INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

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1 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA ANÁLISIS DE LOS PARÁMETROS CPICH, RSCP Y Ec/Io EN REDES 3G TESIS QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA P R E S E N T A LETICIA CANO OSORNIO ASESOR: M. EN C. SERGIO VIDAL BELTRÁN MÉXICO, D.F. 2014

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3 DEDICATORIA Quiero dedicarle el presente trabajo a mi padre que me acompaño y ayudo a la realización de las mediciones.

4 ÍNDICE ÍNDICE... I ÍNDICE DE FIGURAS... V ÍNDICE DE TABLAS... VII OBJETIVO... VIII INTRODUCCIÓN... IX 1 EVOLUCIÓN DE LOS SISTEMAS MÓVILES CONCEPTO CELULAR TIPOS DE CÉLULAS MACROCÉLULAS MICROCÉLULAS PICOCÉLULAS FEMTOCÉLULAS HANDOVER ENTRE CÉLULAS FUNCIONAMIENTO ESQUEMAS DE ACCESO MULTIPLE FDMA TDMA CDMA OFDMA GENERACIÓN DE LA TELEFONÍA CELULAR PRIMERA GENERACIÓN (1G) SEGUNDA GENERACIÓN (2G) GSM IS-54 TDMA PDC IS-95 CDMAONE I

5 1.3.3 GENERACIÓN 2.5 (2.5G) HSCSD GPRS EDGE TERCERA GENERACIÓN (3G) CUARTA GENERACIÓN (4G) FUNDAMENTOS DE WCDMA CARACTERISTICAS GPP (3rd GENERATION PARTNERSHIP PROJECT; ASOCIACIÓN DE PROYECTOS DE 3ª GENERACIÓN) BANDAS DE OPERACIÓN MODOS DE OPERACIÓN MODO DE OPERACIÓN TDD MODO DE OPERCIÓN FDD ENSANCHADO (SPREADING) Y DESENSANCHADO (DESPREADING) PARA WCDMA CÓDIGO DE ENSANCHAMIENTO (SPREADING CODE) FACTOR DE ENSANCHAMIENTO MODULACIÓN QAM (QUADRATURE AMPLITUDE MODULATION; MODULACIÓN POR AMPLITUD EN CUADRATURA) PSK (PHASE SHIFT KEYING; MODULACIÓN POR DESVIACIÓN DE FASE) BPSK (BINARY PHASE SHIFT KEYING; MODULACIÓN POR DESVIACIÓN DE FASE BINARIA) QPSK (QUADRATURE PHASE SHIFT KEYING; MODULACIÓN POR DESVIACIÓN DE FASE CUATERNARIA) ESTRUCTURA DE LA TRAMA ARQUITECTURA DE LA RED TERRESTRE UMTS CN (CORE NETWORK; RED PRINCIPAL) MSC (MOBILE SWITHING CENTER; CENTRO DE CONMUTACIÓN MÓVIL) GMSC (Gateway MSC) HLR (HOME LOCATION REGISTER; REGISTRO DE UBICACIÓN BASE) 29 II

6 VLR (VISITOR LOCATION REGISTER; REGISTRO DE UBICACIÓN DE VISITANTE) SGSN (SERVING GPRS SUPPORT NODE; NODO DE APOYO GPRS PARA SERVICIO) GGSN (GATEWAY GPRS SUPPORT NODE; NODE DE APOYO PARA GATEWAY) GR (GPRS REGISTER; REGISTRO GPRS) UTRAN (TERRESTRIAL RADIO ACCESS NETWORK; RED DE ACCESO DE RADIO TERRESTRE DE UMTS) RNC (RADIO NETWORK CONTROLLER; CONTROLADOR DE RADIO DE LA RED) ESTACIÓN BASE O NODO B UE (EQUIPO DE USUARIO) O MS (ESTACIÓN MÓVIL) INTERFACES DE DEL SISTEMA UMTS CANALES DE WCDMA CANALES LÓGICOS CANALES DE TRANSPORTE CANAL DE TRASPORTE DEDICADO CANALES DE TRASPORTE COMUN CANALES FÍSICOS CANAL FISICO PARA EL ENLACE DE SUBIDA CANAL FISICO PARA EL ENLACE DE BAJADA GSM VS WCDMA MULTITRAYECTORIA PARÁMETROS DE DESEMPEÑO CPICH (COMMON PILOT CHANNEL; CANAL PILOTO COMÚN) RSCP (RECEIVE SIGNAL CODE POWER; CÓDIGO DE POTENCIA DE SEÑAL RECIBIDA) Ec/Io (ENERGY CHIP TO INTERFERENCE; RELACIÓN ENERGÍA DE CHIP A INTERFERENCIA) METODOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN CARACTERISTICAS DEL EQUIPO DE MEDICIÓN CONFIGURACIÓN DE MEDICIÓN PROCESAMIENTO DE INFORMACIÓN III

7 3.4 GENERACIÓN DE MAPAS DE COBERTURA EMPLEANDO EASYKRIG MÉTODO DE KRIGE TIPOS DE MODELO DE KRIGE PROPIEDADES GENERALES DEL MODELO DE KRIGE ENTORNOS Y PUNTOS OBSERVADOS PARA LA ESTIMACIÓN DE VECINDARIOS RESULTADOS EXPERIMENTALES CONCLUSIONES REFERENCIAS ABREVIATURAS GLOSARIO IV

8 ÍNDICE DE FIGURAS CAPÍTULO 1. EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES Figura 1.1 Elementos que Conforman el Concepto Celular Figura 1.2 Rehúso de Frecuencias Figura 1.3 Jerarquía de Células Figura 1.4 Handover entre Células Figura 1.5 Acceso Múltiple por División de Frecuencia (FDMA) Figura 1.6 Acceso Múltiple por División en Tiempo (TDMA) Figura 1.7 Acceso Múltiple por División de Código (CDMA) Figura 1.8 Acceso Múltiple por División de Frecuencia Ortogonal (OFDMA) Figura 1.9 Generaciones de Telefonía Celular CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS DE WCDMA Figura 2.1 Ancho de Banda de WCDMA Figura 2.2 Asociación de Proyectos de 3ª Generación Figura 2.3 Modos de Operación a) FDD y b) TDD Figura 2.4 Ensanchado y Desensanchado de una Señal en WCDMA Figura 2.5 Constelaciones de las Variantes de QAM Figura 2.6 Constelación BPSK Figura 2.7 Constelación QPSK Figura 2.8 Estructura de las Transmisiones de Acceso Aleatorio Figura 2.9 Estructura de la Trama para las Partes de Control y Datos del Enlace de Subida del PCPCH Figura 2.10 Estructura de la Trama para el Enlace de Bajada DPCH Figura 2.11 Arquitectura General de un Sistema UMTS Figura 2.12 Elementos de un Sistema UMTS Figura 2.13 Arquitectura General UTRAN Figura 2.14 Propagación por Multitrayectoria Figura 2.15 Diagrama Receptor RAKE CAPÍTULO 3. METODOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN Figura 3.1 Spectrum Master MS2713E, Anritsu Figura 3.2 Vista del Panel Frontal Figura 3.3 Vista Superior Figura 3.4 Modo de Operación Figura 3.5 Medición CPICH Figura 3.6 Medición RSCP Figura 3.7 Posición del Analizador para Realizar Mediciones a través del Aire Figura 3.8 Programa Mater Software Tools Figura 3.9 Procesamiento de Archivo V

