- Desarrollar un análisis comparativo entre las tecnologías GSM de segunda generación y UMTS de tercera generación móvil celular terrestre.

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1 361 CAPITULO IV: SIMULACIÓN COMPARATIVA DE LOS SUBSISTEMAS DE RADIO GSM 1800 MHZ (BSS) Y UMTS 1800 MHZ (RNS) PARA LA COBERTURA EN EL DEPARTAMENTO DE LA PAZ OBJETIVOS DEL CAPÍTULO IV - Determinar parámetros como: área de cobertura, perfiles de usuario, configuración de radio base y teléfono móvil, modelos de propagación y ubicación preliminar de las estaciones base; requeridos en el desarrollo de la simulación a través de la herramienta de planificación de telecomunicaciones. - Utilizar los estándares necesarios sobre los aspectos de radio de 3GPP, ETSI y UIT estableciendo los valores de los parámetros requeridos en los procedimientos a desarrollar para ambos subsistemas de radio. - Simular la planeación de cobertura GSM y UMTS de un servicio de voz y un servicio de datos con el software de planeación ICS Telecom en el departamento de La Paz, jurisdicción de El Salvador. - Desarrollar un análisis comparativo entre las tecnologías GSM de segunda generación y UMTS de tercera generación móvil celular terrestre. 4 SIMULACIÓN COMPARATIVA INTRODUCCIÓN AL CAPÍTULO IV Las herramientas de planeación de redes son programas diseñados para evaluar las fases de pre-planeación, planeación y planeación detallada previas a la implementación y comercialización de los servicios de la red de telefonía móvil.

2 362 A través del programa denominado ICS Telecom y los diferentes mapas y capas de clutter (área urbana, área suburbana, bosques) de El Salvador, se realizará una simulación de cobertura comparativa de los estándares GSM y UMTS en la banda de frecuencia 1800 MHz para el departamento de La Paz. Para realizar la simulación se contará con la información de despliegue de las estaciones base de un operador inscrito en la Superintendencia General de Electricidad y Telecomunicaciones. También se utilizarán los valores y las fórmulas para las fases de planeación y planeación detallada aplicables de los organismos de estandarización como son ETSI, 3GPP y UIT. La simulación de cobertura se realizará para dos servicios diferentes, voz y datos, en tiempo real y los resultados se presentarán de forma gráfica y porcentual, comprobando la configuración de los parámetros radioeléctricos para GSM y UMTS. 4.1 SUBSISTEMA DE LA RED DE RADIO DE UMTS Y GSM El subsistema de la red de radio para GSM denominado BSS está formado por los siguientes elementos: un conjunto de estaciones base (BTS) y el controlador de estaciones base (BSC) que son los necesarios para proporcionar el servicio radioeléctrico a los equipos de usuarios (MS). En las redes UMTS el subsistema de red de radio (RNS) está formado por los siguientes elementos: un conjunto de estaciones base (Nodos B) y el controlador de red de radio (RNC), necesarios para que los equipos de usuarios (UE) tengan acceso a la red y a sus servicios a través de la interfaz radioeléctrica.

3 FASE DE PRE-PLANEACIÓN Requerimientos para el cálculo de cobertura Uno de los primeros pasos para el cálculo de la cobertura, es obtener los parámetros geográficos y poblacionales del área que se pretende cubrir, este es un procedimiento común a cualquier tecnología de telefonía móvil celular. La recopilación de estos datos se presenta en las siguientes tablas. Tabla 4.1 Datos del área a cubrir Área objetivo Departamento de La Paz, El Salvador Área Km 2 Población Total 308,087 habitantes Densidad de población 252 por Km 2 Fuente: VI Censo de población y V de Vivienda Ministerio de Economía y Dirección General de Estadísticas y Censos. Para obtener el número de usuarios potenciales del total de habitantes se seleccionó una clasificación en base a la edad. Se estableció el rango de habitantes entre 18 y 59 años, obteniendo así una tabla de habitantes potenciales separada por municipios.

4 364 Tabla 4.2 Usuarios potenciales por municipio Municipios Usuarios Potenciales (No. de Habitantes) Población Objetivo (25%) Zacatecoluca Santiago Nonualco Olocuilta San Pedro Masahuat San Luis Talpa San Luis la Herradura San Juan Nonualco El Rosario San Rafael Obrajuelo San Pedro Nonualco San Juan Talpa San Francisco Chinameca Cuyultitán Santa María Ostuma San Miguel Tepezonte San Antonio Masahuat Tapalhuaca San Juan Tepezontes San Emigdio Jerusalén Paraíso de Osorio Mercedes la Ceiba Total

5 365 Fuente: VI Censo de población y V de Vivienda Ministerio de Economía y Dirección General de Estadísticas y Censos. La tabla anterior muestra el orden de los municipios pertenecientes al departamento de la paz con mayor cantidad de población, de la cual se selecciona una población objetivo del 25% debido a que existen otros operadores de telefonía móvil con cobertura en el departamento y otras variables relacionadas con la capacidad y calidad de los servicios Tipos de tecnologías a utilizar Tabla 4.3 Parametros de GSM y UMTS a utilizar GSM UMTS Parámetro Tipo o valor Tipo o Valor Tecnología de acceso TDMA WCDMA Ancho de Banda 200KHz 5MHz Banda de Uplink 1850~1910 MHz 1850~1910MHz Banda de Downlink 1930~1990 MHz 1930~1990MHz Modo de operación FDMA, Frecuencias fijas. FDD, frecuencias fijas Modulación para el Uplink GMSK y QPSK Dual QPSK Modulación para el Downlink GMSK y 8-PSK QPSK

