constituyen la
capa RNL mientras que la capa TNL alberga los protocolos utilizados para el
transporte de la información de la capa RNL entre las entidades de la red. En la
figura 1.21 se ilustra la arquitectura de protocolos de las interfaces S1 y X2.
54
Figura 1.21. Arquitectura de protocolos de las interfaces S1 y X2.
Tanto el plano de usuario de la interfaz S1 (S1-U) como el de la interfaz X2 utilizan
el protocolo de encapsulado GTP-U (GPRS Tunneling Protocol – User Plane) para
el envío de paquetes IP de usuario. El protocolo GTP-U es un protocolo heredado
de GPRS que en la red GSM y UMTS se utiliza dentro del dominio de paquetes de
la red troncal, así como en el plano de usuario de la interfaz Iu-PS de la red de
acceso E-UTRAN. En las interfaces S1-U y X2, el protocolo GTP-U se transporta
sobre UDP/IP y fundamentalmente se utiliza para multiplexar los paquetes IP de
múltiples usuarios. Cabe destacar que los planos de usuario de ambas interfaces
no contemplan mecanismos de entrega garantizada para la transferencia de los
paquetes de usuario, ni tampoco mecanismos de control de errores o control de
flujo.
Respecto al plano de control de la interfaz S1 (S1-MME o S1-C), la capa de red
radio consiste en el protocolo S1-AP (S1 - Application Part). Este protocolo es el
que sustenta los procedimientos soportados en la interfaz S1. La transferencia de
los mensajes de señalización del protocolo S1-AP entre eNodeBs y MMEs se
55
realiza mediante el servicio de transferencia fiable que ofrece el protocolo de
transporte Stream Control Transmission Protocol (SCTP).
Red troncal de paquetes evolucionada: EPC
El diseño de la red troncal EPC ha sido concebido principalmente para
proporcionar un servicio de conectividad IP (evolución del servicio GPRS)
mediante una arquitectura de red optimizada que permite explotar las nuevas
capacidades que ofrece la red de acceso E-UTRAN.
El núcleo de la red troncal EPC está formado por tres entidades de red: MME
(Mobility Management Entity), S-GW (Serving Gateway) y el P-GW (Packet Data
Network Gateway), que junto a la base de datos principal del sistema, denominada
HSS (Home Suscriber Server), constituyen los elementos principales para la
prestación del servicio de conectividad IP entre los equipos conectados al sistema
a través de la red de acceso E-UTRAN y las diferentes redes externas a las que
se conecta la red troncal EPC. A continuación, se definen las entidades de red
mencionadas:
MME: Es el elemento principal del plano de control de la red LTE para
gestionar el acceso de los usuarios a través de E-UTRAN.
S-GW: Es la pasarela del plano de usuario entre E-UTRAN y la red troncal.
P-GW: Es el ente encargado de proporcionar conectividad entre la red LTE
y las redes externas.
HSS: Es la base de datos principal que almacena los datos de todos los
usuarios de la red.
56
La figura 1.22 resume el funcionamiento del núcleo de la red troncal EPC donde
entran en acción todos los parámetros definidos anteriormente.
Figura 1.22. Arquitectura básica de la red troncal EPC.
57
CAPÍTULO 2. ANÁLISIS DE UNA ZONA DE COBERTURA
NO GARANTIZADA
2.1. ZONAS DE COBERTURA LTE NO GARANTIZADA.
Para implementar un área de cobertura en alguna ciudad en particular, los
operadores de telefonía móvil, dividen el área geográfica siguiendo un
determinado patrón celular inicial, distribuyendo radiobases (BTS) en dicha área
para atender el tráfico de los usuarios de la zona. No obstante, con la
actualización de las nuevas tecnologías como lo fueron el 3G y ahora el 4G, hay
cada día más usuarios de red de telefonía móvil y la estrategia de los operadores
para adecuar su infraestructura a la creciente demanda se irá transformando para
ser capaz de soportarlos, garantizando que los usuarios reciban un servicio de
calidad acorde a sus necesidades y tratando además de que sea mejor que el
servicio que ofrecen sus competidores. Todo ello indica que el proceso de
despliegue de la red es progresivo y evoluciona con las necesidades de los
usuarios y las tecnologías disponibles.
Cuando se hacen expansiones de la red hacia nuevos sitios, no siempre es viable
hacer enlaces directos (punto a punto) desde cada sitio nuevo hasta el nodo
concentrador o también hacia la central de monitoreo de la compañía proveedora
del servicio. Esto no es una opción práctica, debido a los altos costos que
58
implicaría, dado el gran número de los sitios que conforman la red, así como de la
lejanía geográfica entre cada elemento y los posibles obstáculos entre ellos
(Espinoza, 2016).
De esta manera, se opta por implementar una infraestructura de red con
tecnologías que impliquen una baja inversión, implementación simple, y
arquitectura y prestaciones flexibles, como es el caso de la tecnología FTTx.
Al revisar las áreas de cobertura LTE de los operadores de telefonía móvil en la
Ciudad de México y área metropolitana, se detecta un punto en común en el cual,
la cobertura no está garantizada para el caso de los operadores con presencia
preponderante en la Ciudad, Esta área se ubica en la zona nororiente de la Ciudad
de México. Específicamente en las colonias San Felipe de Jesús, Nueva
Atzacoalco y Esmeralda de la Ciudad de México y las colonias Valle de Aragón 1ª.
y 3ª. Sección en el Estado de México. En el mapa de Movistar (figura 2.1)
podemos observar que la mancha roja indica que la cobertura existe por parte de
uno de los principales operadores de telefonía celular en México.
Figura 2.1. Cobertura LTE de Movistar (Movistar, 2019)
59
Figura 2.2. Cobertura LTE de Telcel (Telcel, 2019)
Para el caso del otro operador de telefonía celular, la cobertura existente está
representada por el color verde y la diferenciada, en color amarillo en la figura 2.2.
En el caso del tercer operador de telefonía móvil en la Ciudad de México, esta
compañía asegura tener cobertura existente en toda el área mencionada. En la
figura 2.3, podemos verla representada en color azul cielo.
Figura 2.3. Cobertura LTE de AT&T (AT&T, 2019)
60
2.2. CARACTERÍSTICAS DEL ÁREA GEOGRÁFICA.
El área de nuestro interés se ubica en la frontera entre la alcaldía Gustavo A.
Madero de la Ciudad de México y los municipios Ecatepec y Nezahualcóyotl del
Estado de México, los cuales comparten la característica de pertenecer a la lista
de localidades más pobladas del país.
La alcaldía Gustavo A. madero es la segunda más poblada de la ciudad de México
(solo superada por la alcaldía Iztapalapa), contando para el año 2015 con
1,164,477 habitantes (INEGI, 2019) en una superficie de 94.07 km2, lo cual indica
un promedio de 12379 habitantes por kilómetro cuadrado.
Ecatepec (1,677,678 habitantes) y Nezahualcóyotl (1,039,867), son el primero y
segundo municipios, respectivamente, más poblados del Estado de México
(INEGI, 2019). Ecatepec es la segunda entidad con más habitantes del país, sólo
superada de igual forma por la alcaldía de Iztapalapa; cuenta con una superficie
de 186.9 km2, es decir, casi 9,000 habitantes por kilómetro cuadrado, mientras que
Nezahualcóyotl tiene un área de 63.74 km2, convirtiéndose en el municipio con la
densidad de población más alta del país, superando los 16,000 habitantes por
kilómetro cuadrado (INEGI, 2019).