9 Figura 3.10 Hoja de Datos en Excel Figura 3.11 Interfaz EasyKrig v Figura 3.12 Archivo de Texto Cargado en el Software Figura 3.13 Variograma Figura 3.14 Validación de los Datos Figura 3.15 Mapa de Cobertura Figura 3.16 Programa Google Earth Figura 3.17 Superposición del Mapa de Cobertura CAPÍTULO 4. RESULTADOS EXPERIMENTALES Figura 4.1 Área de Medición y Nodos B del Primer Escenario de Prueba Lindavista Figura 4.2 Distribución de los Niveles de Potencia para CPICH Figura 4.3 Mapa Georeferenciado de los Niveles de Potencia de CPICH Lindavista Figura 4.4 Cantidad de Scrambling Code en CPICH Figura 4.5 Distribución de los Niveles de Potencia para CPICH del SC Figura 4.6 Mapa Georefenciado de Niveles de Potencia para CPICH del SC Figura 4.7 Distribución de los Niveles de Potencia de Ec/Io Figura 4.8 Mapa Georeferenciado de los Niveles de Potencia de Ec/Io Lindavista Figura 4.9 Distribución de los Niveles de Potencia para RSCP Figura 4.10 Mapa Georeferenciado de los Niveles de Potencia de RSCP Lindavista Figura 4.11 Cantidad de Scrambling Code en Lindavista para RSCP Figura 4.12 Distribución de los Niveles de Potencia para RSCP para el SC Figura 4.13 Mapa georeferenciado de los niveles de potencia para RSCP para el SC Figura 4.14 Área de Medición y Nodos B del Segundo Escenario de Prueba Polanco Figura 4.15 Distribución de los Niveles de Potencia para CPICH Figura 4.16 Mapa Georeferenciado de los Niveles de Potencia de CPICH de Polanco Figura 4.17 Cantidad de Scrambling Code de CPICH en Polanco Figura 4.18 Distribución de los Niveles de Potencia para CPICH del SC Figura 4.19 Mapa Georefenciado de Niveles de Potencia para CPICH del SC Figura 4.20 Distribución de los Niveles de Potencia para Ec/Io Figura 4.21 Mapa Georeferenciado de los Niveles de Potencia de Ec/Io de Polanco Figura 4.22 Distribución de los Niveles de Potencia para RSCP Figura 4.23 Mapa Georeferenciado de los Niveles de Potencia de RSCP de Polanco Figura 4.24 Cantidad de Scrambling Code de RSCP en Polanco Figura 4.25 Distribución de los Niveles de Potencia para RSCP del SC Figura 4.26 Mapa georeferenciado de los niveles de potencia para RSCP para el SC VI

10 ÍNDICE DE TABLAS CAPÍTULO 1. EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES Tabla 1.1 Sistemas Celulares de Primera Generación Tabla 1.2 Sistemas Celulares de Segunda Generación CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS DE WCDMA Tabla 2.1 Bandas de Frecuencia para WCDMA en Base al 3GPP Tabla 2.2 Valores RSCP [8] Tabla 2.3 Valores de Ec/Io [9] CAPÍTULO 3. METODOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN Tabla 3.1 Parámetros de Configuración CAPÍTULO 4. RESULTADOS EXPERIMENTALES Tabla 4.1 Características de las Zonas Medidas Tabla 4.2 Valores y Características del Equipo de Medición Tabla 4.3 Valores de Desempeño Tabla 4.4 Resultados Obtenidos de CPICH Lindavista Tabla 4.5 Incidencias por Scrambling Code Tabla 4.6 Resultados de CPICH para el SC Tabla 4.7 Resultados Obtenidos de Ec/Io Lindavista Tabla 4.8 Resultados Obtenidos de RSCP Lindavista Tabla 4.9 Incidencias por Scrambling Code para RSCP Tabla 4.10 Resultados de RSCP para el SC Tabla 4.11 Resultados Obtenidos de CPICH Polanco Tabla 4.12 Incidencias por Scrambling Code para CPICH en Polanco Tabla 4.13 Resultados de CPICH para el SC Tabla 4.14 Resultados Obtenidos de Ec/Io Polanco Tabla 4.15 Resultados Obtenidos de RSCP Polanco Tabla 4.16 Incidencias por Scrambling Code para RSCP en Polanco Tabla 4.17 Resultados de RSCP para el SC CONCLUSIONES Tabla I Resultados de CPICH de Lindavista y Polanco Tabla II Resultados de RSCP de Lindavista y Polanco Tabla III Resultados de Ec/Io de Lindavista y Polanco VII

11 OBJETIVO Analizar experimentalmente los parámetros de desempeño CPICH, RSCP y Ec/Io, en redes de tercera generación en entornos urbanos. VIII

12 INTRODUCCIÓN En los últimos años las nuevas tecnologías han demostrado mejorar el rendimiento de gobiernos y empresas alrededor del mundo, actualmente las comunicaciones van más allá de una simple línea telefónica, han transformado nuestras vidas y creado nuevas necesidades conforme estas se desarrollan y en algunas ocasiones necesidades que ni siquiera son primordiales. Hoy en día la comunicación es parte esencial en nuestras vidas como la televisión, radio, computadoras, teléfonos celulares, entre otros aparatos que hacen que el acceso a la información sea más fácil. El teléfono celular es el que mayor demanda ha tenido últimamente debido al desarrollo que ha presentado en los últimos años, ya que no solo es usado para realizar llamadas, ahora las personas tienen acceso a los mensajes de texto, correo electrónico, redes sociales, entre otras aplicaciones. La evolución de los sistemas de telefonía celular ha tenido avances importantes, iniciando como un servicio analógico, hasta transformarse a un servicio digital. El servicio analógico de telefonía celular no permitía que muchos usuarios pudieran establecer una comunicación a la misma estación base, lo cual generaba que fallara el intento de realizar una llamada. Actualmente la demanda de servicios ha llevado a la búsqueda de mejoras en la transmisión de datos y en la calidad en el servicio, esta mejora se puede observar en el caso de las redes de tercera generación denominadas 3G, las cuales han permitido aumentar el número de usuarios conectados dentro de una misma estación base, así como el incremento de la velocidad de transmisión de datos y los múltiples servicios el cual nos ofrece. En esta tesis, se realiza un análisis de los parámetros de desempeño dentro de una red 3G de manera experimental en entornos urbanos, analizando los niveles de potencia de CPICH (Common Pilot Channel; Canal Piloto Común), RSCP (Received Signal Code Power; Código de Potencia de Señal Recibida) y Ec/Io (Energy Chip to Interference; Relación Energía de Chip a Interferencia). IX

13 CAPÍTULO 1 EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES CAPÍTULO 1 1 EVOLUCIÓN DE LOS SISTEMAS MÓVILES En este capítulo se presenta el concepto de celular y los diferentes tipos de células utilizadas, así como un panorama general del desarrollo de las diferentes generaciones de la telefonía móvil a lo largo de la historia. 1

14 CAPÍTULO 1 EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES 1.1 CONCEPTO CELULAR Un sistema de telefonía móvil es aquel en donde los usuarios pueden tener comunicación desplazándose de un lugar a otro, servidos por una estación base, este sistema también es conocido como sistema de telefonía celular. Los elementos que intervienen en el concepto celular son: estación base, estación móvil y reutilización de frecuencia, ver Figura 1.1. Figura 1.1 Elementos que Conforman el Concepto Celular. Una célula o celda es el un área de servicio en la cual los usuarios pueden recibir y realizar llamadas mediante sus móviles. Cada célula cuenta con una estación base. El tamaño de la célula depende de la cantidad de usuarios en un área. Un conjunto de células se le conoce como cluster. Un cluster se encuentra conectado a una central de conmutación móvil (MSC, Mobile Switching Center). La reutilización de frecuencias se refiere a la aplicación de canales de radio sobre la misma frecuencia portadora, para cubrir las diversas áreas que son separadas por una cierta distancia una de otra, evitando que la interferencia entre canales sea lo más baja posible. Figura

15 CAPÍTULO 1 EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES Figura 1.2 Re-uso de Frecuencias TIPOS DE CÉLULAS De acuerdo a la capacidad y cobertura que se requiere en el área de influencia de la red, su diseño implicara la utilización de células de diferentes radios y las antenas de las radiobase presentaran diferentes alturas y potencias de transmisión. Los diferentes tipos de células utilizadas son: macrocélulas, microcélulas, picocélulas y femtocélulas. Figura 1.3. Figura 1.3 Jerarquía de Células. 3