6 366 Parámetros Radioeléctricos generales de Transmisión y Recepción para los Subsistemas de Radio GSM y UMTS. Los valores que se proporcionan en la siguiente tabla han sido tomados en base a los reportes técnicos TR , y TR , las especificaciones técnicas TS 25101, TS y TS y la recomendación UIT-R M para UMTS y las especificaciones técnicas TS , TS y la recomendación ETS para GSM. Tabla 4.4 Evaluación del enlace Parámetros Radioeléctricos GSM UMTS Downlink Uplink Downlink Uplink Transmisión Destino BTS MS Nodo B UE Potencia de Transmisión Watts Pérdida por Cables db Pérdidas por Elementos db Ganancia de antena RX dbi Sensibilidad dbm Parámetros Radioeléctricos GSM UMTS Uplink Downlink Uplink Downlink Recepción Destino BTS MS Nodo B UE Máxima potencia por conexión dbm Pérdida por Cable db Pérdidas por Elementos db Ganancia de antena TX dbi EIRP pico dbm

7 367 Se ha tomado como referencia la radio base denominada «La Carbonera» ubicada entre Santa María Ostuma y San Pedro Nonualco. Tabla 4.5 Configuración de radio base. Parámetro GSM UMTS Tipo de antena Cropoloar, 45º Cropoloar, 45º Frecuencia TX 1967MHz MHz Altura 40m 40m Separación entre sectores 120º 120º Nº Sectores 3 sectores 3 sectores Tipo de cable Heliax 7/8 Heliax 7/8 Perdidas de cable (100m) 2.72 db 2.72 db Perdidas por conectores y duplexor 3 db 3 db - Tipo de Cable (Ver especificación técnica del cable en el Anexo I). - Tipo de Antena (Ver especificación técnica de la antena en el Anexo J). - El Teléfono móvil posee las mismas especificaciones tanto para GSM y UMTS. Tabla 4.6 Configuración de teléfono móvil. Parámetro Tipo de antena Valor isotrópica Ganancia de antena 0 db Altura 1.5m

8 Canalización de Frecuencias de Trabajo para los Subsistemas GSM y UMTS. GSM La banda GSM 1800 debe trabajar en los siguientes rangos de frecuencia: - De 1850 MHz a 1910 MHz, el móvil transmite y la estación base recibe. - De 1930 MHz a 1990 MHz, el móvil recibe y la estación base transmite. Los rangos de la banda de frecuencias para el cálculo de los canales se han realizado a través de información proporcionada por SIGET de la banda de un operador de telefonía móvil que trabaja de acuerdo a la siguiente tabla: Tabla 4.7 Asignación de frecuencias Recepción de BTS Separación entre Tx y Rx Transmisión de BTS Ancho de Banda Asignado 1860~1865MHz 80 MHz 1940~1945 MHz 5 MHz 1870~1885MHz 80 MHz 1950~1965 MHz 15 MHz 1890~1895MHz 80 MHz 1970~1975 MHz 5 MHz Total de Ancho de Banda Asignado 25 MHz Para el funcionamiento de GSM con una portadora de 200 KHz la fórmula utilizada para el cálculo de los canales de trabajo de acuerdo a TS es la siguiente:

9 369 GSM 1800 FI n n 512, 512 n 810 Fu n FI n 80 (4.1) En donde, Fl(n) = frecuencia inferior de canal Fu(n) = frecuencia superior de canal Entonces, para los 5MHz asignados en el cuadro (1940~1945 MHz) y un espaciamiento entre canales de 1.0MHz, aplicando la fórmula tendremos: Tabla 4.8 Ejemplo de canalización de GSM 1800 Canal RX en BTS TX en BTS (RX + 80) MHz 1941 MHz MHz 1942 MHz MHz 1943 MHz MHz 1944 MHz De igual forma se realiza el cálculo de los canales restantes de acuerdo a la banda de frecuencia asignada.

10 370 UMTS (WCDMA, FDD) La banda a utilizar para efectos de comparación es la denominada «Banda II» que debe trabajar en los siguientes rangos de frecuencia: - De 1850 MHz a 1910 MHz, el móvil transmite y la estación base recibe. - De 1930 MHz a 1990 MHz, el móvil recibe y la estación base transmite. La separación entre las frecuencias de Transmisión y Recepción para la banda II debe ser de 80 MHz. Para el funcionamiento de UMTS en modo de operación FDD con una portadora de 5 MHz la fórmula utilizada para el cálculo de los canales de trabajo de acuerdo a TS es la siguiente: Tabla 4.9 Fórmula para canalización en base a TS Uplink Nu 5 Ful Fuloffset Downlink Nd 5 Fdl Fdloffset Ful = , , , , , , , , , , , Fdl = , , , , , , , , , , , Ful Offset Fdl Offset En donde, Nu=Número de canal para uplink Nd=Número de canal para downlink

11 371 Nul o Ndl Offset=Valor de frecuencia de desplazamiento para una separación de 5 MHz. Ful=Frecuencias centrales para portadoras en dirección uplink Fdl=Frecuencias centrales para portadoras en dirección downlink Entonces, sí tomamos del cuadro de asignación de frecuencias a utilizar, la porción de 15 MHz asignados (1870~1885MHz para separación) y un espaciamiento entre canales de 5.0 MHz, de los valores Ful tendremos: Tabla 4.10 Ejemplo de canalización de UMTS. Nº Canal Uplink Frecuencia portadora Central MHz MHz MHz Parámetros Complementarios y Evaluación del Enlace. Parámetros Complementarios Para desarrollar la simulación de las coberturas se deben establecer parámetros de trabajo y condiciones de propagación, tanto en la transmisión de las estaciones base como en la recepción de los equipos de usuarios.