De acuerdo a estos resultados, colocados en la tabla 2.1, se puede identificar que
el área geográfica de acuerdo al INEGI, es de tipo Urbano Denso, debido a la alta
densidad poblacional que se encuentra en estos dos municipios y alcaldía.
61
Población (2015) Superficie (km
2) Densidad (hab/km
2)
Gustavo A. Madero 1,164,677 94.07 12,379
Ecatepec 1,677,678 186.90 8,976
Nezahualcóyotl 1,039,867 63.74 16,314
Tabla 2.1. Densidad poblacional de municipios establecidos (INEGI, 2019)
Obteniendo datos de las colonias que están ubicadas en la Ciudad de México, en
la tabla 2.2 podemos observar que el Índice de Desarrollo Social2 en promedio, es
Bajo (SIDESO, 2015). De las 6 colonias principales que abarcan el área
geográfica, sólo la colonia La Esmeralda se encuentra en un índice Medio.
Nombre de la Colonia o Barrio
Habitantes Índice de Desarrollo Social
Valor Estrato Grado
Ampliación Providencia 7,339 0.74093 2 Bajo
Campestre Aragón 23,702 0.79939 2 Bajo
La Esmeralda 10,046 0.86478 3 Medio
Nueva Atzacoalco 31,034 0.73161 2 Bajo
Providencia 26,086 0.74743 2 Bajo
San Felipe de Jesús 49,970 0.73390 2 Bajo
148,177 0.76967 2 Bajo
Tabla 2.2. Índice de Desarrollo Social de colonias referidas de la Cd. De México (SIDESO, 2015)
Sin embargo, como podemos observar en la tabla 2.3, este índice es afectado en
su mayoría por el componente de calidad de vivienda y acceso a seguridad social;
en los demás rubros está considerado con un índice de desarrollo de estrato Alto3
(tabla 2.4), es decir, la zona no cuenta con casas de lujo, pero la población en
general cubre con todas sus necesidades sin sufrir carencias de educación, bienes
y servicios.
2 El Índice de Desarrollo Social es el criterio que permite medir el desarrollo social de las unidades
territoriales basado en las carencias en seguridad social, educación, vivienda, bienes, adecuación energética y sanitaria. 3 Los estratos de Índice de Desarrollo Social se enumeran del 1 al 4 (Muy Bajo, Bajo, Medio y Alto).
62
Estos datos son similares en los colonias que pertenecen a la parte del Estado de
México, ya que las condiciones son prácticamente iguales; por lo que nos indica
que el área geográfica de estudio además de contar con gran densidad
poblacional, el estrato de desarrollo es Alto respecto a la obtención de bienes y
servicios, por lo que resulta ser un mercado de consumo en potencia.
Nombre de la Colonia o Barrio
Calidad y espacio de la vivienda
Acceso a salud y
seguridad social
Rezago educativo
Bienes durables
Adecuación sanitaria
Adecuación energética
Ampliación Providencia 0.5990 0.5516 0.9265 0.8993 0.8590 1.0000
Campestre Aragón 0.6791 0.5787 0.9472 0.9156 0.9110 0.9997
La Esmeralda 0.7842 0.6493 0.9660 0.9328 0.9537 0.9998
Nueva Atzacoalco 0.5872 0.5180 0.9255 0.8921 0.8667 0.9999
Providencia 0.6090 0.5406 0.9308 0.9107 0.8557 0.9997
San Felipe de Jesús 0.5979 0.5153 0.9217 0.8834 0.8396 0.9993
Promedio 0.6427 0.5589 0.9363 0.9057 0.8810 0.9997
Tabla 2.3. Índice de Desarrollo Social por Componente (SIDESO, 2015)
Nombre de la Colonia o Barrio
Calidad y espacio de la vivienda
Acceso a salud y
seguridad social
Rezago educativo
Bienes durables
Adecuación sanitaria
Adecuación energética
Ampliación Providencia 1 1 4 3 3 4
Campestre Aragón 1 1 4 4 4 4
La Esmeralda 2 1 4 4 4 4
Nueva Atzacoalco 1 1 4 3 3 4
Providencia 1 1 4 4 3 4
San Felipe de Jesús 1 1 4 3 3 4
Promedio 1 1 4 4 3 4
Tabla 2.4. Estrato del Índice de Desarrollo Social por Componente (SIDESO, 2015)
Asimismo, la alta densidad poblacional provoca que el consumo sea masivo y la
ocupación de canales en las radiobases sea continua. Estudios han revelado que
el mexicano promedio utiliza 2.5 GB al mes, es decir, 84 MB al día (Mullins, 2019).
Para poder dimensionar estos datos de consumo en nuestra área geográfica
63
propuesta, se solicitó datos sobre cobertura, sitios celulares y tráfico a los
operadores Telcel, AT&T y Movistar, teniendo éxito solo con el último mencionado.
Cabe mencionar, que la zona se caracteriza por tener todos los días mercados
ambulantes, siendo el más reconocido, el tianguis de la colonia San Felipe de
Jesús, el cual es considerado el más grande de toda América Latina contando con
más de 30,000 comerciantes (Almaraz, 2017), y que además de ser inmenso
(cerca de 7 kilómetros), se puede encontrar de todo tipo de bienes y servicios, lo
cual atrae aproximadamente a 500,000 personas cada domingo, lo cual
representa un aumento en el consumo de telefonía móvil en la zona.
2.3. TIPOS DE ENTORNOS PARA OPERADORES
Previo a proponer una tecnología de transmisión para una nueva radiobase que
apoye en la mitigación de la cobertura no garantizada de la zona de estudio,
debemos considerar si en realidad es factible la colocación de una nueva celda en
la zona.
Para dimensionar de manera correcta la red de transporte LTE, se debe tener un
balance preciso entre costo y capacidad de la red. Louis Samara (Aviat Networks,
2011) afirma que el backhaul representa el 50% del costo total operacional de la
red. Implementar un enlace de microondas o fibra óptica propio, requiere una gran
inversión y representa una decisión crítica para la operación.
Es por esta razón, que proponemos el uso de servicios de FTTX para la conexión
de radiobases a la red LTE. Es necesario mencionar, que hay que analizar más
detalles del servicio, así como las necesidades de capacidad por celda LTE para
64
confirmar si el incremento de esta capacidad es factible y el tipo de servicio es
suficiente, lo cual será analizado en la siguiente sección.
Anteriormente, se mencionó que, de acuerdo con los datos de geografía y
estadística, el área de estudio propuesta era tipo Urbano Denso. No obstante, en
términos operacionales para los proveedores de servicio móvil, la clasificación de
entornos geográficos es más diversa.