16 CAPÍTULO 1 EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES MACROCÉLULAS Las macrocélulas son las más usadas para la operación celular. El rango de cubrimiento de estas se encuentran entre 1 y 10 Km., por lo que son usadas para el manejo de tráfico originado por usuarios que se encuentran en movimiento a gran velocidad, disminuyendo de esta forma el número de hand-off y aumentando de esta manera la calidad del servicio, al reducir la probabilidad de caída de llamada. Antenas utilizadas: Omnidireccionales 360º y Sectoriales 3 x 120º MICROCÉLULAS Las microcélulas cuentan con un rango que cubre entre 100 y 1000 metros, incrementando la capacidad de la red, debido a que permite hacer un mayor manejo de tráfico y asiendo posible la utilización de potencias de transmisión muy bajas. Antenas utilizadas: Sectoriales. Desde el punto de vista del operador, esto se traduce en ventajas adicionales como una mejor cobertura, bajos costos de la red por suscriptor y mayor eficiencia en la operación del sistema. Los edificios pueden, a su vez, interferir con el envío de las señales entre las células que se encuentren más lejanas, por lo que algunos edificios tienen su propia microcélula, como es el caso de un subterráneo PICOCÉLULAS La disminución de tamaño involucra un aumento en su capacidad de tráfico, por lo que estas son utilizadas para ofrecer cobertura en áreas con muy alto tráfico, tales como los centros de negocios ó comerciales, donde los usuarios tienen un patrón de comportamiento de baja movilidad y se encuentran en un ambiente cerrado. Las picocélulas poseen un recubrimiento menor a 100 metros. Antenas utilizadas: Sectoriales. 4

17 CAPÍTULO 1 EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES FEMTOCÉLULAS La demanda de transmisión de datos en la red móvil, involucra un aumento de tráfico significativo, lo cual deriva la aparición de las femtocélulas. En la femtocélula se plantea proporcionar un enlace vía radio desde cualquier ubicación en su entorno doméstico y proporciona conectividad a través de una conexión ADSL (Digital Subscriber Line Asymetric, Línea de Abonado Digital de tipo Asimétrico). Las femtocélulas pueden hacer uso de las bandas de frecuencia más altas al tener asociadas coberturas limitadas HANDOVER ENTRE CÉLULAS Un sistema celular se diseña de manera que las células adyacentes trabajen con distintas frecuencias. El problema se presenta cuando el equipo móvil cruza de una célula a otra. El sistema de control tiene que detectar de modo automático que esto sucede y realizar la conmutación con un canal libre de la célula adyacente. A este proceso se le denomina handover o handoff. Figura 1.4. Cada sistema tiene una solución para llevar a cabo este proceso, generalmente mediante mensajes de control (señalización) que se intercambian los terminales móviles y la estación de control. Figura 1.4 Handover entre Células. 5

18 CAPÍTULO 1 EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES FUNCIONAMIENTO Por sofisticados que sean los teléfonos celulares no dejan de ser radiotransmisores. Siendo un sistema de comunicación telefónica totalmente inalámbrica, los sonidos se convierten en señales electromagnéticas, que viajan a través del aire, siendo recibidas y transformadas nuevamente en mensaje a través de antenas repetidoras o vía satélite. Un teléfono celular es un dispositivo dual, esto quiere decir que utiliza una frecuencia para hablar, y una segunda frecuencia aparte para escuchar, este puede utilizar hasta 1664 canales. Estos operan con células y pueden alternar la célula usada a medida que el teléfono es desplazado, dándole a los teléfonos un mayor rango de movilidad. 1.2 ESQUEMAS DE ACCESO MULTIPLE En los sistemas de comunicaciones móviles múltiples usuarios tienen acceso a los diversos recursos para comunicarse con otros usuarios. Un esquema de acceso múltiple es aquel en el cual varios usuarios comparten un recurso común para transmitir y recibir información. Existen diferentes métodos de acceso múltiple, pero los más comunes son: acceso múltiple por división de frecuencia, FDMA (Frequency Division Multiple Access); acceso múltiple por división de tiempo, TDMA (Time Division Multiple Access); acceso múltiple por división de código, CDMA (Code Division Multiple Access); y acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal, OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplex Access). A continuación se presenta una descripción de cada uno de estos esquemas FDMA El espectro de frecuencia disponible es dividido de tal manera que a cada usuario se le asigna un canal de frecuencia con el mismo ancho de banda. Existe una banda de guarda entre canales para reducir la interferencia de canal adyacente. Es habitual que a cada usuario se le asigne un par de canales uno para el enlace de bajada y otro para el enlace de subida. La Figura 1.5 muestra el esquema de acceso múltiple. 6

19 CAPÍTULO 1 EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES Figura 1.5 Acceso Múltiple por División de Frecuencia (FDMA) TDMA TDMA es el esquema en el cual cada canal es dividido en intervalos de tiempo que se denominan ranuras de tiempo las cuales son fijas y sincronizadas, a cada usuario se le puede asignar una o varias ranuras de tiempo durante las cuales puede transmitir su información. Al agrupar varias ranuras de tiempo se forma una trama. Se puede agregar un período o tiempo de guarda entre ranuras de tiempo, de modo que la información de los usuarios no se traslape. En la Figura 1.6 se observa este esquema. Figura 1.6 Acceso Múltiple por División en Tiempo (TDMA). 7

20 CAPÍTULO 1 EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES CDMA A los sistemas que utilizan este esquema se les denomina sistemas de espectro disperso. En este se asigna un código a cada usuario y simultáneamente todos los usuarios pueden ocupar todo el ancho de banda disponible al mismo tiempo. A diferencia de TDMA y FDMA, en CDMA se emplean códigos matemáticos para distinguir a cada usuario. La Figura 1.7 muestra este esquema. En el lado del transmisor a cada usuario se asigna una secuencia de código única para dispersar la información. El receptor, conociendo las secuencias de código del usuario, descifra la señal recibida y recupera los datos originales. Figura 1.7 Acceso Múltiple por División de Código (CDMA) OFDMA OFDMA es una combinación de FDMA y TDMA, un usuario tiene asignado un número de subportadoras (FDMA), las asignaciones de subportadoras de usuarios cambian en el tiempo (TDMA), las señales moduladas resultantes en cada subportadora son ortogonales entre sí. 8

21 CAPÍTULO 1 EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES Para conseguir una mayor eficiencia, el sistema se realimenta con las condiciones del canal, adaptando continuamente el número de subportadoras asignadas al usuario en función de la velocidad que éste necesita y de las condiciones del canal. Si la asignación se hace rápidamente, se consigue cancelar de forma eficiente las interferencias co-canal y los desvanecimientos rápidos. Figura 1.8. Figura 1.8 Acceso Múltiple por División de Frecuencia Ortogonal (OFDMA). 1.3 GENERACIÓN DE LA TELEFONÍA CELULAR La demanda en la telefonía celular de una mayor cobertura, mayor ancho de banda, mayor velocidad de descarga, así como servicios adicionales en los celulares, han hecho que exista una evolución a lo largo de los años PRIMERA GENERACIÓN (1G) En la década de los ochenta aparece la primera generación de telefonía celular, teniendo un modo de transmisión analógico y presentando servicio únicamente para voz. El enlace en la llamada era de baja calidad, baja velocidad (2400 bauds). Basada en FDMA (Frequency Division Multiple Access; Acceso Múltiple por División de Frecuencia) a fin de aislar cada canal y conversación en una única frecuencia, la seguridad no existía. 9

22 CAPÍTULO 1 EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES Las redes más destacadas, fueron el teléfono nórdico móvil NTM (Nordic Mobile Telephone) y el sistema de servicio de telefonía móvil avanzado AMPS (Advanced Mobile Phone Service), el sistema de comunicaciones de acceso total TACS (Total Access Communication System) y ETACS (Extended TACS). En la siguiente Tabla 1.1 se muestra una comparación de los sistemas de primera generación. Tabla 1.1 Sistemas Celulares de Primera Generación. SISTEMA AMPS NMT TACS ETACS Banda de frecuencia MHz MHz MHz 900 MHz Esquema de acceso múltiple FDMA FDMA FDMA FDMA Año de introducción Esquema de modulación FM FM FM FM SEGUNDA GENERACIÓN (2G) A finales de los años ochenta la integración a gran escala y la tecnología de procesamiento de señales maduraron, preparando el terreno para la era digital, dando pasó a que se formara los sistemas de segunda generación. Haciendo uso de la tecnología TDMA y FDMA. El énfasis para 2G estaba sobre la transparencia internacional y compatibilidad; el sistema debería ser regional o semiglobal y los usuarios del sistema deberían ser capaces de tener acceso a ello básicamente en todas partes de la región, las redes 2G fueron capaces de proporcionar algunos servicios de datos como mensajes de texto (SMS). Fueron cuatro los principales estándares para los sistemas de 2G: el sistema global para comunicaciones móviles GSM (Global System for Mobile communications), el sistema digital AMPS (D-AMPS), el estándar IS-95A o CDMAONE (Code Division Multiple Access ONE). 10