12 372 Tabla 4.11 Perfil de usuario Parámetros GSM / GPRS WCDMA, FDD Tipo de Área Rural Semi urbana Rural Semi urbana Tipo de Servicio Datos en tiempo real Datos en tiempo real Tasa de transferencia, servicio de voz Tasa de transferencia, servicio de datos 12.2 Kbps 12.2 Kbps 60 Kbps 144 Kbps Velocidad pedestre y vehicular (<50Km/h) pedestre y vehicular (<50Km/h) Modelo Propagación, atenuación en el espacio libre Modelo Propagación, propagación por difracción UIT-R P.525 UIT-R P.525 UIT-R P.526 UIT-R P.526 Modelo de Propagación para la Evaluación del Enlace. Atenuación en el Espacio Libre (UIT-R P.525) Para este caso se consideran dos tipos; el enlace punto a zona y el enlace punto a punto. Enlace Punto a Zona En el caso de un solo transmisor que dé servicio a varios receptores distribuidos al azar (radiodifusión, servicio móvil), se calcula el campo en un punto situado a una cierta distancia del transmisor mediante la siguiente relación:

13 p e (4.2) d En donde, «e» intensidad de campo eficaz V/m, «p» es la potencia isotrópica radiada equivalente (EIRP) hacia el punto considerado en Watts, y «d» es la distancia del transmisor al punto considerado en metros. Enlaces punto a punto Cuando se trata de un enlace punto a punto, es preferible calcular la atenuación en el espacio libre entre antenas isótropas, denominada también pérdida básica de transmisión en el espacio libre (símbolos: Lbf o A0) de la manera siguiente: 4 d Lbf 20log db (4.3) En donde, Lbf es la pérdida básica de transmisión en el espacio libre, «d» es la distancia, «λ» es la longitud de onda, las dos últimas se expresan en las mismas unidades. La ecuación anterior puede escribirse en función de la frecuencia en lugar de la longitud de onda, obteniendo: Lbf log f 20 log d db (4.4) En donde, «f» es la frecuencia en MHz y «d» es la distancia en Km. Propagación por Difracción (UIT-R P.526) La difracción de las ondas radioeléctricas sobre la superficie de la Tierra se ve afectada por las irregularidades del terreno. Aunque la difracción se produce

14 374 únicamente por la superficie del suelo u otros obstáculos, para evaluar los parámetros geométricos situados en el plano vertical del trayecto (ángulo de difracción, radio de curvatura, altura del obstáculo) ha de tenerse en cuenta la refracción media de la atmósfera en el trayecto. Para ello, se traza el perfil del trayecto con el radio ficticio de la Tierra que convenga (Recomendación UIT-R P.834). De no disponerse de otras indicaciones, se puede tomar un radio ficticio de la Tierra de 8,500Km. Elipsoides de Fresnel y Zonas de Fresnel. Al estudiar la propagación de las ondas radioeléctricas entre dos puntos A y B, el espacio correspondiente puede subdividirse en una familia de elipsoides, llamados elipsoides de Fresnel, todos con sus focos en los puntos A y B, de manera que cualquier punto M de uno de esos elipsoides satisface la relación: AM MB AB n 2 (4.5) Donde «n» es un número entero que caracteriza el elipsoide correspondiente, n=1 corresponde al primer elipsoide de Fresnel, n=2 al segundo y así sucesivamente; «λ» es la longitud de onda. A efectos prácticos se considera que la propagación se efectúa con visibilidad directa, es decir, con fenómenos de difracción despreciables, si no existe ningún obstáculo dentro del primer elipsoide de Fresnel. El radio de un elipsoide, en un punto situado entre el transmisor y el receptor, puede tener un valor aproximado, en unidades coherentes, de: n d1 d2 Rn d1 d2 1/2 (4.6)

15 375 o, en unidades prácticas: n d1 d2 Rn 550 f d1 d2 1/2 (4.7) Donde «f» es la frecuencia (MHz), «d1» y «d2» son las distancias (Km) desde el transmisor y desde el receptor al punto en que se evalúa el radio (m) del elipsoide. Para ciertos problemas hay que tener en cuenta las zonas de Fresnel, que son las zonas obtenidas tomando la intersección de una familia de elipsoides con un plano. La zona de orden n es la parte comprendida entre las curvas obtenidas con los elipsoides n y n 1, respectivamente Criterios para la Selección de Parámetros de las Estaciones Base Nombre de Estación: - Queda a opción del planificador de red y la conveniencia para efectos de monitoreo y mantenimiento de los sitios. Ubicación GPS (Longitud y Latitud [DEG º]): - Ubicar las BS en las áreas más pobladas o con mayor volumen de tráfico (aeropuerto, montañas, playas entre otras). - Tipo de célula (macro, micro o pico) dependiente del tipo de área (urbana, sub-urbana, rural, bosques o costa). - Accesibilidad a los puntos de transmisión y condiciones adecuadas para el área civil y el área eléctrica.

16 376 - La topología de red y mecanismos de conexión con el RNC. - Número de BS para una cobertura específica vs. Factibilidad Económica. Altura Antena (m): - Morfología y tipo de terreno. - Densidad de potencia radia por la BS. - Alcance del objetivo de cobertura. - Limitaciones debido a las pérdidas por «branching» Se determina a través de la recomendación UIT-R P Potencia Radiada (W): - Dependiente de las especificaciones técnicas de los equipos y antenas. - Reducción de las áreas de interferencia y garantizar los procedimientos de SHO. - Aislamiento necesario para garantizar la interoperabilidad entre sistemas. Ancho de Banda (BW) Tx/Rx (KHz) - Depende de la tecnología y del modo de operación a utilizar. 5MHz para WCDMA en modo FDD y 1.88 MHz para WCDMA modo FDD. 58 El circuito de branching es aquel que direcciona la señal radioeléctrica mediante circuladores, duplexores y filtros, a la salida del transmisor y a la entrada del receptor y que luego se transporta hacia el alimentador de antena mediante un cable coaxial o una guía de ondas.