Entorno Construcciones Atenuación de
señal Actividad Usuarios
Urbano denso (centro histórico)
Antiguas de 2 a 5 plantas
Alta (concreto y piedra)
Turística y comercial alta
Comercial
Turístico
Urbano denso (corporativos)
Más de 10 plantas Alta (con acero y materiales reflectivos)
Negocios y habitacional de alto valor
Negocios
Residencial
Concentración vertical
Urbano denso (residencial)
2 a 5 plantas Alta (materiales de construcción aligerado)
Alta concentración de inmuebles
Comercial (diurno) Residencial (vespertino-nocturno)
Urbano 2 a 5 plantas Media (materiales de construcción aligerado)
Comercial/habitacional mixta
Habitacional/ comercial
Sub urbano 1 a 4 plantas Media (materiales de construcción aligerado)
Comercial/habitacional mixta
Habitacional/ comercial
Industrial De metal Alta (acero, concreto)
Manufactura Laboral (diurno-vespertino)
Rural/carretero Dispersas de 1 a 2 plantas
Baja (zonas abiertas)
Poca actividad comercial
Habitacional
Transporte y turismo
Tabla 2.5. Tipos de Entornos y sus características (Movistar T. , Entornos, 2016).
De acuerdo con información proporcionada por el operador Movistar (2016), los
entornos en los cuales clasifican las áreas geográficas son los siguientes:
65
Urbano denso (centro histórico).
Urbano denso (corporativos).
Urbano denso (residencial).
Sub urbano.
Industrial.
Rural/carretero.
En la tabla 2.5, se muestran las principales características de cada entorno
geográfico.
Bajo este esquema y con los datos demográficos obtenidos previamente,
podemos concluir que nuestra área geográfica de estudio es un entorno Urbano
Denso Residencial, ya que cuenta con alta densidad poblacional, así como
también alta concentración de inmuebles con más de dos plantas, además de
actividad comercial continua.
De acuerdo con las características del entorno, es como el operador decide el tipo
de equipamiento para su BTS, así como los parámetros técnicos como altura de
antenas, distancia entre nodos y el rango de cobertura que desean cubrir.
En la tabla 2.6, se resumen los parámetros mencionados y se puede observar
que, en los entornos urbanos densos, la distancia entre sitios y el rango de
cobertura, es menor que en los demás entornos, por lo cual, existe la posibilidad
de instalar un nuevo sitio de apoyo para el hueco de cobertura garantizada.
Estos valores promedio varían en función de la combinación del tipo de entorno, la
orografía, los sitios existentes y la factibilidad de construcción.
66
Entorno Tipo de Sitio: Altura de sitio
(m)
Distancia entre Sitios
(Km)
Rango de cobertura
(m)
Urbano Denso
1ª opción: BTS Azotea 18 a 20 para
centros históricos 0.2 a 0.5 ~ 200
2ª opción: Coubicable 25 a 40 para zona
densa edificios
Urbano
1ª opción: BTS Azotea
20 a 25 0.4 0.7 ~ 400
2ª opción: Coubicable
Suburbano
1ª opción: BTS Azotea
24 a 30 0.6 a 0.8 ~ 500 2ª opción: Coubicable
3ª opción: BTS Suelo
Habitacional
1ª opción: BTS Azotea
20 a 30 0.7 a 1.2 ~ 600 2ª opción: Coubicable
3ª opción: BTS Suelo
Industrial
1ª opción: BTS Suelo
30 0.9 a 1.2 ~ 700
2ª opción: Coubicable
Rural/Carretero
1ª opción: Coubicable
30 a 40 1.2 a 10 ~ 900
2ª opción: BTS Suelo
Tabla 2.6. Criterios técnicos de BTS según el tipo de entorno (Movistar T. , Entornos, 2016).
2.4. CONSUMO DE DATOS EN EL ÁREA GEOGRÁFICA
Como se mencionó en el apartado anterior, la muestra de datos obtenidos para el
tráfico de consumo en el área geográfica de estudio fue solamente proporcionada
por Movistar, la cual nos servirá como muestra representativa del mercado de
ocupación de telefonía móvil en la zona.
67
El operador Movistar cuenta en la zona con 21 sitios celulares LTE, 22 sitios 3G y
aún mantiene 12 sitios 2G (Movistar T. , 2019). La cobertura de estas dos últimas
tecnologías en la zona está garantizada, y la LTE la mostramos en la figura 2.1.
Por cuestiones de confidencialidad no se puede identificar la ubicación de estas
radiobases, así como tampoco los datos específicos del tráfico que cursan.
Solo se mencionará, que el tráfico total de datos medido en Megabytes (MB) por
hora, nos da un promedio de 4700 MB por hora en tecnología LTE y 1230 MB en
3G. Lo que representa actualmente una relación 80/20 respecto a los clientes LTE
contra los 3G, es decir, 4 de cada 5 personas ya cuentan con un dispositivo LTE
(gráfica 2.1).
Gráfica 2.1. Tráfico total cursado en datos (MB/hora)
2.5. ANÁLISIS DE CAPACIDAD DE ACUERDO CON EL CONSUMO
DE DATOS
Con apoyo del operador Movistar, se obtuvieron datos de consumo en el área
geográfica de estudio.
68
Para confirmar si la zona de San Felipe de Jesús y Valle de Aragón justifica la
planeación de sitios nuevos que apoyen en la cobertura LTE, se obtuvieron datos
de otras zonas urbanas residenciales, corporativas e industriales que sirvieran
como muestra para comparar el consumo de telefonía móvil en la zona. En la tabla
2.7, se muestran los datos obtenidos del consumo de datos por hora promedio, así
como el pico más alto durante el mismo periodo de tiempo.
Entorno Colonia Promedio (MB/hora)
Pico más alto (MB/hora)
Residencial San Felipe de Jesús 4562.49 12528.38
Industrial Vallejo 2120.05 6883.97
Residencial Polanco 3254.84 10638.35
Corporativos Polanco II 1849.54 4801.13
Corporativos Santa Fe 1879.24 10852.23
Tabla 2.7. Consumo de datos promedio en diferentes zonas de la Ciudad de México
(Movistar, 2019)
Como se puede observar, en el área geográfica de estudio, hay una mayor
demanda de datos que en las demás de tipo industrial, corporativo y residencial
escogidas. Con esto, podemos tener una referencia para determinar que se
justifica una nueva celda, la cual se planearía para completar la cobertura
garantizada LTE y solventar su demanda de tráfico.
Asimismo, se hace hincapié que en esta zona se ubican todos los días mercados
ambulantes, incluido el de la colonia San Felipe de Jesús, lo cual genera actividad
comercial continua y por supuesto, mayor cantidad de gente. En la gráfica 2.2
podemos identificar con mayor facilidad el consumo de datos en las zonas
mencionadas.
69
De acuerdo al entorno geográfico y a la demanda de tráfico, ya se tiene la
necesidad de colocar celdas nuevas para optimizar la cobertura y mantener una
calidad de servicio óptima.
Gráfica 2.2. Consumo de datos promedio en diferentes zonas de la Ciudad de México
(Movistar, 2019).
Ahora solo falta un detalle importante, el medio de transmisión que conecte esta
nueva celda con la red existente del operador, lo cual seguramente conlleva un
gran costo de infraestructura.
En el siguiente capítulo, se desarrollará la propuesta para la utilización de la
tecnología FTTx y así verificar si hay ventajas por sobre una red de Backhaul
propia.
70
CAPÍTULO 3. PROPUESTA PARA EXTENSIÓN DE
COBERTURA
3.1. PROPUESTA DE TECNOLOGÍA GPON FTTX COMO
BACKHAUL DE NUEVOS SITIOS CELULARES.