23 CAPÍTULO 1 EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES GSM El sistema GSM nace dentro de las estaciones de la Comunidad Europea con el fin de estandarizar un sistema de comunicaciones móviles celulares destinado a un mercado potencial de unos 10 millones de usuarios. La diferencia fundamental entre una terminal de usuario GSM y una estación móvil de otro sistema, es la SIM (Subscriber Identity Module; Módulo de Identificación del Suscriptor). Con el fin de garantizar la privacidad de las comunicaciones GSM emplea mecanismos de autentificación y cifrado. La interfaz de radio GSM emplea una combinación entre FDMA y TDMA en un espectro de 25 MHz. FDMA divide los 25 MHz en 124 portadoras de frecuencia de 200 KHz cada una. Cada canal de 200 KHz es dividido en 8 ranuras de tiempo utilizando TDMA, bajo este esquema puede soportar velocidades de hasta 9.6 Kbps. GSM utiliza las frecuencias de 850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz y 1900 MHz dependiendo de la región en la cual se encuentra operando IS-54 TDMA IS-54 significa Interim Standard-54, es una ampliación digital de AMPS y por eso es ampliamente conocida como Digital AMPS. Emplea un espaciado de canales de 30 KHz y las bandas de frecuencia ( y MHz). Cuenta con una tasa de transmisión de 48.6 Kbps con canales de 30 KHz, para dar una eficiencia de ancho de banda de 1.62 bits/hz. Este valor es 20% mejor que GSM. La tasa de codificación de la voz es de 7.95 Kbps, que logra una calidad reconstruida similar a la de los sistemas analógicos AMPS PDC PDC (Personal Digital Cellular) utilizada en Japón. Funciona en la banda de 800 MHz y 1500 MHz, lo que hace un uso muy eficiente del ancho de banda disponible. PDC es la más espectralmente eficiente de las tecnologías TDMA, con seis tarifa de media (o tres tarifa completa) los canales posibles están en un espacio de 25 KHz de frecuencia. 11

24 CAPÍTULO 1 EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES PDC ofrece dos tipos de alternativas; 9.6 Kbps en su totalidad los canales de tasa o 5.6 Kbps en la media canal de tipo. La calidad de la voz a lo largo de una conexión de 5.6 Kbps es significativamente menor que la conexión estándar 9.6 Kbps IS-95 CDMAONE El sistema de telefonía celular IS-95 se convierte en un estándar americano de telefonía móvil de segunda generación a mediados de los años noventa. Está diseñado para transmitir voz, señalización de llamadas y datos en forma limitada, usando FDD/FDMA/CDMA. Varios usuarios pueden tener acceso al espectro de 1.25 MHz que utiliza CDMA. La separación entre usuarios se realiza usando códigos ortogonales que se eliminan al ser multiplicados entre sí. Soporta servicios de datos en conmutación de circuitos a velocidades de 9.6 Kbps a 14.4 Kbps. En la Tabla 1.2 se muestran las características más importantes de estos sistemas de segunda generación. Tabla 1.2 Sistemas Celulares de Segunda Generación. SISTEMA GSM IS-54 PDC IS-95 Banda de frecuencia MHz 850 MHz MHz MHz Esquema de acceso múltiple TDMA/FDMA TDMA/FDMA TDMA/FDMA CDMA Tasa de datos 13 Kbps 7.95 Kbps 9.6 Kbps 14.4 Kbps Año de introducción Esquema de QPSK GMSK /4 DQPSK /4 DQPSK modulación GENERACIÓN 2.5 (2.5G) Como incremento la popularidad de las comunicaciones móviles, los sistemas de segunda generación como IS-95 o GSM, eran incapaces de satisfacer la demanda de mayor capacidad de transmisión. Los sistemas más sobresalientes desarrollados para 2.5G son: HSCSD, GPRS, EDGE. 12

25 CAPÍTULO 1 EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES HSCSD HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) nace con el objetivo de proporcionar mejores prestaciones a los servicios móviles de datos. Soporta velocidades comprendidas entre 14.4 Kbps y Kbps, mediante el cambio de la codificación del canal. La ventaja de HSCSD para el usuario es que, al estar basado en conmutación de circuitos, garantiza un ancho de banda mínimo a cada usuario. Sin embargo, el usuario pagará la conexión durante todo el tiempo que dure la comunicación GPRS GPRS (General Packet Radio Service) mejora de GSM, es una técnica de transmisión de paquetes, con ella se tienen tasas de datos de 40 Kbps hasta 115 Kbps y a velocidades comprendidas entre los 9.5 y 171 Kbps. GPRS procura utilizar la infraestructura de red de GSM en la medida que sea posible. Sin embargo, deben introducirse nuevos elementos y actualizar algunos de los ya existentes con el fin de soportar la conmutación de paquetes EDGE Enchanced Data rates for GSM Evolution soporta tasas binarias reales de 384 Kbps, aunque el limite teórico se encuentra en los Kbps. Para ello introduce nuevos esquemas de modulación y codificación, que junto con técnicas de control del enlace, pueden emplearse tanto en servicios de conmutación de circuitos (voz) como en servicios de conmutación de paquetes (datos). Una de las principales ventajas es su reducido impacto sobre la infraestructura de la red, es decir, que el operador que desee mejorar las prestaciones de su red GSM/GPRS podrá hacerlo con una inversión y un riesgo mínimos. 13

26 CAPÍTULO 1 EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES TERCERA GENERACIÓN (3G) La idea fundamental de la tecnología en 3G consiste en preparar una infraestructura universal que soporte los servicios ya existentes y otros futuros. Las características de un sistema de tercera generación se describen en el estándar IMT-2000, el cual es una norma mundial para la tercera generación (3G) de comunicaciones inalámbricas, definida por un conjunto de recomendaciones interdependientes de la ITU (International Telecommunication Union; Unión Internacional de Telecomunicaciones). Las exigencias dentro de IMT-2000 para un sistema de tercera generación son: Proporcionar acceso a servicios como: audio, video, voz, datos, multimedia, roaming y seguridad. Alta velocidad en la transmisión de datos, con tasas de 144 Kbps, 384 Kbps y 2 Mbps. Servicios simétricos y asimétricos. Calidad de voz comparable con los sistemas de comunicaciones fijos. Compatibilidad con sistemas de segunda generación. Alta eficiencia espectral. Servicio de paquetes de datos de alta velocidad. Conmutación de paquetes y conmutación de circuitos [1]. El espectro para los servicios móviles 3G fue desinado por la ITU, la cual atribuyó las bandas de frecuencia MHz, MHz y MHz. En el servicio de 3G se han desarrollado nuevos servicios como correo electrónico, transferencia de datos de alta velocidad, video llamada, servicios multimedia e Internet móvil. Adopta las técnicas de acceso múltiple CDMA y mayor ancho de banda para proporcionar capacidades mayores. WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) es una tecnología que incrementa las tasas de transmisión de datos. Permite una tasa de datos de 384 Kbps y una velocidad de transferencia en el enlace de bajada de 2 Mbps y velocidades promedio de Kbps, operando con 5 MHz. 14

27 CAPÍTULO 1 EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES CUARTA GENERACIÓN (4G) 4G se pretende que sea la fusión de las tecnologías celulares e inalámbricas incluyendo la integración de tecnologías, será la solución IP donde voz, datos y multimedia estarán disponibles a los usuarios, con una velocidad mayor a la actual. Habilita tecnologías relacionadas a la codificación, la modulación y el acceso múltiple, los esquemas de codificación avanzados, la modulación adaptable, la señalización de banda ultra ancha. Se desarrolla con el propósito de brindar servicios de calidad y satisfacer las necesidades de velocidades de transmisión de la información. Entre las tecnologías a usar se encuentran WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) y LTE (Long Term Evolution), ambos haciendo uso de la técnica de acceso OFDMA (Orthogonal Frecuency Division Multiple Access). En la Figura 1.9 se muestra las diferentes generaciones de la telefonía celular. Figura 1.9 Generaciones de Telefonía Celular 15