17 377 Azimuth ( ) - Depende del número de sectores instalados y la separación óptima entre ellos para evitar interferencias. - Modelo de cobertura, por ejemplo: sectorial 3 ó 6 antenas u omnidireccional. - Ubicación de la población objetivo. Altura Antena RX (m) - Es un valor predeterminado, relacionado con la altura promedio de los suscriptores. - Se puede establecer a través de la recomendación UIT-R P , con un valor máximo de 10 metros sobre el nivel del suelo. Modelo de Propagación (PRM) - Relacionado a los estándares de la UIT-R para servicios móviles terrenales: P , P , P y P Los cuales especifican dos tipos de conexiones, punto a punto o multipunto a zona. - Generalmente, la aplicabilidad de los modelos depende de factores como la morfología y el tipo de área. Frecuencia de TX (MHz) - Las bandas de operación para los servicios de 3G, móviles terrenales, están estandarizadas por la UIT y se pueden encontrar en la recomendación UIT-R M

18 378 - La asignación específica de las bandas a utilizar por UMTS en cada país, dependen del Ente Regulador, en El Salvador es SIGET quien determina las frecuencias de operación a través del CNAF. - Se necesita realizar la canalización de acuerdo a la banda de frecuencia a utilizar, la cual se puede encontrar en la TS de 3GPP. - Ésta también dependerá del modo de operación para WCDMA. Frecuencia de RX (MHz) - Depende de la separación entre canales de acuerdo con la banda de frecuencia asignada. - Y todos los utilizados en la Frecuencia de TX. Potencia Nominal (W) - Especificación de potencia del equipo de transmisión. - Relacionada con el tipo de célula (macro, micro o pico). - Alcance del objetivo de cobertura. Ganancia de Antena TX/RX (db) - Esta en función del tipo, modelo y especificación técnica brindada por el proveedor. Pérdidas en TX (db) - Hace referencia a la suma de las pérdidas de todos los elementos interconectados entre el equipo transmisor y la antena.

19 379 - También a la suma de todas las pérdidas por propagación desde la antena hasta el equipo receptor. - Pérdidas en Rx (db). - Incluye la suma de las pérdidas de todos los elementos interconectados entre la antena y el equipo receptor. Umbral 10-3 (dbm) y 10-6 (dbm) - Especifican los umbrales de potencia recibidos relacionados a la disponibilidad y calidad de un sistema. - Para requisitos de calidad la tasa de bits errados debe estar entre 10-3 ~10-6, en donde el último valor representa el mejor requerimiento y por tanto, un mayor nivel de potencia. Tilt de Las Antenas ( ) - Relacionada a la ubicación de la BS. - Depende del tipo de antena (eléctrico o mecánico). - Tamaño o posición del lóbulo principal para enfocar la cobertura en un sitio específico y obtener mayor penetración. Tipo de Señal - Depende de la tecnología 3G a utilizar.

20 380 Técnica de Modulación (MOD) - Depende del tipo de servicio, del nivel de señal de conexión y de la dirección del enlace (Uplink o Downlink). Ubicación de sectores de BS - Referido al incremento en la ganancia alcanzada en los enlaces Uplink y Downlink, incluyendo el ancho de haz. (Ver tabla 4.12) - Estimar el área de cobertura del rango de una célula por medio de la ecuación 4.8. Área de cobertura 2 K r (4.8) En donde K es el coeficiente dependiente de la sectorización y r es el radio de la célula. (Los valores de K se muestran en la tabla 4.13) Tabla 4.12 Ganancias de sectorización Número de sectores Ancho de haz horizontal Ganancia por sectorización Uplink Downlink 1 Omni º º º

21 381 Tabla 4.13 Valores del coeficiente K Configuración de Sitio omni 2 sectores 3 sectores 6 sectores Valor de «K» Ubicación y Configuración Preliminar de Estaciones Base La ubicación preliminar de las BTS (20 en total) se realizará utilizando como base el modelo de telefonía móvil GSM en la banda de 1800~1900 MHz para el departamento de La Paz, el cual fue inscrito en la SIGET con fecha 31 de Marzo de 2006 por un operador de telefonía móvil. De la información técnica presentada se utilizarán los parámetros: potencia nominal de la BS, ubicación geográfica y altura de antenas, los cuales cumplen con los criterios para la selección de parámetros de la BS. Tomando como referencia el tipo y la extensión de área a cubrir, la concentración del tráfico de los servicios y los usuarios potenciales. Para la configuración, se han seleccionado los parámetros de las tecnologías de conformidad con los utilizados actualmente en el país (TDMA y WCDMA). Se ha realizado la evaluación del enlace tomando en consideración la potencia nominal de los equipos, los parámetros de sensibilidad especificados por los estándares y las especificaciones técnicas de los cables y las antenas. Además, los sitios se han configurado en base al modelo hexagonal, utilizando tres sectores con una separación de 120º. Al mismo tiempo, se ha desarrollado la canalización para la banda de frecuencia en base a las especificaciones técnicas de ETSI y 3GPP, todos los parámetros han sido establecidos en cumpliento con los criterios de selección.

22 382 Para la ubicación y configuración inicial de Nodos B, se utilizarán algunos parámetros de las BTS (ubicación, potencia nominal y altura de antena) y los parámetros propios asociados a la tecnología WCDMA. Figura 4.1 Ubicación de Estaciones Base con 3 sectores.