Para poder complementar la cobertura garantizada LTE de los operadores de
telefonía móvil, se requieren más sitios eNodeB que apoyen con el aseguramiento
del servicio, lo cual, como se comentó al inicio del capítulo, no siempre es viable
hacer enlaces directos o de punto a punto entre cada sitio o hasta la central.
Además de la renta y modificación de predios o inmuebles que conlleva la
colocación de estas radiobases.
Es por esto, que se propone agregar estos nuevos sitios como apoyo a la red
Carrier Ethernet por medio de la tecnología GPON FTTX proporcionada por un
proveedor de servicios de telecomunicaciones de banda ancha, la cual implica una
mínima inversión de infraestructura e implementación. Esto servirá para
contemplar el equipamiento del eNodeB como una microcelda o picocelda, que
podría ser ubicada incluso, en postería o instalaciones sencillas.
71
Para poder conseguir las velocidades de transmisión que se exigen en la
actualidad, la red de backhaul de LTE, como se mencionó en el capítulo 1, está
basada en Carrier Ethernet, la cual ofrece mayores capacidades y menor latencia,
así como su implementación en distintas topologías de red (estrella, anillo o malla)
y medios físicos (microondas y fibra). Además de poder soportar las redes 2G, 3G
y LTE en la misma red de backhaul (figura 3.1).
Figura 3.1. Red de backhaul LTE (migración de servicios de TDM a Carrier Ethernet)
Los aspectos generales de la arquitectura de LTE 3GPP (figura 3.2) son:
Inteligencia distribuida. eNodeB toma algunas funciones de control de red
de radio.
Enlaces del eNodeB al núcleo. Interfaz S1: de eNodeB a MME/S-GW con
protección.
72
Tráfico de eNodeB a eNodeB. Interfaz X2 para transferencias de plano de
control (ciena, 2011).
Figura 3.2. Arquitectura LTE 3GPP de eNodeB a MME
La combinación de Carrier Ethernet con LTE proporciona una interfaz
interoperable entre el operador de telefonía móvil y la red de backhaul. La
conectividad del servicio de Carrier Ethernet admite interfaces lógicas S1 (para la
cual, debe ser muy sólida) y X2 (que representa una pequeña minoría en el total
del tráfico) y facilita la escalabilidad.
En México, el operador con la mayor infraestructura de fibra óptica y servicios de
banda ancha es Telmex, quien cuenta con un catálogo de servicios Carrier
73
Ethernet punto a punto, pero también, cuenta con servicios GPON que funcionan
con características similares a un enlace dedicado o de red privada virtual, pero
con las suficientes diferencias que permitan reducir los costos y tener precios
finales competitivos (Telmex, 2015).
Figura 3.3. Diagrama del servicio GPON FTTX.
Esta tecnología FTTX permite la diferenciación de servicios en todos los niveles
(Acceso, Carrier Ethernet, Red IP), y a pesar de que los servicios residenciales y
empresariales comparten el mismo puerto PON (figura 3.3), la configuración es
diferente y para el caso de una estación base, el ancho de banda está garantizado
(que puede ser de 10 a 100 Mbps), es simétrico y con manejo de QoS.
En la última milla no existe redundancia en la fibra óptica, pero el resto de la red
cuenta con los esquemas de protección de tráfico que hoy se manejan con los
servicios de Fibra Óptica dedicada.
74
Figura 3.4. Diferenciación de servicios GPON FTTX
El perfil de tráfico se explica brevemente en la figura 3.5, destacando los
siguientes puntos (Telmex, 2015):
Figura 3.5. Perfil de tráfico del servicio GPON FTTX.
Se utiliza diferente contenedor virtual (T-CONT) para diferenciar el tráfico
del servicio VPN del servicio residencial.
75
El tráfico del servicio VPN es garantizado, mientras que el de clientes
residenciales es Best Effort.
En caso de saturación, se presenta afectación del servicio residencial,
antes que al tráfico del servicio VPN.
3.2. SERVICIO FTTx POR MEDIO DE ISP’s (Proveedores de
Servicios de Internet)
Como se mencionó anteriormente, el servicio FTTx GPON es una tecnología de
telecomunicaciones que sirve como medio de acceso de banda ancha sobre fibra
óptica que sustituye total o parcialmente la última milla o bucle de acceso.
Esto permite conectarse a cualquier red de datos por medio de internet, llegando a
una central telefónica desde el hogar, oficina, edificio o como lo proponemos, a
una radiobase LTE (eNodeB).
En México, hay empresas de telecomunicaciones llamadas ISP o proveedores de
servicios de internet como Telmex, Axtel y Enlace TP, que se encargan de ofrecer
conectividad por medio de fibra óptica a velocidades de hasta 100 Mbps.
Son servicios que no necesariamente requieren la contratación de una línea
telefónica y pueden ser simétricos (misma velocidad de subida que de bajada) o
asimétricos (mayor velocidad de bajada).
Un enlace punto a punto de Carrier Ethernet para un sitio LTE nuevo, requiere de
parte del operador de telefonía móvil, inversión para la compra de equipo de
enlace en ambas puntas. Para el caso de un enlace de microondas, requiere el
estudio de factibilidad y línea de vista, espacio en torre o mástil y gastos de
instalación y mantenimiento propios.
76
En cuestión de fibra óptica, la disponibilidad de enlace es mucho mejor, pero se
requiere de instalación de fibra óptica sobre infraestructura propia o rentada
(postería, pozos, ductos), además de los correspondientes permisos con los
ayuntamientos locales.
Un servicio FTTx rentado a un ISP para establecer VPN’s entre una BTS y la
central, nos puede ayudar a contar con un ancho de banda garantizado, sin
arriesgar la velocidad de conexión cuando el tráfico lo demande. Además de
contar con garantía en la disponibilidad de servicio, monitoreo vía Web y
asignación de múltiples direcciones IP.
En la tabla 3.1, observamos las ventajas de contar con un servicio FTTx para
microceldas nuevas en apoyo a la cobertura LTE, en comparación de enlaces
punto a punto propios.
Enlace Punto a
punto Fibra Óptica
Enlace Punto a punto
Microondas FTTx
Velocidad Hasta 10 Gbps Hasta 366 Mbps Hasta 100 Mbps
Gestión Puerto de tráfico y/o
VLAN separado Puerto de tráfico y/o
VLAN separado Vía Web
Alimentación -48 VDC -48 VDC 127 VAC ó 12 VDC
Puerto Ethernet Si Si Si
QoS, CoS Si Si Si
Consumo 30 W 19 a 35 W menos de 18 W
Genera Alta Temperatura
Si Si No
Disponibilidad Si Si Si
Requiere construcción de infraestructura
Si Si No
Tabla 3.1. Comparación de enlaces para transmisión de sitios LTE (Telmex, 2019).
77
Como se podrá identificar, el servicio FTTx además de no requerir infraestructura
propia, no genera alta temperatura, tiene facilidades de alimentación y menor
consumo de energía, además de representar un mayor costo-beneficio tomando
en cuenta las ganancias por consumo de tráfico, respecto al gasto de renta, que
es fijo.
Estudios realizados por el fabricante Aviat Networks (Samara, 2011) respecto a
alternativas de backhaul para redes de telefonía móvil, nos indica que el costo
relativo de cada una de las tecnologías de transmisión va aumentando con el
tiempo de acuerdo con la capacidad de crecimiento de la red, además de agregar
gastos de mantenimiento y refacciones. El costo de un enlace FTTx es fijo, ya que
el costo de instalación y mantenimiento está incluido en una renta mensual, como
se observa en la figura 3.6.