28 CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS DE WCDMA CAPÍTULO 2 2 FUNDAMENTOS DE WCDMA En este capítulo se presenta las características y arquitectura de WCDMA, se da una descripción de los elementos que conforman la red UMTS, al igual se muestra los parámetros de desempeño de una red. 16

29 CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS DE WCDMA 2.1 CARACTERÍSTICAS WCDMA es una tecnología de tercera generación detrás del estándar UMTS (Universal Mobile Telecommunications System; Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles) que está ligado con el estándar GSM. WCDMA incrementa las tasas de transmisión de datos, forma parte de las tecnologías de espectro ensanchado (Spread Spectrum) la cual expande la señal sobre un ancho de banda de 5 MHz (Figura 2.1), teniendo la capacidad de portar voz y datos simultáneamente. Algunas de las características de WCDMA son: Emplea acceso múltiple por división de código de secuencia directa de banda ancha (DS-CDMA), donde la información del usuario se dispersa sobre un ancho de banda mayor para transmitir, ofreciendo tasas de transmisión de hasta 2 Mbps. Los datos transmitidos son dispersados usando un código el cual se efectúa a una tasa de 3.84 Mchips. Soporta dos modos de operación FDD y TDD. El modo FDD utiliza portadoras de 5 MHz, en las bandas de 2110 MHz 2170 MHz en el enlace de bajada y 1920 MHz MHz en el enlace de subida. TDD utiliza una sola portadora para ambos enlaces, las bandas de frecuencia que utiliza son de 1900 MHz MHz y 2010 MHz 2025 MHz. Opera en modo asíncrono. Emplea detección coherente en ambos enlaces, por medio de un canal piloto [2]. Figura 2.1 Ancho de Banda de WCDMA. 17

30 CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS DE WCDMA 2.2 3GPP (3rd GENERATION PARTNERSHIP PROJECT; ASOCIACIÓN DE PROYECTOS DE 3ª GENERACIÓN) El 3GPP es un organismo de normalización mundial de las redes de tercera generación, conformada por varias organizaciones de estandarización internacionales como son: el ARIB/TTC (Associaton of Radio Industries and Businesses / Telecommunication Technology Committee), ETSI (European Telecommunicatios Standars Institute), TTA (Telecommunication Technology Association), T1 (Standarisation Committee T1 - Telecommunications) y CWTS (China Wireless Telecommunication Standard). El objetivo del 3GPP es hacer global aplicaciones de telefonía móvil de tercera generación. Figura 2.2. Los sistemas 3GPP están basados en la evolución de los sistemas GSM, actualmente conocidos como sistemas UMTS. El 3GPP desarrolla especificaciones técnicas, las cuales una vez completadas son aprobadas como una técnica estándar aplicable en cada país o región por las autoridades a cargo. Figura 2.2 Asociación de Proyectos de 3ª Generación. 2.3 BANDAS DE OPERACIÓN El 3GPP ha creado especificaciones para las bandas de frecuencia en la cual debe de operar WCDMA (Tabla 2.1). Estas frecuencias se basan en el tipo de enlace ascendente o descendente, así como la región del mundo en la cual se encuentre operando. 18

31 CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS DE WCDMA BANDA DE OPERACIÓN Tabla 2.1 Bandas de Frecuencia para WCDMA en Base al 3GPP. NOMBRE 3GPP ESPECTRO TOTAL ENLACE ASCENDENTE (MHz) ENLACE DESCENDENTE (MHz) REGIÓN Banda I x 60 MHz Banda principal WCDMA Banda II x 60 MHz Banda PCS América Banda III x 75 MHz Europa, Asia y Brasil Banda IV 1700/ x 45 MHz Nueva banda 3G en EU y América Banda V x 25 MHz EU, América y Asia Banda VI x 10 MHz Japón Banda VII x 70 MHz Nueva banda 3G Banda VIII x 35 MHz Europa y Asia Banda IX x 35 MHz Japón Banda X 1700/ x 60 MHz Extensión banda IV 2.4 MODOS DE OPERACIÓN WCDMA cuenta con dos modos de operación FDD (Frecuency Division Duplex) y TDD (Time Division Duplex). Estos modos ofrecen plataformas de tercera generación, de tal manera que soportan los servicios móviles avanzados. Figura MODO DE OPERACIÓN TDD En este método bidireccional, las transmisiones del enlace ascendente y del descendente son transportadas en la misma banda de frecuencia usando intervalos de tiempo (slots de trama) de forma síncrona. Así las ranuras de tiempo en un canal físico se asignan para los flujos de datos de transmisión y de recepción. 19

32 CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS DE WCDMA MODO DE OPERCIÓN FDD Los enlaces de las transmisiones de subida (uplink) y de bajada (downlink) emplean dos bandas de frecuencia separadas para este método a dos caras. Un par de bandas de frecuencia con una separación especificada se asigna para cada enlace. Puesto que diversas regiones tienen diversos esquemas de asignación de la frecuencia, la capacidad de funcionar en modo de FDD o TDD permite la utilización eficiente del espectro disponible. Figura 2.3 Modos de Operación a) FDD y b) TDD ENSANCHADO (SPREADING) Y DESENSANCHADO (DESPREADING) PARA WCDMA WCDMA básicamente funciona de la siguiente manera: los datos a transmitir se multiplican por un código, el resultado produce una señal de mayor ancho de banda la cual es de 3.84 MHz, la cual representa el ancho de banda asignado para la transmisión en modo FDD, a esto se le denomina Spreading. El receptor capta la señal ensanchada y utiliza el mismo código de transmisión para sincronizarla, dando como resultado la información transmitida más algunos armónicos de alta frecuencia que pueden ser filtrados con facilidad, a esto se le denomina Despreading. 20

33 CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS DE WCDMA El Spreading y Despreading son realizados por la estación base (también llamado Nodo B) y el teléfono móvil, la información transita en ambos sentidos, desde el teléfono hacia el Nodo B (Uplink) y desde el Nodo B al teléfono (Downlink) CÓDIGO DE ENSANCHAMIENTO (SPREADING CODE) El código de de ensanchamiento se utiliza para distinguir los datos de cada usuario en el trayecto en una misma banda de frecuencia, la red asigna el código al usuario antes de la transmisión de manera que ambos conocen el código y lo utilizan para la separación de datos. Este código de ensanchamiento está compuesto de un código de aleatorio y un código de canalización. Figura 2.4. Figura 2.4 Ensanchado y Desensanchado de una Señal en WCDMA. 21

34 CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS DE WCDMA FACTOR DE ENSANCHAMIENTO El factor de ensanchamiento es el número de chips por cada símbolo utilizado para el ensanchamiento de la señal. Los factores de ensanchamiento en WCDMA varían desde 4 hasta 256, permitiendo velocidades de símbolos transmitidas entre 960 ksímbolos/s y 15 ksímbolos/s en un solo código. El factor de ensanchamiento se expresa de la forma: Factor de ensancamiento = Tasa de cips del sistema Tasa de bits portadora (2.1) 2.5 MODULACIÓN WCDMA emplea la modulación QPSK o QAM para el enlace de bajada y BPSK para el enlace de subida QAM (QUADRATURE AMPLITUDE MODULATION; MODULACIÓN POR AMPLITUD EN CUADRATURA) QAM es una modulación digital que transporta datos, mediante la modulación de la señal portadora de información, tanto en la fase como en la amplitud. La modulación QAM consiste en modular por desplazamiento en amplitud (ASK, Amplitude Shift Keying) de forma independiente, dos señales portadoras que tienen la misma frecuencia pero que están desfasadas entre sí 90º. La señal modulada QAM es el resultado de sumar ambas señales ASK. Estas pueden operar por el mismo canal sin interferencia mutua porque sus portadoras al tener tal desfase, se dice que están en cuadratura [3]. Figura

35 CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS DE WCDMA Figura 2.5 Constelaciones de las Variantes de QAM PSK (PHASE SHIFT KEYING; MODULACIÓN POR DESVIACIÓN DE FASE) La modulación PSK es de forma angular, la cual varía la fase de la portadora, cada fase representa cada símbolo de la señal modulada. Con PSK la señal de entrada es una señal digital binaria y son posibles un número limitado de fases de salida BPSK (BINARY PHASE SHIFT KEYING; MODULACIÓN POR DESVIACIÓN DE FASE BINARIA) Consta de la modulación de desplazamiento de fase de 2 símbolos, con un bit de información cada uno (Figura 2.6). Los símbolos tienen un valor de salto de fase de 0º para el 1 y 180º para el 0, su velocidad de transmisión es más baja de las modulaciones de fase. Figura 2.6 Constelación BPSK. 23