23 Tabla 4.14 Ubicación y configuración preliminar de las BTS BTS Altura (m) Potencia (W) Latitud (DEG) Longitud (DEG) Uplink (MHz) Downlink (MHz) Aereopuerto Aereopuerto de El Salvador Costa del Sol I Costa del Sol II Costa del Sol III Las Isletas Olocuilta Nuevo San Antonio Masahuat San Juan Nonualco San Juan Talpa

24 384 San Luis Talpa San Pedro Masahuat San Rafael Obrajuelo Santiago Nonualco San Juan Tepezontes Zacatecoluca Zacatecoluca Norte San Luis la Herradura Ichanmichen La Carbonera Verapaz

25 Tabla 4.15 Ubicación y configuración preliminar de Nodos B. NODO B Altura (m) Potencia (W) Latitud DEG Longitud DEG Uplink (MHz) Downlink (MHz) Aereopuerto Aereopuerto de El Salvador Costa del Sol I Costa del Sol II Costa del Sol III Las Isletas Olocuilta Nuevo San Antonio Masahuat San Juan Nonualco San Juan Talpa

26 386 San Luis Talpa San Pedro Masahuat San Rafael Obrajuelo Santiago Nonualco San Juan Tepezontes Zacatecoluca Zacatecoluca Norte San Luis la Herradura Ichanmichen La Carbonera Verapaz

27 Topología de Conexión Para la conexión de las diferentes estaciones base se utilizará una topología de conexión en estrella que posee una fiabilidad muy alta, ya que si existen problemas de conexión con una célula, sólo ella quedará aislada. Este tipo de conexión se puede optimizar a través de enlaces (microondas y fibra óptica entre otros), utilizados como respaldo. Posee una mayor expansión, su mantenimiento es sencillo y se aplica cuando las células están cerca una de otras. La elección de la topología de conexión a utilizar se ha realizado en base a lo expuesto en el capitulo 3, sección (Figura 3.6). 4.3 FASE DE PLANEACIÓN. Después de obtener los requerimientos iniciales: delimitación del área geográfica a servir, número de BS, modelos de propagación, configuración y ubicación preliminar de las estaciones base; se realizará la simulación de cobertura preliminar, los ajustes del sistema y la comparación de las tecnologías GSM y UMTS a través de la herramienta de planeación ICS Telecom para un nivel mínimo de intensidad de campo de 51dBμV/m equivalentes a 92dBm Planeación de Cobertura Configuración de parámetros en la herramienta ICS Telecom En las siguientes imágenes se muestra un ejemplo de configuración de la estación base (BTS) ubicada en el municipio de Olocuilta.

28 388 Figura 4.2 Ventana de Configuración de Parámetros (General 1 de 5) En la ventana anterior se muestran los parámetros generales de transmisión relacionados a la BTS como: la potencia, pérdidas por cables, altura de antena y tecnología de acceso entre otros.

29 389 Figura 4.3 Ventana de Configuración de Parámetros (Patrón 2 de 5) En esta ventana se realizan las configuraciones del tipo de antena, patrón de radiación, azimuth, tilt, entre otros.

30 390 Figura 4.4 Ventana de Configuración de Parámetros (Canales 3 de 5) En esta ventana se seleccionan los canales y las frecuencias de transmisión y recepción para GSM, como la separación entre frecuencias de TX y RX.

31 391 Figura 4.5 Ventana de Configuración de Parámetros (Sitio 4 de 5) En esta ventana se configuran las coordenadas geográficas (grados, minutos y segundos) para la ubicación física de la estación base.

32 392 Figura 4.6 Ventana de Configuración de Parámetros (Avanzado 5 de 5) En la ventana anterior se realizan configuraciones relacionadas con la tecnología GSM como el piso de ruido, umbral de cobertura. También opciones relacionadas con la disponibilidad del servicio y la actividad de tráfico.

33 393 Figura 4.7 Configuración del Modelo de Propagación En la ventana anterior se realiza la selección del modelo de propagación y otros factores que influyen en las condiciones del trayecto radio eléctrico.

34 Simulación de cobertura preliminar. Figura 4.8 Diagrama de cobertura de TX, con tres sectores y separación mínima de 120º En la figura anterior se observa que la cobertura excede el límite del área de servicio; existen lobulos que radían sobre áreas que no necesitan ser atendidas, las áreas dominantes se traslapan cubriendo la misma zona. Por tanto, se desarrollo un proceso iterativo para alcanzar el ajuste necesario de los sistemas, realizando modificaciones como: ajuste de potencia, debido a los modelos de propagación a utilizar para ésta simulación; azimuth, para orientar el lóbulo principal sobre el área objetivo a servir; tilts entre 3º y 8º en algunos casos, obteniendo una mayor pentración que mejora la calidad de la señal recibida y

35 395 número de sectores, para optimizar los recursos económicos. En la siguiente figura se muestran los resultados de los ajustes realizados. Figura 4.9 Ajustes realizados a las estaciones base sobre el departamento de La Paz Una vez realizados los ajustes, se procede a realizar la simulación de cobertura para cada uno de los sistemas (GSM y UMTS), detallando la configuración de todos los parámetros para las BS y los porcentajes de cobertura por cada sistema.

36 396 Cobertura de red GSM 1800 MHz La figura 4.10 muestra los diferentes niveles de cobertura para un valor mínimo de intensidad de campo (recepción) de 51dBμV/m, después de realizar los ajustes necesarios en cada una de las estaciones base. Figura 4.10 Cobertura de red GSM 1800MHz Las tablas 4.16 y 4.17 muestran la configuración, ubicación y parametrización utilizada para las diferentes estaciones bases.