Figura 3.6. Costos relativos de alternativas de backhaul (Samara, 2011).
78
Quizá el único detalle menor de la tecnología FTTx comparado con las otras, es la
velocidad de transmisión, que a pesar de que algunos operadores ofrecen hasta
200 Mbps, las ofertas comunes se centran en 10, 20, 50 y hasta 100 Mbps. Sin
embargo, como se comentó anteriormente, el rango de cobertura y capacidad de
una microcelda LTE en un entorno urbano denso, no es necesariamente grande.
En la tabla 3.2 se explica la capacidad de una celda LTE, respecto a su tipo de
área.
Ancho de banda de canal
Urbano Denso Sub Urbano Rural
5 MHz 20 (OBF4 3) 13 (OBF 3) 8 (OBF 5)
10 MHz 50 (OBF 3) 33 (OBF 3) 20 (OBF 5)
20 MHz 100 (OBF 3) 65 (OBF 3) 40 (OBF 5)
Tabla 3.2. Capacidad (Mbps) vs. Tipo de Área (Samara, 2011)
Esta estimación de capacidades toma en cuenta una celda con tres sectores, la
aplicación de factor sobreventa y un margen de rango dinámico para QoS; y como
se observa, la máxima capacidad requerida es de 100 Mbps, es decir, las
necesidades reales del transporte para LTE son mucho menor en los entornos
urbanos densos. La idea de manejar altas velocidades está conduciendo a
muchos a considerar equivocadamente a la fibra como la única respuesta. Las
capacidades requeridas son y serán cubiertas fácilmente con tecnologías de fácil
acceso e inversión como FTTx.
4 OBF. Overbooking Factor – Factor de sobreventa, término usado para referirse al exceso de venta de un
servicio sobre la capacidad real de oferta.
79
Rentar vs implementar infraestructura
Al contratar mediante el esquema de renta los servicios de infraestructura, siempre
tendrás a un proveedor que se hace responsable, con representación local,
soporte en tu idioma y en horarios hábiles representando las siguientes ventajas:
Pagas lo que usas.
Renta mensual fija.
Actualizaciones gratis y continuas según las necesidades.
Soporte técnico sin costo.
Mantenimiento preventivo y/o correctivo incluido.
No licenciamientos o permisos de construcción.
En cambio, comprar la infraestructura implica:
Invertir recursos directos.
Gastos de mantenimiento.
Contratar un experto.
Considerar el factor de obsolescencia tecnológica.
Invertir en acondicionamiento.
Espacio destinado.
3.3. TOPOLOGÍA DE TECNOLOGÍA FTTx Y PROPUESTA DE DOS
E-NODESB LTE
Topología FTTx
En la siguiente figura (3.7) se identifican los elementos de red de un enlace FTTx y
la manera en que pueden llegar a un eNodeB o a la RNC.
80
Figura 3.7. Topología de enlace FTTx (Telmex, 2019).
La interfaz de acceso que requiere el ruteador en el eNodeB, puede ser G.703 no
balanceado, conector RJ45 o BNC. Se puede contratar un Puerto Extendido con el
módulo de seguridad, mismo que puede configurar las políticas que el operador
defina.
Como se observa en la topología presentada, en el enlace punto a punto, se
conecta el router del cliente a la ONT y de ahí se transporta por medio de un cable
de fibra exclusivo hacia un nodo en particular (Central). Para la conexión FTTx, el
router del cliente se conecta a una ONT que comparte un puerto PON con varios
equipos y llega a una OLT en la central, la cual se conecta al agregador de Carrier
Ethernet.
En la figura 3.8 podemos observar la topología detallada de los elementos de
infraestructura con los que cuenta el proveedor de servicio y que el operador, ya
no tiene que preocuparse por implementar e instalar.
81
Figura 3.8. Topología de enlace FTTx detallada (Telmex, 2019).
Propuesta de Radiobases (eNodeB).
Se presentan dos propuestas de ubicación para radiobases LTE. Cualquiera de
las dos opciones puede apoyar en la mitigación de la cobertura no garantizada de
la zona de estudio. De aquí en adelante, haremos referencia para su identificación
como eNodeB Valle y eNodeB Esmeralda. En la figura 3.9, se presenta la
ubicación de las mismas y sus respectivas centrales de acceso.
Como se mencionó anteriormente, se toman como referencia, las centrales
Telmex, ya que es un operador que cuenta con amplia experiencia, equipamiento
y tecnología necesarias para ofrecer este servicio; además de que se contó con
facilidades para obtener información de su infraestructura. Asimismo, se vuelve a
hacer mención que no nos está permitido presentar la ubicación de las radiobases
existentes.
82
Figura 3.9. Propuesta de radiobases eNodeB y centrales de acceso GPON.
eNodeB Valle
Para la implementación de la radiobase eNodeB Valle, se ubicó una casa en la
colonia Valle de Aragón 1ª. Sección, la cual cuenta con tres plantas, altura
suficiente para la colocación de mástiles de por lo menos 3m. de altura. Se
encuentra a 400 metros en línea recta de la Central Chamizal y a 162 metros de la
Caja de Distribución.
Figura 3.10. Ubicación de eNodeB Valle y central de acceso.
83
eNodeB Esmeralda
Para la implementación de la radiobase eNodeB Esmeralda, se ubicó una casa en
la colonia La Esmeralda, la cual también cuenta con tres plantas. Se encuentra a
2100 metros en línea recta de la Central Atzacoalco y a 230 metros de la Caja de
Distribución.
Figura 3.11. Ubicación de eNodeB Esmeralda y central de acceso.
La central de procesamiento y que conecta la OLT de las centrales de acceso al
agregador Carrier Ethernet, es la central Lago, ubicada en la calle 1525, Col. San
Juan de Aragón 6ª. Sección. En la siguiente figura se muestra la ruta del cableado
de fibra óptica, la cual es proporcionada completamente por el proveedor de
servicio. Como se mencionó en la topología, lo único que va sobre postería, es la
última milla, es decir, de la caja de distribución hacia el sitio del cliente
84
Figura 3.12. Infraestructura instalada de fibra óptica del proveedor de servicio Telmex (2019).
Conexión a la red LTE
Para comunicar el eNodeB nuevo con su propia red LTE pueden existir dos
opciones:
1. Por medio del Core IP/MPLS con un enlace existente Carrier Ethernet del
operador hacia su red LTE. En la figura 3.13, se muestra un ejemplo
sencillo, ya que la conexión hacia el MME puede tener varios traspasos.
2. A través de otro enlace FTTx hacia un eNodeB existente en el mismo
cluster, el cual a su vez ya tiene una conexión existente hacia el MME
(figura 3.14). De igual manera, se muestra un ejemplo simple, ya que esa
conexión puede ser directa o a través de varios eNodeB
85
Figura 3.13. Conexión hacia red LTE por medio de enlace CE existente.
Figura 3.14 Conexión hacia red LTE por medio de otro enlace FTTx.
Cálculo de capacidad en Mbps para ancho de banda de 20 MHz
El elemento de recurso (Resource Element – RE) es la unidad más pequeña de la
capa física y ocupa un símbolo OFDM para el canal descendente (downlink) o un
símbolo SC-FDM para el canal ascendente (uplink).