36 CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS DE WCDMA QPSK (QUADRATURE PHASE SHIFT KEYING; MODULACIÓN POR DESVIACIÓN DE FASE CUATERNARIA) Desplazamiento de fase de 4 símbolos, QPSK puede codificar dos bits por cada símbolo, desplazados entre sí 90º. Normalmente se usan valores de salto de fase 45º, 135º, 225º y 315º. Con dos bits, existe cuatro posibles condiciones: 00, 01, 10 y 11. Figura 2.7. Figura 2.7 Constelación QPSK. 2.6 ESTRUCTURA DE LA TRAMA En los enlaces ascendente y descendente la transmisión se encuentra organizada en el dominio del tiempo en tramas. Una trama tiene una duración de 10 ms y es dividida en 15 ranuras de tiempo, las cuales hacen 2560 chips/ranura de tiempo. Dentro de cada ranura hay una estructura multiplexada en tiempo para la señal, en una sola trama se encuentran los símbolos de datos, la información de señalización física y los símbolos piloto. 24

37 CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS DE WCDMA PREÁMBULO PREÁMBULO PREÁMBULO PARTE DEL MENSAJE 4096 chips Trama de radio de 10 ms PREÁMBULO PREÁMBULO PREÁMBULO PARTE DEL MENSAJE Trama de radio de 20 ms Figura 2.8 Estructura de las Transmisiones de Acceso Aleatorio. DATA PILOT TFCI FBI TPC 2560 chips ms Figura 2.9 Estructura de la Trama para las Partes de Control y Datos del Enlace de Subida del PCPCH. 25

38 CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS DE WCDMA DPDCH DPCCH DPDCH DPCCH RANURA DATA 1 TCP TFCI DATA 2 PILOT 2560 chips ms Figura 2.10 Estructura de la Trama para el Enlace de Bajada DPCH. 2.7 ARQUITECTURA DE LA RED TERRESTRE UMTS La red UMTS (Universal Mobile Telecommunications System; Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles) está conformada por los siguientes elementos: El equipo de usuario, UE (User Equipment) o estación móvil, que relaciona al usuario y a la interfaz de radio Uu. La red de radio de acceso terrestre, UTRAN (UMTS Terrestrial Radio-Access Network), la cual maneja todas las funciones relacionadas al radio. La red principal, CN (Core Network), responsable de la conmutación y ruteo de las llamadas y conexiones de datos a las redes externas. La arquitectura general incluye dos interfaces: la interfaz lu que se localiza entre la UTRAN y la red principal y la interfaz Uu que se encuentra entre la UTRAN y la estación móvil. Los protocolos sobre las interfaces Uu y lu son divididos en dos estructuras: en el plano de usuario y en el plano de control, en la Figura 2.11 se muestra la arquitectura general UMTS. 26

39 CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS DE WCDMA Figura 2.11 Arquitectura General de un Sistema UMTS. Tanto el UE como la UTRAN se componen de protocolos basados en las necesidades de la nueva tecnología de radio WCDMA, a diferencia de la Red Principal que es basada de la tecnología GSM. Cada uno de los elementos tiene una arquitectura interna que les permite comunicarse dentro y fuera de ellos. Figura Figura 2.12 Elementos de un Sistema UMTS. 27

40 CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS DE WCDMA CN (CORE NETWORK; RED PRINCIPAL) La red principal CN es una entidad que cubre todos los elementos de red necesarios para el control de abonado y la conmutación, la red principal es dividida en dos dominios: conmutación de circuitos y conmutación de paquetes. Es responsable de cambiar y enrutar llamadas y conexiones de datos a redes externas. Maneja los procedimientos específicos de servicio, incluyendo la dirección de movilidad y el control de llamada. Transporta la información del usuario a su destino. La CN incluye bases de datos usadas para el manejo de la movilidad de direcciones del usuario. También contiene una gran cantidad de sistemas de conmutación así como gateways hacia otras redes, como Internet o la ISDN (Integrated Service Digital Network, Red Digital de Servicios Integrados). En la red principal existen cinco entidades las cuales son: el centro de conmutación móvil (MSC, Mobile Switching Center), puerta de enlace al centro de conmutación móvil (GMSC, Gateway Mobile Switching Center), el registro de locación (HLR, Home Location Register), el nodo de apoyo al servidor GPRS (SGSN, Serving GPRS Support Node), puerta de enlace al nodo de apoyo GPRS (GGSN, Gateway GPRS Support Node) MSC (MOBILE SWITHING CENTER; CENTRO DE CONMUTACIÓN MÓVIL) Es un nodo de conmutación que soporta conexiones mediante circuitos conmutados, también tiene que soportar la movilidad del usuario. Si un usuario se cambia de área mientras mantiene una conexión, el MSC envía la conexión sobre los RNCs y Nodo B adecuados al área de ubicación del usuario (Handover). El MSC también participa en los mecanismos para la autenticación del usuario así como la encriptación de la información del usuario. El MSC es el elemento central de la parte de circuitos conmutados de la CN GMSC (Gateway MSC) El GMSC es un centro de conmutación móvil que se localiza entre las redes externas como la ISDN y el otro MSC en la red. Su función es dirigir las llamadas entrantes al MSC. Todas las conexiones entrantes y salientes de CS pasan a través del GMSC. 28

41 CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS DE WCDMA HLR (HOME LOCATION REGISTER; REGISTRO DE UBICACIÓN BASE) El HLR contiene los datos del usuario, cada perfil de información de usuario y las autorizaciones asociados y sus llaves se almacenan en una base de datos llamada HLR. La información del usuario entra en el HLR cuando este hace una suscripción y permanece almacenada mientras la suscripción se encuentre activa VLR (VISITOR LOCATION REGISTER; REGISTRO DE UBICACIÓN DE VISITANTE) El VRL es una base de datos similar a HLR, contiene información de todos los usuarios activos en esa área y almacena una copia local de la información de HLR. La información de VLR es dinámica, tan pronto como un usuario cambia su área de ubicación, la información es actualizada SGSN (SERVING GPRS SUPPORT NODE; NODO DE APOYO GPRS PARA SERVICIO) El SGSN es el elemento central en la conmutación de paquetes similar a la de los nodos MSC y VLR en la parte de conmutación de circuitos. La posición actual de un usuario es almacenada en el SGSN de modo que un paquete de información entrante puede ser ruteado al usuario. El SGSN contiene dos tipos de información: de suscriptor y de localidad, este se conecta a la UTRAN mediante la interfaz LuPs GGSN (GATEWAY GPRS SUPPORT NODE; NODE DE APOYO GPRS PARA GATEWAY) Se encarga de dirigir el tráfico saliente, también recibe información del HLR y del SGSN. Los Gateways a otras redes de paquetes de datos, como internet, son conectados el GGSN. Paquetes de datos entrantes son encapsulados en un contendor especial por el GGSN y enviados al SGSN. 29

42 CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS DE WCDMA GR (GPRS REGISTER; REGISTRO GPRS) La información requerida para la operación de la transmisión por paquetes conmutados es almacenada en el GR, una base de datos que es parte del HLR. Este incluye, por ejemplo, la autorización para que el usuario acceda a Internet UTRAN (TERRESTRIAL RADIO ACCESS NETWORK; RED DE ACCESO DE RADIO TERRESTRE DE UMTS) La UTRAN es el sistema de acceso radioeléctrico de UMTS [1]. Se encarga de toda la funcionalidad relacionada con la red principal, consiste de radio controladores de red (RNC, Radio Network Controllers) y la estación base, juntas estas dos entidades forman un subsistema de radio (RNS, Radio Network Subsystem). La principal tarea de la UTRAN es la de crear y mantener Portadores de Acceso por Radio para comunicación entre el Equipo de Usuario y la red principal [4]. Las interfaces internas de la UTRAN son: la interfaz lub y la interfaz lur. La interfaz lub conecta a la estación base con el RNC, la interfaz lur es un enlace entre dos RNC. Figura Figura 2.13 Arquitectura General UTRAN. 30