37 Tabla 4.16 Configuración detallada con los parámetros de las BTS Nombre de Estación Longitud (DEG º) Latitud (DEG º) Altura Antena (m) Potencia Radiada (W) BW Tx/Rx (KHz) Azimuth ( ) Altura Antena Rx (m) Modelo (PRM) Aereop ITU526 Aereop ITU526 Aereop ITU526 AereopES ITU526 Aereopuert ITU526 CSol ITU526 CSol ITU526 CSol ITU526 CSol ITU526 CSol ITU

38 398 CSol ITU526 Ichanm ITU526 Ichanmiche ITU526 LasIsl ITU526 LasIsletas ITU526 LCarbo ITU526 LCarbonera ITU526 Olocui ITU526 Olocuilta ITU526 SantiN ITU526 SantiNonua ITU526 SAntMa ITU526 SAntMa ITU526 SAntMashua ITU526

39 SJuanN ITU526 SJuanNonua ITU526 SJuanT ITU526 SJuanT ITU526 SJuanTalpa ITU526 SJuanTepez ITU526 SLuisH ITU526 SLuisHerra ITU526 SLuisT ITU526 SLuisT ITU526 SLuisTalpa ITU526 SPedro ITU526 SPedro ITU526 SPedroMasa ITU

40 400 SRafaO ITU526 SRafaO ITU526 SRafaObraj ITU526 Zacate ITU526 Zacate ITU526 Zacate ITU526 Zacatecolu ITU526 Tabla 4.17 Configuración detallada con los parámetros de las BTS (Continuación) Nombre de Estación Frec. TX MHz Frec. RX MHz Potencia Nominal (W) TX/RX Ganancia Antena (db) Perdidas Tx (db) Perdidas Rx (db) Umbral 10-3 (dbm) Umbral 10-6 (dbm) Tilt ( ) Señal MOD Aereop GSM GMSK Aereop GSM GMSK Aereop GSM GMSK AereopES GSM GMSK

41 Aereopuert GSM GMSK CSol GSM GMSK CSol GSM GMSK CSol GSM GMSK CSol GSM GMSK CSol GSM GMSK CSol GSM GMSK Ichanm GSM GMSK Ichanmiche GSM GMSK LasIsl GSM GMSK LasIsletas GSM GMSK LCarbo GSM GMSK LCarbonera GSM GMSK Olocui GSM GMSK 401

42 402 Olocuilta GSM GMSK SantiN GSM GMSK SantiNonua GSM GMSK SAntMa GSM GMSK SAntMa GSM GMSK SAntMashua GSM GMSK SJuanN GSM GMSK SJuanNonua GSM GMSK SJuanT GSM GMSK SJuanT GSM GMSK SJuanTalpa GSM GMSK SJuanTepez GSM GMSK SLuisH GSM GMSK SLuisHerra GSM GMSK SLuisT GSM GMSK

43 SLuisT GSM GMSK SLuisTalpa GSM GMSK SPedro GSM GMSK SPedro GSM GMSK SPedroMasa GSM GMSK SRafaO GSM GMSK SRafaO GSM GMSK SRafaObraj GSM GMSK Zacate GSM GMSK Zacate GSM GMSK Zacate GSM GMSK Zacatecolu GSM GMSK 403

44 404 El porcentaje de territorio cubierto con la configuración y ubicación final de las BTS se presenta en la siguiente tabla. Tabla 4.18 Porcentajes de cobertura para GSM 1800MHz. Capa de Clutter 59 Superficie (km2) Superficie Cubierta (km2) Porcentaje Cubierto (%) Altitud Promedio (msnm) Altitud Promedio Cubierta (m) Zona Rural Zona Urbana Bosque Agua Total Cobertura de red UMTS 1800 MHz La Figura 4.11 muestra los diferentes niveles de cobertura para un valor mínimo de intensidad de campo (recepción) de 51dBμV/m, después de realizar los ajustes necesarios en cada una de los Nodos B. Las tablas 4.19 y 4.20 muestra la configuración, ubicación utilizada para las diferentes estaciones bases. y parametrización 59 En teoría de las comunicaciones, antenas y radares, se define como el ruido provocado por los ecos o reflexiones, en elementos ajenos al sistema (montañas, superficie del mar, etc.), que hacen que la SNR no sea la propicia en un sistema.

45 Figura 4.11 Cobertura UMTS 1800MHz 405

46 406 Tabla 4.19 Configuración detallada con los parámetros de los Nodos B Nombre de Estación Longitud (º) Latitud (º) Altura Antenna (m) Potencia Radiada (W) BW Tx/Rx (KHz) Azimuth ( ) Altura Antena Rx (m) Modelo (PRM) Aereop ITU526 Aereop ITU526 Aereop ITU526 Aereopuer ITU526 Aereopuert ITU526 CostaS ITU526 CostaS ITU526 CostaS ITU526 CostaS ITU526 CostaS ITU526 CostaS ITU526

47 Ichanm ITU526 Ichanmiche ITU526 LasIsl ITU526 LasIsletas ITU526 LCarbo ITU526 LCarbonera ITU526 Olocui ITU526 Olocuilta ITU526 SantiN ITU526 SantiNonua ITU526 SAntoM ITU526 SAntoM ITU526 SAntoMasah ITU526 SJuanN ITU

48 408 SJuanNona ITU526 SJuanT ITU526 SJuanT ITU526 SJuanTalpa ITU526 SJuanTepe ITU526 SLuisH ITU526 SLuisHerra ITU526 SLuisT ITU526 SLuisT ITU526 SLuisTalpa ITU526 SPedro ITU526 SPedro ITU526 SPedroMasa ITU526 SRafaO ITU526

49 SRafaO ITU526 SRafaObra ITU526 Zacate ITU526 Zacate ITU526 Zacateco ITU526 Zacateco ITU526 Tabla 4.20 Configuración detallada con los parámetros de los Nodos B (Continuación) Nombre de Estación Frec. TX (MHz) Frec. RX (MHz) Potencia Nominal (W) Tx/Rx Ganancia Antena (db) Perdidas TX (db) Perdidas Rx (db) Umbral 10-3 (dbm) Umbral 10-6 (dbm) Tilt ( ) Señal MOD Aereop WCDMA FDD QPSK Aereop WCDMA FDD QPSK Aereop WCDMA FDD QPSK 409

50 410 Aereopuer WCDMA FDD QPSK Aereopuert WCDMA FDD QPSK CostaS WCDMA FDD QPSK CostaS WCDMA FDD QPSK CostaS WCDMA FDD QPSK CostaS WCDMA FDD QPSK CostaS WCDMA FDD QPSK CostaS WCDMA FDD QPSK Ichanm WCDMA FDD QPSK Ichanmiche WCDMA FDD QPSK LasIsl WCDMA FDD QPSK LasIsletas WCDMA FDD QPSK LCarbo WCDMA FDD QPSK LCarbonera WCDMA FDD QPSK Olocui WCDMA FDD QPSK