86
Por otro lado un bloque de recurso (Resouce Block – RB) es la unidad más
pequeña que puede ser transmitida, es decir, ocupa físicamente una ranura en el
dominio del tiempo (0.5 ms) que es igual en frecuencia a 180 kHz, equivalente a
12 subportadoras de 15 kHz cada una, tal y como se especificó anteriormente, y
en él se transmiten 6 o 7 símbolos de la modulación OFDM (Robles Martínez,
Toledo Prieto, & Torregrosa Seller, 2014).
Figura 3.15. Concepto Resource Element (RE) y Resource Block (RB)
En la tabla 3.3 se muestra el número de RB disponibles, que depende de la
canalización empleada.
87
Hay que tener en cuenta que el número de subportadoras es 12 veces mayor al
número de RB más uno, ya que el número de RB y de subportadoras están
estrechamente relacionados.
A modo de aclaración, esta subportadora adicional se corresponde con la
subportadora central de la banda disponible y, que esta no se utiliza para la
transmisión de información, sino que se utiliza para la facilitación del ajuste y
sincronización de la frecuencia del receptor (Robles Martínez P. J., 2014).
Teniendo en cuenta que se disponen de 12 subportadoras por cada uno de los
símbolos a transmitir (tenemos 7), obtenemos un total de 84 recursos disponibles
para ubicar los símbolos modulados en 64-QAM. Utilizar dicha modulación,
además de una alta eficiencia espectral, proporciona una transmisión de 6 bits por
símbolo.
Considerando previamente que cada RB puede llegar a transmitir hasta 504 bits
cada 0.5 ms, se obtiene una tasa binaria por RB de 1Mbps. Por lo tanto, en
función de las canalizaciones, se obtienen los siguientes resultados:
Tabla 3.3. Velocidad pico en Mbps de acuerdo a la canalización utilizada.
Tomando como base, información de consumo de datos de los eNodeB
colindantes a nuestra propuesta, proporcionados por Movistar, se analizó el
promedio de utilización de 4 sitios por una semana y se observó los siguientes
valores:
88
Gráfico 3.1. Promedio de utilización de datos en Mbps de eNodeB vecinos (Movistar T. , 2019).
Asimismo, se obtuvo el pico máximo de utilización de datos en la misma muestra,
obteniendo el resultado siguiente:
Gráfico 3.2. Pico máximo de utilización de datos en Mbps de eNodeB vecinos (Movistar T. , 2019).
Cabe mencionar, que estos valores son representativos de toda la radiobase, es
decir, tomando en cuenta el tráfico de los tres sectores.
8.72
7.47
8.40 7.52
8.10 7.71
1.68
14.24 14.51
11.41 10.27
11.67
11.20
2.64
12.11
10.67
11.90
9.00
11.99
10.94
2.85 5.50
4.83
5.93
3.90
5.38 6.03
1.48 0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
16.00
06/04/2019 07/04/2019 08/04/2019 09/04/2019 10/04/2019 11/04/2019 12/04/2019
Sitio A Sitio B Sitio C Sitio D
16.15
17.18 13.79 13.91
14.94
11.28
7.24
26.10
31.63
17.63
19.07 22.60
19.77
15.84
25.42 20.13 18.60
18.69
23.57
19.46
14.49
10.06 10.09 11.24
7.57 9.98
11.91
7.62
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
06/04/2019 07/04/2019 08/04/2019 09/04/2019 10/04/2019 11/04/2019 12/04/2019
Sitio A Sitio B Sitio C Sitio D
89
Se observa que el pico máximo de toda la gráfica, pertenece al Sitio B del día 7 de
abril del 2019, que coincide con el día Domingo, en el cual se encuentra instalado
el tianguis de San Felipe de Jesús, con un consumo de 31.63 Mbps.
En la tabla 3.4 comparamos ese valor (Downlink) con los que proporciona Movistar
en sus requisitos técnicos para enlace de acuerdo al Release 8 de LTE (Movistar
T. , 2019).
Tabla 3.4. Comparación de Velocidad en Mbps tomada en campo vs. requerimientos
De acuerdo a esta relación, se puede confirmar que un enlace FTTx contratado a
100 Mbps (incluso a 50 Mbps) es suficiente para soportar la carga de tráfico del
área de estudio.
Datos de servicio para enlace FTTx
En la tabla 3.5, podemos observar los datos de servicio para la conexión del
enlace FTTx para los sitios propuestos.
Asimismo, a la ONT (equipo terminal de cliente) se le configura una IP y una VLAN
fija para ser identificada correctamente en la red, además de proporcionar
confiabilidad, protección y garantías de seguridad y nivel de servicio (figura 3.16).
90
INFORMACIÓN DE SERVICIO Y EQUIPO
OPERADOR, S.A. DE C.V.
Valle Esmeralda
555035-1108/0 No. Telefónico/Sec. 555035-1109/0
GPON EMPRESARIAL Servicio GPON EMPRESARIAL
0U12921 Cuenta Maestra 0U12921
CM_ CHAMIZAL Central/Dispositivo AZ_ATZACOALCO
0001 No. Sec. Tarjeta de Línea 0001
CM_0194FOJ6 Cable Distribución AZ_0189FOD5
22 OPERTEL-UNINET Tipo de Cliente 22 OPERTEL-UNINET
GPON/IMS Tecnología de Acceso GPON/IMS
VPN Tipo de servicio VPN
MEXGLAGO-09:1-1-10-2-48 Dirección ONT MEXGLAGO-11:1-1-7-6-37
NOCLEICODEG240WB ONT ID NOCLEICODEG240WC
NGLT-C Tipo de tarjeta NGLT-C
4.0 km Distancia estimada al OLT 9.7 km
MEXGLAGO-09:1-1-10-2 PON ID MEXGLAGO-11:1-1-7-6
1 Bastidor 1
1 Repisa 1
10 Tarjeta 7
2 Puerto 6
48 Fibra 37
20M Velocidad de Subida 20M
100M Velocidad de Bajada 100M
Tabla 3.5. Datos de servicio de enlace FTTx (Telmex, 2019)
Figura 3.16. Dirección IP de usuario oculta en red de transmisión (ciena, 2011).
En la siguiente tabla, se puede observar los resultados de prueba PBV (Power
Budget Validation / Validación de presupuesto de alimentación) (Telmex,
WebMasivo, 2019).
91
VALLE
ESMERALDA
Corriente de polarización del láser del Transceptor (uA)
Lado de la OLT
Lado de la ONT
Lado de la
OLT Lado de la
ONT
17000 6600 Mínimo 12000 18000
20000 7600 Máximo 14000 20700
17575.34 7097.26 Promedio 12027.4 18977.4
18000 6700 Último 12000 18550
15 minutos 15 minutos Último periodo 15 minutos 15 minutos
Nivel de la señal óptica (dBm)
Lado de la OLT
Lado de la ONT
Lado de la
OLT Lado de la
ONT
-20.60 -17.67 Mínimo -25.30 -21.87
-20.20 -17.26 Máximo -24.60 -21.25
-20.40 -17.43 Promedio -25.02 -21.64
-20.50 -17.54 Último -25.00 -21.49
15 minutos 15 minutos Último periodo 15 minutos 15 minutos
Temperatura del transceptor (°C)
Lado de la OLT
Lado de la ONT
Lado de la
OLT Lado de la
ONT
47.67 44.30 Mínimo 34.00 56.50
54.31 47.90 Máximo 41.87 62.60
49.00 46.34 Promedio 35.50 58.78
49.33 44.30 Último 34.41 57.90
15 minutos 15 minutos Último periodo 15 minutos 15 minutos
Voltaje de alimentación del transceptor (V)
Lado de la OLT
Lado de la ONT
Lado de la
OLT Lado de la
ONT
3.27 3.22 Mínimo 3.25 3.26
3.27 3.22 Máximo 3.25 3.26
3.27 3.22 Promedio 3.25 3.26
3.27 3.22 Último 3.25 3.26
15 minutos 15 minutos Último periodo 15 minutos 15 minutos
Tabla 3.6. Validación de presupuesto de alimentación (PBV) para ambos enlaces (2019).