43 CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS DE WCDMA RNC (RADIO NETWORK CONTROLLER; CONTROLADOR DE RADIO DE LA RED) El controlador de red es el elemento de control de la UTRAN, es el punto de acceso para todos los servicios, RNC está localizado entre las interfaces lub y lu. El RNC controla una o más estaciones base, manejo del tráfico de los canales comunes, macrodiversidad, modificaciones a los conjuntos activos, manejo del tráfico de los canales compartidos, control de potencia y control de admisión. El RNC es responsable de lo siguiente: Control de admisión de llamada. Gestión de los recursos de Radio. Asignación de Código. Control de Potencia. Handover. Reubicación de RNC de servicio. Cifrado. Conversión de Protocolo. Conmutación ATM ESTACIÓN BASE O NODO B Este nodo corresponde a la BTS (Base Tranceiver Station; Transceptor de la Estación Base) en GSM. El Nodo B tiene como tarea fundamental realizar la transmisión y recepción de la señal de radio, filtrado de la señal, amplificación, modulación y demodulación de la señal y ser una interfaz hacia el RNC [5]. La estación base se localiza entre la interfaz Uu y la interfaz lub, sus principales tareas son: efectuar la implementación física de la interfaz Uu; la estación base implementa los canales físicos y transfiere la información de canales de transporte a los canales físicos. Un Nodo B puede atender varias celdas, también llamados sectores dependiendo de la configuración y tipo de antena. Las configuraciones más comunes incluyen celda omni (360º), 3 sectores (3 x 120º), 6 sectores (3 sectores de 120º de traslape amplio con tres sectores de diferente frecuencia). 31

44 CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS DE WCDMA Cada célula posee un SC (Scrambling Code; Código de Mezclado), y la estación móvil reconoce una célula mediante dos valores: SC (al iniciar sesión en una célula) y el número de identificación de la célula (para la topología de la red de radio) UE (EQUIPO DE USUARIO) O MS (ESTACIÓN MÓVIL) La estación móvil es la terminal del sistema, esta contiene dos entidades: el equipo móvil (ME) que es empleado para la comunicación sobre la interfaz Uu; y el módulo de identidad de suscriptor, USIM (UMTS Subscriber Identity Module; Modulo de Identidad del Abonado a la red UMTS). La MS es el elemento de red más visible del sistema UMTS en lo que al usuario final respecta. Desde el punto de vista de la red, la MS es responsable de aquellas funciones de comunicación que son necesarias en el otro extremo de la interfaz de radio, excepto cualquier solicitud del usuario final. La funcionalidad obligatoria de una MS UMTS se relaciona principalmente con la interacción entre la terminal y la red [2] INTERFACES DEL SISTEMA UMTS Las interfaces que contiene un sistema UMTS son las siguientes: Interfaz Uu. Es la interfaz por la cual la estación móvil tiene acceso a la parte fija del sistema, y es por lo tanto probablemente la interfaz más importante en UMTS. Interfaz lu. Es una interfaz abierta que conecta la red principal con la UTRAN. Puede tener dos casos diferentes, lu-cs (Circuit Switching) y lu-ps (Packet Switching). La lu-cs conecta la UTRAN a un centro de conmutación móvil (MSC). La interfaz lu-cs conecta la UTRAN al SGSN. Interfaz lub. Se sitúan entre el RNC y la estación base en la UTRAN. Algunas funciones que realizan son: dirigir los recursos de transporte, maneja la información del sistema, manejo del tráfico de los canales comunes, compartidos y especiales. Interfaz Lur. Es una interfaz abierta que conecta a dos radio controladores de red, lleva tanto la información de tráfico como de señalización. 32

45 CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS DE WCDMA 2.8 CANALES DE WCDMA El radio acceso WCDMA asigna el ancho de banda para los usuarios, el ancho de banda asignado y sus funciones de control se manejan utilizando el término canal. Para el transporte y gestión a través de la interfaz de aire de distintos tipos de tráfico, el 3GPP define tres canales; teniendo cada canal un papel específico en el establecimiento y duración de las sesiones en las redes de acceso UMTS, canales lógicos, canales de transporte y canales físicos. Los canales lógicos, describen el tipo de información que deberá transmitirse, los canales de transporte describen como los canales lógicos se transfieren y los canales físicos son los medios de transmisión proporcionando la plataforma de radio a través de la cual la información es realmente trasferida CANALES LÓGICOS Los canales lógicos proporcionan servicios de transferencia de datos de la capa MAC. Los canales lógicos dependiendo del tipo de información que transportan, se distinguen en dos tipos: de control, utilizados para transferir información en el plano de control y los de tráfico, utilizados para transferir información de usuario. Los distintos Canales de Control Lógicos son: BCCH (Broadcast Control Channel; Canal de Control de Difusión). Canal de enlace de bajada que controla información relacionada con la celda que identifica la red. PCCH (Paging Control Channel; Canal de Control de Búsqueda). Canal utilizado en el enlace de bajada para la transmisión de información de voceo. CCCH (Common Control Channel; Canal de Control Común). Canal bidireccional para la transmisión de información de control entre la red y la estación móvil. DCCH (Dedicated Control Channel; Canal de Control Dedicado). Canal punto a punto para la transmisión de información de control entre la red y la estación móvil [5]. 33

46 CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS DE WCDMA Los Canales de Tráfico Lógicos son: DTCH (Dedicated Traffic Channel; Canal de Tráfico Dedicado). Dedicado a solo una estación móvil, para la transferencia de información de usuario. CTCH (Common Traffic Channel; Canal de Tráfico Común). Canal unidireccional punto a multipunto utilizado en la trasmisión de información de usuario dedicada para todos o un grupo específico CANALES DE TRANSPORTE El canal de transporte es unidireccional y cuenta con las características para transportar los datos a través de la interface de aire. Se cuenta con dos tipos de canales de transporte: canales de trasporte dedicados, los cuales son un recurso específicamente para un solo usuario y los canales de trasporte comunes, el cual es compartido con todos o un grupo de usuarios dentro de una célula CANAL DE TRASPORTE DEDICADO El DCH (Dedicated Channel; Canal Dedicado) es el único canal de transporte dedicado. Este es un canal bidireccional, el cual se encarga de llevar los datos y control de información de las capas superiores, como: voz, video, datos, control de potencia, cambio rápido de tasa de datos CANALES DE TRASPORTE COMUN El canal de transporte común cuenta con varios canales para desempeñar una acción particular, pretendiendo regular la carga del sistema, ya que en ocasiones no todas las acciones que involucran la transferencia de datos son realizadas al mismo tiempo. Los canales de transporte comunes son los siguientes: BCH (Broadcast Channel; Canal de Broadcast). Canal de enlace de bajada el cual se utiliza para transmitir información de una red UTRAN a una célula en particular. 34

47 CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS DE WCDMA FACH (Forward Access Channel; Canal de Acceso de Bajada). Canal de enlace de bajada, el cual transmite información de control a la terminal móvil localizada en una célula [5]. PCH (Paging Channel; Canal de Voceo). Canal de transporte de enlace de bajada el cual es transmitido a toda la célula, llevando los datos necesarios para el procedimiento de voceo. RACH (Random Access Channel; Canal de Acceso Aleatorio). Canal de transporte de enlace de subida, el cual es recibido de toda la célula con un riesgo de colisión. Utilizado para llevar información de control desde la estación móvil hasta la estación base. CPCH (Common Packet Channel; Canal de Paquete Común). Canal de transporte de enlace de subida, envía paquetes de información a la red, utilizando un procedimiento más ordenado para evitar las colisiones producidas por el acceso de usuarios. DSCH (Downlink Shared Channel; Canal Compartido de Enlace de Bajada). Canal de transporte de enlace de bajada el cual es compartido por varios equipos móviles, el cual transporta información del usuario y control CANALES FÍSICOS Los canales físicos son el medio que se utiliza para enviar la información tanto de control y de usuario. Se caracterizan por la portadora de frecuencia, los códigos de scrambling, los códigos de canalización, el tiempo de inicio y parada de transmisión y en el enlace de subida CANAL FISICO PARA EL ENLACE DE SUBIDA Para la conexión de enlace de subida se cuenta con dos canales dedicados y un canal común. 35