51 Olocuilta WCDMA FDD QPSK SantiN WCDMA FDD QPSK SantiNonua WCDMA FDD QPSK SAntoM WCDMA FDD QPSK SAntoM WCDMA FDD QPSK SAntoMasah WCDMA FDD QPSK SJuanN WCDMA FDD QPSK SJuanNona WCDMA FDD QPSK SJuanT WCDMA FDD QPSK SJuanT WCDMA FDD QPSK SJuanTalpa WCDMA FDD QPSK SJuanTepe WCDMA FDD QPSK SLuisH WCDMA FDD QPSK SLuisHerra WCDMA FDD QPSK 411

52 412 SLuisT WCDMA FDD QPSK SLuisT WCDMA FDD QPSK SLuisTalpa WCDMA FDD QPSK SPedro WCDMA FDD QPSK SPedro WCDMA FDD QPSK SPedroMasa WCDMA FDD QPSK SRafaO WCDMA FDD QPSK SRafaO WCDMA FDD QPSK SRafaObra WCDMA FDD QPSK Zacate WCDMA FDD QPSK Zacate WCDMA FDD QPSK Zacateco WCDMA FDD QPSK Zacateco WCDMA FDD QPSK

53 413 El porcentaje de territorio cubierto con la configuración y ubicación final de los Nodos B se presenta en la siguiente tabla. Tabla 4.21 Porcentajes de cobertura para UMTS 1800MHz. Capa de Clutter Superficie (km2) Superficie Cubierta (km2) Porcentaje Cubierto (%) Altitud Promedio (msnm) Altitud Promedio Cubierta (m) Zona Rural Zona Urbana Bosques Agua Total PLANEACIÓN DETALLADA Comparación de Cobertura de las redes GSM y UMTS 1800 MHz para servicios de Voz. Nivel de Referencia GSM 1800 En base a la especificación técnica TS05.05 versión de 3GPP, el nivel de referencia de sensibilidad para una estación móvil clase 1 ó 2 operando en la banda de 1800MHz y con modulación GMSK es de 100/ 102dBm, por lo que se realizará la simulación tomando como base el valor de 100dBm.

54 414 Nivel de Referencia UMTS 1800 En el caso de UMTS para encontrar la potencia del nivel de referencia requerido se debe hacer uso de una fórmula para el cálculo de la sensibilidad del receptor y al mismo tiempo de la recomendación ITU-R M.1225 para componentes terrenales de donde se obtiene la siguiente tabla de valores estandarizados: l i k (4.9) En donde, «l» es el nivel de señal requerida por el receptor; «i» es la potencia de ruido recibida y «k» el la relación Ec/Io requerida. Tabla 4.22 Tabla de valores estandarizados para servicio de voz Id. Elemento Valor Descripción f Densidad de Ruido Térmico dBm/Hz Es la densidad de ruido por Hertz a la entrada del receptor. g Figura de Ruido recibida 8.00dB El factor de ruido del sistema de recepción con referencia a la entrada del receptor. h Densidad de ruido en el receptor dBm/Hz h = f + g i Potencia de ruido en el receptor dBm i = 10 log 10 (W) + h; en donde W = Hz j Margen de Interferencia k Relación Ec/Io Requerida 10dB 6.85dB j = 10 log 10 [1 /1 (NR/100)], en donde NR =90 % k = 10 log 10 [Eb/No / (W/R)] j, en donde Eb/No = 6.5 db l Potencia de Señal Requerida --- dbm l = i + k

55 415 Resolviendo entonces, para la sensibilidad del receptor con modulación QPSK y para un servicio de voz de 12.2 Kbps tendremos: l i k dbm 6.85 db 107dBm Con los valores de la potencia de señal requerida para un servicio de voz en la tecnología UMTS y GSM, se procederá a comparar las diferencias en la cobertura de manera visual en la figura 4.12, y las tablas 4.23 y 4.24 presentan los porcentajes de cobertura resultantes. Tabla 4.23 Porcentajes de cobertura GSM para un Servicio de Voz Código Clutter Superficie (Km 2 ) Superficie Cubierta (Km 2 ) % Cubierto Rural Urbano Bosques Tabla 4.24 Porcentajes de cobertura WCDMA para un Servicio de Voz Código Clutter Superficie (Km 2 ) Superficie Cubierta (Km 2 ) % Cubierto Rural Urbano Bosques

56 416 Figura 4.12 Comparación de los mapas de cobertura de GSM y UMTS para un servicio de voz Cobertura GSM para un servicio de Voz con un nivel de sensibilidad de receptor de 100dBm Cobertura WCDMA para un servicio de Voz con un nivel de sensibilidad de receptor de 106 dbm.

57 417 La definición de las áreas urbanas, rurales, y bosques pertenecientes al departamento de La Paz, se encuentran en el mapa de «clutter» que se muestra en la figura Figura 4.13 Mapa de clutter