De acuerdo con los datos desarrollados, podemos observar que la implementación
de un enlace de tecnología FTTx es una opción conveniente para celdas LTE que
busquen completar la cobertura garantizada en entornos urbano-densos, por las
siguientes ventajas:
92
Menor costo total de propiedad e inversión.
Costo de los equipos, costo del personal, menor complejidad.
La solidez es apta para interfaz S1.
El tráfico X2 es una pequeña minoría total del tráfico (principalmente tráfico
de control).
La cantidad de eNodeB en un dominio puede volverse importante (relleno
de micro y pico celdas).
Compatible con el transporte Carrier Ethernet.
IP y VLAN fija para identificación de servicio.
93
CONCLUSIONES
El trabajo realizado ha permitido obtener información muy importante acerca de
cómo ocupando los medios propios de transmisión existentes de una empresa
(fibra óptica o microondas), podemos complementar nuestra interconexión de
radiobases por medio de servicios arrendados (contratando a cualquier otro
proveedor local de servicios de red).
Podemos concluir que la tecnología FTTx como medio de transmisión para
radiobases LTE que apoyen en la cobertura de ciudades con entorno urbano
denso, es una opción con grandes beneficios al no invertir en la implementación
de infraestructura propia.
Las principales ventajas encontradas en esta propuesta son:
Baja inversión, implementación simple, arquitectura y prestaciones flexibles.
El servicio del ISP incluye gestión y mantenimiento.
La red pasiva es apta para interfaces S1 y X2.
Compatible con el transporte Carrier Ethernet.
Ancho de banda garantizado (simétrico o asimétrico).
Tráfico asegurado y manejo de QoS.
94
RELACIÓN DE SIGLAS Y ABREVIATURAS
3GPP Proyecto Asociación de Tercera Generación (Third Generation
Partnership Project)
AM Modulación en Amplitud
AMPS Servicio Avanzado de Telefonía Móvil (Advanced Mobile Phone
Service)
ATM Modo de Transferencia Asíncrona (Asynchronous Transfer Mode)
bps Bits por segundo (K(kilo) = mil, M(mega) = millón, G(Giga) = mil
millones)
BPV Prueba de Validación de Presupuesto de Alimentación (Power
Budget Validation)
CBS Tamaño de Ráfaga Comprometida (Committed Burst Size)
CE Equipo del cliente (Customer Equipment)
CIR Tasa de Información Comprometida (Committed Information Rate)
CoS Clase de Servicios (Class of Services)
CRC Verificación por Redundancia Cíclica (Cyclic Redundancy Check)
CSMA/CD Acceso Múltiple con Detección de Portadora y Detección de
Colisiones (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)
CWDM Multiplexación por División Aproximada de Longitud de Onda (Coarse
Wavelength Division Multiplexing)
DHCP Protocolo de Configuración Dinámica de Host (Dynamic Host
Configuration Protocol)
DNS Sistema de Nombres de Dominio (Domain Name Server)
DWDM Multiplexación Densa por División de Longitud de Onda (Dense
Wavelength Division Multiplexing)
EBS Tamaño de Ráfaga en Exceso (Excess Burst Size)
EIR Tasa de Información Excedente (Excess Information Rate)
eNodeB Estación base de la red LTE (Evolved Node B)
EBS Servicio Portador de EPS (EPS Bearer Service)
EPS Sistema de Paquetes Evolucionado (Evolved Packet System)
95
E-RAB Portadora de Radio Acceso E-UTRAN (E-UTRAN Radio Access
Bearer)
E-UTRAN Red Evolucionada de Acceso Radio Terrestre UMTS (Evolved UMTS
Terrestrial Radio Access Network)
EV-DO Solo datos de evolución (Evolution data Only)
EV-DV Evolución para datos y voz integrados (Evolution for integrated Data
and Voice)
EVC Conexión Virtual Ethernet (Ethernet Virtual Connection)
FCC Comisión Federal de Comunicaciones (Federal Communications
Commission)
FDD Duplexión por División de Frecuencia (Frequency-Division Duplexing)
FDMA Acceso Múltiple por División de Frecuencia (Frequency Division
Multiple Access)
FM Frecuencia Modulada
FTTX Fibra Hasta el Edificio-Hogar-Nodo (Fiber To The X = Building-Home-
Node)
GFP Procedimiento de Entramado Genérico (Generic Framing Procedure)
GPON Red Gigabit Óptica Pasiva (Gigabit Passive Optical Network)
IEEE Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (Institute of Electrical
and Electronics Engineers)
HSDPA Paquete de enlace descendente de acceso de alta velocidad (High
Speed Downlink Packet Access)
HSUPA Paquete de enlace ascendente de acceso de alta velocidad (High
Speed Uplink Packet Access)
IP Protocolo Internet (Internet Protocol)
ISP Proveedor de Servicios de Internet (Internet Service Provider)
ITU Unión Internacional de Telecomunicaciones (International
Telecommunication Union)
LCAS Esquema de Ajuste de la Capacidad del Enlace (Link Capacity
Adjustment Scheme)
LAN Red de Área Local (Local Area Network)
96
LED Diodo Emisor de Luz (Light Emitting Diode)
LLC Control de Enlace Lógico (Logical Link Control)
LTE Evolución a Largo Plazo (Long Term Evolution – sistema móvil 4G)
MAC Control de Acceso al Medio (Media Access Control)
MAN Red de Área Metropolitana (Metropolitan Area Network)
MEN Red Metro Ethernet (Metro Ethernet Network)
MGCP Protocolo de Controlador Gateway de Medios (Media Gateway
Controller Protocol)
MME Entidad de Administración Móvil (Mobility Management Entity)
NAS Estrato de Acceso (Non Access Stratrum)
NMT Nordic Mobile Telephony
NTT Nippon Telegraph and Telephone
ODN Nodos de Distribución Ópticos (Optical Distribution Nodes)
OLT Terminal de Línea Óptica (Optical Line Terminal)
ONT Terminal de Red Óptica (Optical Network Terminal)
ONU Unidad de Red Óptica (Optical Network Unit)
ORN Nodo Remoto Óptico (Optical Remote Node)
OSI Interconexión de Sistemas Abiertos (Open Systems Interconnection)
PCM Modulación por Codificación de Pulsos (Pulse Code Modulation)
PDCP Protocolo de Convergencia de Paquetes de Datos (Packet Data
Convergence Protocol)
PDH Jerarquía Digital Plesiócrona (Plesiochronous Digital Hierarchy)
PEM Método de Encapsulamiento PON (PON Encapsulation Method)
P-GW Puerta de Enlace de Paquetes de Datos (Packet Data Network
Gateway)
PON Red Óptica Pasiva (Passive Optical Network)
PSTN Red de Telefonía Pública Conmutada (Public Switched Telephone
Network)
QoS Calidad del Servicio (Quality of Service)
RLC Control de Radio Enlace (Radio Link Control)
RNC Control de la Red de Radio (Radio Network Controller)
97
RRC Control de Recursos de Radio (Radio Resource Control)
RTB Red Telefónica Básica
RTP Protocolo de Transporte en Tiempo real (Real-time Transport
Protocol)
SCTP Protocolo de Transmisión de Control de Flujo (Stream Control
Transmission Protocol)
S-GW Puerta de Enlace de Servicio (Serving Gateway)
SDH Jerarquía Digital Síncrona (Synchronous Digital Hierarchy)
TACS Sistema de Comunicaciones de Acceso Total (Total Access
Communications System)
TCP Protocolo de Control de Transmisión (Transmission Control Protocol)
TDM Multiplexación por División de Tiempo (Time Division Multiplexing)
TDMA Acceso Múltiple por División de Tiempo (Time Division Multiple
Access)
TIA Telecommunication Industry Association
UE Equipo de Usuario (Users Equipment)
UMB (Ultra Mobile Broadband)
UMTS Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles (Universal Mobile
Telecommunications System)
UNI Interfaz de Usuario de Red (User Network Interface)
VLAN Red de Área Local Virtual (Virtual Local Area Network)
VMPS Servidor de Políticas de Membresía de VLAN (VLAN Management
Policy Server)
VoIP Voz sobre IP (Voice over IP)
VPN Red Privada Virtual (Virtual Private Network)
WAN Red de Área Amplia (Wide Area Network)
WDM Multiplexación por División de Longitud de Onda (Wavelength
Division Multiplexing)
WiFi Wireless Fidelity
WiMax Worldwide Interoperability for Microwave Access
98
REFERENCIAS
Abreu, M., Castagna, A., Cristiani, P., Zunino, P., Roldós, E., & Sandler, G. (2009).
Características generales de una red de fibra óptica al hogar (FTTH).
Memoria de Trabajos de Difusión Científica y Técnica, 38-46.
Almaraz, K. (2017). Tianguis de la San Felipe: no podrás recorrerlo en un día.
Obtenido de máspormás: https://www.maspormas.com/ciudad/tianguis-la-
san-felipe-no-podras-recorrerlo-dia/
AT&T. (2019). Cobertura 4G LTE. Obtenido de
https://www.att.com.mx/servicios/att-cobertura.html
ciena. (2011). Responda a la demanda de backhaul de LTE con Carrier Ethernet
de menor costo. Obtenido de http://www.ciena.com/campaign/lte-
resources.html
ciena. (2019). ¿Qué es Carrier Ethernet? Obtenido de
https://www.ciena.com.mx/insights/what-is/What-is-Carrier-
Ethernet_es_LA.html
Conectrónica. (2015). FTTH y FTTX Que es? Obtenido de
https://www.conectronica.com/fibra-optica/ftth-fftx-fibra-optica/ftth-redes-fttx-
fibra-optica
Espinoza, G. (2016). Proceso de implementación de una radiobase para la
tecnología de LTE.
Filotecnóloga. (2011). Redes de transporte. Recuperado el Abril de 2019, de
Internauta sin pauta: https://filotecnologa.wordpress.com/2011/09/15/las-
redes-de-transporte/
FTTH Council Europe. (2014). FTTH Handbook. Amsterdam: FTTH Council
Europe.
Galindo, L. Á. (2016). Servicios UMTS. Obtenido de
https://es.slideshare.net/luisangel.galindo/servicios-umts
Hawkins, J. (2017). Carrier Ethernet 101: velocidades, estándares y servicios.
Obtenido de ciena: https://www.ciena.com.mx/insights/articles/Carrier-
Ethernet-Speeds-Standards-and-Services_es_MX.html
99
Iglesias, L. (2016). Planificación y Optimización de una Red LTE con la
Herramienta ATOLL. Barcelona: Escuela Técnica Superior de Ingeniería de
Telecomunicación de Barcelona de la Universidad Politécnica de Catalunya.
INEGI. (2019). México en Cifras. Obtenido de INEGI: http://www.inegi.org.mx/
INTTELMEX. (2010). Seminario Carrier Ethernet. México: Instituto Tecnológico de
Telefonos de México.
Juan, D. (2018). Cables de fibra óptica: simplex vs dúplex. Obtenido de Medium:
https://medium.com/@xxxamin1314/cables-de-fibra-%C3%B3ptica-simplex-
vs-d%C3%BAplex-5810273f1a58
Lattanzi, M. (2015). Redes FTTx. Conceptos y Aplicaciones. Obtenido de Cámara
de Informática y Comunicaciones de la República Argentina:
http://www.cicomra.org.ar/cicomra2/expocomm/TUTORIAL%209%20Lattan
zi%20y%20Graf-%20IEEE.pdf
Loyo, D. (2018). Antecedentes de la Telefonía Movil. Obtenido de
https://sites.google.com/site/1loyodanieleacpersonal/antecedentes-de-la-
telefonia-movil
LTE. (2014). Tutorial LTE. Obtenido de IPv6 GO: http://www.ipv6go.net/lte/
Millán, R. (2007). ¿Qué es... GPON (Gigabit Passive Optical Network)? Obtenido
de ramonmillan.com: https://www.ramonmillan.com/tutoriales/gpon.php
Movistar. (2019). Cobertura 4G LTE. Obtenido de
https://www.movistar.com.mx/atencion-al-cliente/informacion/cobertura-
extendida
Movistar, T. (2016). Entornos. México.
Movistar, T. (Abril de 2019). Tráfico Total cursado en datos. Confidencial.
Mullins, M. (2019). WhistleOut. Obtenido de ¿Cuántos megas necesito al mes?:
https://www.whistleout.com.mx/CellPhones/Guides/cuanto-internet-
necesito-al-mes
Robles Martínez, P. J. (2014). Despliegue de una red LTE, para el campus de la
Universidad de Alicante. Alicante: Universidad de Alicante.
Robles Martínez, P., Toledo Prieto, I., & Torregrosa Seller, F. (2014). Proyecto
sobre Comunicaciones Móviles. Alicante: Universidad de Alicante.
100
Samara, L. (2011). Cómo dimensionar correctamente la red de transporte LTE.
Obtenido de Aviat Networks: www.aviatnetworks.com
SIDESO. (2015). Sistema de Información del Desarrollo Social. Obtenido de Índice
de Desarrollo Social de las Unidades Territoriales del Ciudad de México.
Delegación, Colonia y Manzana.:
http://www.sideso.cdmx.gob.mx/index.php?id=551
Telcel. (2019). Cobertura G4 LTE. Obtenido de
https://www.telcel.com/mundo_telcel/quienes-somos/corporativo/mapas-
cobertura
Telmex. (2015). Infinitum Negocio. Telefonos de México.
Telmex. (2019). Internet Directo Empresarial. Obtenido de telmex.com:
https://telmex.com/web/empresas/internet-directo-empresarial
Telmex. (2019). WebMasivo. México.