58 418 Análisis para el Servicio de Voz De acuerdo a la figura 4.14 de las coberturas de ambos sistemas y a los datos obtenidos en el análisis de cobertura presentado en las tablas 4.21 y 4.22 se pueden obtener los siguientes resultados: - Existe una diferencia entre los niveles teóricos de potencia en la señal requerida para establecer una conexión con los usuarios entre los sistemas GSM y UMTS para un servicio de voz, la cual corresponde a 5dBm; que representa la necesidad de GSM del doble de potencia (6dBm) para establecer el servicio, siendo UMTS el estándar con mayor sensibilidad o menor requerimiento al momento de realizar una conexión en el sentido downlink. - Con respecto a las gráficas de cobertura, no se observan diferencias significativas en el contorno del departamento de La Paz, poseen las mismas zonas cubiertas con niveles de intensidad de campo similares y al mismo tiempo, pequeñas zonas sin cobertura debido a la morfología del terreno. Sin embargo, un mayor nivel de sensibilidad (UMTS de 107 dbm) se puede inferir como un mayor alcance de cobertura fuera de los límites establecidos del departamento en cuestión o como una mayor área de traslape. - Para finalizar, los resultados presentan a través de las tablas comparativas una relación de porcentajes de cobertura de ambos sistemas en las capas de clutter con que se cuentan; siendo la tecnología UMTS la que posee porcentajes de 1.5% mayor en el área rural que corresponde a 9.6Km 2, 1.78% mayor en el área de bosques que corresponde a 8.6Km 2, mientras que en área urbana ambos sistemas cubren el 100% correspondiente a 11,8375Km 2.

59 Comparación de Cobertura de las Redes GSM y UMTS 1800MHz para servicios de Datos. Nivel de Referencia GSM 1800 De acuerdo a la especificación técnica TS versión de 3GPP, el nivel de referencia de sensibilidad para una estación móvil clase 1 operando en la banda de 1800 MHz con modulación 8-PSK en condiciones de propagación estática y bajo el esquema MCS-9 requiere un nivel de recepción de 86dBm para obtener una velocidad de transferencia de datos de 60Kbps. Nivel de Referencia UMTS 1800 Para encontrar la potencia del nivel de referencia requerida en UMTS se debe hacer uso de la fórmula utilizada anteriormente para el servicio de voz (Ecuación 4.8). Solo que esta vez para un servicio de transmisión de datos en tiempo real con una velocidad de transferencia de 144 Kbps, que sería requerida para un servicio de video-llamada. Tabla 4.25 Tabla de valores estandarizados para servicio de datos Id. Elemento Valor Descripción f Densidad de Ruido Térmico dBm/Hz Es la densidad de ruido por Hertz a la entrada del receptor. g Figura de Ruido recibida 8.00dB El factor de ruido del sistema de recepción con referencia a la entrada del receptor. h Densidad de ruido dBm/Hz h = f + g

60 420 en el receptor i Potencia de ruido en el receptor dBm i = 10 log 10 (W) + h; en donde W = Hz j Margen de Interferencia k Relación Ec/Io Requerida 10dB 2.73dB j = 10 log 10 [1 /1 (NR/100)], en donde NR =90 % k = 10 log 10 [Eb/No / (W/R)] j, en donde Eb/No = 6.5 db l Potencia de Señal Requerida --- dbm l = i + k Resolviendo entonces, para la sensibilidad del receptor con modulación QPSK y para un servicio de datos de 144 Kbps tendremos: l i k dbm 2.73dB 97dBm Con los valores de la potencia de señal requerida para un servicio de datos en la tecnología UMTS y GSM, se procederá a comparar las diferencias en la cobertura de manera visual en la figura 4.14 y las tablas 4.26 y 4.27 presentan los porcentajes de cobertura resultantes.

61 Figura 4.14 Comparación de los mapas de cobertura de GSM y UMTS para un servicio de datos Cobertura GSM para un servicio de Datos con un nivel de sensibilidad de receptor de 86 dbm. Cobertura WCDMA para un servicio de datos con un nivel de sensibilidad de receptor de 95dBm. 421

62 422 Tabla 4.26 Porcentajes de cobertura GSM para un Servicio de Datos a 60Kbps Código Clutter Superficie (Km 2 ) Superficie Cubierta (Km 2 ) % Cubierto Rural Urbano Bosques Tabla 4.27 Porcentajes de cobertura UMTS para un Servicio de Datos a 144Kbps Código Clutter Superficie (Km 2 ) Superficie Cubierta (Km 2 ) % Cubierto Rural Urbano Bosques Análisis para el Servicio de Datos De acuerdo a la figura 4.14 de las coberturas de ambos sistemas y a los datos obtenidos en el análisis de cobertura presentado en las tablas 4.26 y 4.27 se pueden obtener los siguientes resultados: - Existe una diferencia muy considerable entre los niveles teóricos de potencia en la señal requerida para establecer una conexión con los usuarios entre los sistemas GSM y UMTS para un servicio de datos, la cual corresponde a 11dBm; que representa la necesidad de GSM de diez veces más potencia para establecer dicho servicio, siendo UMTS el estándar con mayor sensibilidad o menor requerimiento al momento de realizar una conexión en el sentido downlink. Es necesario recalcar que se han

63 423 seleccionado servicios de datos en tiempo real y que existe una diferencia de velocidad de conexión de 60Kbps para GSM y 144Kbps para UMTS. - Con respecto a las gráficas de cobertura, sí se observan diferencias significativas tanto en el color de los niveles de intensidad de campo como cerca del contorno del departamento de La Paz, lo que no varía son las pequeñas zonas sin cobertura debido a la morfología del terreno. Con ello se entiende que el área de GSM para el establecimiento del servicio de datos se ha visto reducida en cierta proporción y que cerca de los bordes o límites del departamento existe la probabilidad de no obtener una conexión o de perder la señal durante el desplazamiento del teléfono móvil. Mientras que el área de cobertura de UMTS posee menos zonas azules las cuales representan el nivel mínimo de potencia requerida por la conexión para establecer el servicio. - Si se comparan los porcentajes de cobertura de ambos sistemas presentados en las tablas y con las capas de clutter con que se cuenta; sigue siendo la tecnología UMTS la que posee mejores porcentajes: 5.2% mayor en el área rural que corresponde a 33.4Km 2, 4.9% mayor en el área de bosques que corresponde a 23.8Km 2 y en el área urbana 0.23% mayor que corresponde a 0.03Km 2 lo cual no es muy significativo.