48 CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS DE WCDMA DPDCH (Dedicated Physical Data Channel; Canal Físico de Datos Dedicado). Canal en el cual se realiza la función de la transmisión de los datos de usuario y control de la información. DPCCH (Dedicate Physical Control Channel; Canal Físico de Control Dedicado). Canal que transmite símbolos piloto para la recepción coherente y transmite bits de señalización para control de potencia [6] CANAL FISICO PARA EL ENLACE DE BAJADA Este canal cuenta con varios canales para el desempeño de acciones específicas. DDPCH (Downlink Dedicad Physical Channel; Canal Físico Dedicado del Enlace de Bajada). Consta de dos canales dedicados uno para el canal DPDCH y un canal de control, el cual es el canal físico de control dedicado, DPCCH. Utiliza el multiplexaje en tiempo para enviar los datos de usuario provenientes de capas superiores. CPICH (Common Pilot Channel; Canal Piloto Común). Canal que transmite una portadora que es usada para estimar los parámetros de canal. Es empleado para el control de potencia, transmisión y detección coherente, la estimación de canal y medición de celdas adyacentes, los canales piloto también sirven para obtener el código scrambling de la célula. PCCPCH (Primary Common Control Physical Channel; Canal Físico Primario de Control Común). Es usado para llevar el canal de Broadcoast (BCH). Se encarga de llevar información de control por toda la celda. SCCPCH (Secondary Common Control Physical Channel; Canal Físico Secundario de Control Común). Canal que transmite la información de los diferentes canales de transporte, FACH y PCH. SCH (Synchonization Channel, Canal de Sincronización). Canal utilizado por las estaciones móviles para la búsqueda de células, consta de un canal primario y un canal secundario. 36

49 CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS DE WCDMA PDSCH (Physical Dedicated Shared Channel; Canal Físico Compartido del Enlace de Bajada). Tiene como objetivo la trasferencia de paquetes de datos en tiempo no real. PRACH (Physical Accesses Chanel; Canal Físico de Acceso Aleatorio). Canal usado para transportar el RACH (Random Access Channel) en enlace de subida. CPCH (Common Packet Channel; Canal Físico de Paquetes Comunes). Canal de transporte de enlace de subida, es asignado utilizando el multiplexaje de tiempo, es usado por varios usuarios y utiliza el control de potencia. PICH (Paging Indicator Channel; Canal Indicador de Voceo). Canal físico de velocidad fija, utiliza un factor de dispersión de 256 bits, que se utiliza para transportar el indicador de voceo. El PICH está asociado con el SCCPCH [6]. 2.9 GSM VS WCDMA Las diferencias más importantes entre GSM y WCDMA son los siguientes: GSM utiliza TDMA como esquema de acceso múltiple, mientras que WCDMA utiliza CDMA. GSM fue creado principalmente para aplicaciones de voz. WCDMA soporta voz, paquetes de datos alta velocidad y aplicaciones multimedia. La interfaz subyacente de aire de WCDMA es mucho más sensible al rendimiento y su operación comparte muchas más similitudes con su rival CDMA 2000 el cual es el predecesor de GSM. Para conseguir la ganancia en desempeño en el nivel de enlace, sobre la ecualización GSM y sobre las técnicas de salto de frecuencia (Frecuency Hopping), WCDMA usa la tecnología de recepción rake para aumentar la diversidad. 37

50 CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS DE WCDMA 2.10 MULTITRAYECTORIA La mayoría de los sistemas de comunicaciones no operan en entornos de espacio libre, lo cual provoca que en la propagación de las ondas de radio tengan múltiples reflexiones, difracciones y atenuaciones de la energía de la señal. Las cuales son provocadas por los diversos obstáculos como edificios, árboles, montañas, etc., causando el fenómeno de propagación por multitrayectoria. Figura El entorno de propagación entre el transmisor y el receptor cambia de manera continua y arbitraria. De modo que las ondas llegan de distintas direcciones, múltiples copias, con atenuaciones y defasadas. Figura 2.14 Propagación por Multitrayectoria. Para disminuir los efectos de la multitrayectoria en un enlace es usado el receptor Rake. El receptor Rake está conformado por varios receptores levemente retrasados capaces de rastrear los rápidos cambios de amplitudes y fases provenientes del fenómeno de desvanecimiento, cada uno de ellos recibe una trayectoria que es decodificada y recuperada. Las salidas de los diferentes receptores son alineadas en tiempo, en la última etapa lleva a cabo la suma de las trayectorias, con el objeto de tener el máximo provecho de cada una. Figura El propósito del receptor Rake es mejorar el nivel de la señal recibida, pues las señales que se propagan a través de diversas trayectorias tienen diversas atenuaciones. 38

51 CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS DE WCDMA SEÑAL DE ENTRADA CORRELACIONA DOR I Q ROTADOR DE FASE ECUALIZADOR DE RETRASO I I GENERADOR DE CÓDIGO ESTIMADOR DE CANAL Q Q FINGER 1 FINGER 2 COMBINADOR FINGER 3 TIMING (FINGER ALLOCATION) FILTRO DE EMPAREJADO Figura 2.15 Diagrama Receptor RAKE PARÁMETROS DE DESEMPEÑO La cobertura de una red es importante para saber que esperar como usuarios del servicio. Al igual que en GSM, en WCDMA existen diferentes puntos para una conexión exitosa del teléfono móvil. Inicio de sesión en la red. Inicio de una llamada. Mantener una llamada iniciada. Llegar a una velocidad de datos específica en la transmisión de datos. Si la calidad de recepción va disminuyendo, los efectos observados son los siguientes. Disminuye la velocidad de datos. Desconexión de la llamada en curso (llamada pérdida). No se puede iniciar una nueva llamada. El equipo está desconectado de la red (desconexión de la red). El equipo no se puede iniciar sesión en la red. 39

52 CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS DE WCDMA La velocidad de datos de usuario no solo depende de la calidad de recepción, sino también del número de usuarios activos en una célula, si los usuarios tienen derecho a altas velocidades de datos, entre otros factores. Por lo cual la velocidad de datos disponible no es un buen indicador de calidad de recepción y cobertura. La capacidad de conectarse a la red es un requisito absoluto para utilizar cualquiera de los servicios que proporciona la red, por lo cual es el indicador más adecuado para medir la cobertura de la red. Una vez que el equipo está conectado a la red, se puede iniciar las llamadas y mantenerse, incluso si temporalmente la calidad de recepción disminuye aún más. Por lo cual, es necesario establecer uno o más valores de los parámetros técnicos que permiten que el equipo pueda iniciar sesión en la red. El acceso a la red son los criterios adecuados para decidir si una zona tiene cobertura o no CPICH (COMMON PILOT CHANNEL; CANAL PILOTO COMÚN) El canal CPICH transmite una portadora usada para estimar los parámetros del canal es la referencia física para otros canales. Se emplea para: Control de potencia. Transmisión. Detección coherente. Estimación de canal. Medición de celdas adyacentes. Obtención del código de mezclado (Scrambling Code). La medición sobre el aire permite determinar el número de sectores que están transmitiendo en un punto de un área determinada, así como, conocer la Dominancia del Piloto (PD, Pilot Dominance), el cual representa la fuerza del piloto más fuerte comparado con el siguiente piloto de mayor fuerza en el mismo canal. La sensibilidad de la mayoría de los equipos móviles disponibles en el mercado es de -80dBm [7]. 40

53 CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS DE WCDMA RSCP (RECEIVE SIGNAL CODE POWER; CÓDIGO DE POTENCIA DE SEÑAL RECIBIDA) RSCP es el valor de la energía de RF con que el móvil percibe al Nodo B después del proceso de correlación/decodificación, generalmente está dada en dbm. Denota la potencia medida por un receptor en un canal físico de comunicaciones en particular. Debe ser medido para cada código específicamente. RSCP se utiliza como: Indicador de la intensidad de la señal. Criterio de entrega en el control de enlace descendente de energía. Cálculo de pérdidas por trayectoria. Criterio para juzgar la calidad de la recepción. La Tabla 2.2 muestra los valores a considerar de RSCP encontrados en pruebas de laboratorio. Tabla 2.2 Valores RSCP [8]. RSCP -88dBm -95dB RSCP < -88dBm RSCP < -95dBm Bueno Aceptable Malo Ec/Io (ENERGY CHIP TO INTERFERENCE; RELACIÓN ENERGÍA DE CHIP A INTERFERENCIA) Ec/Io es la relación de la energía recibida por chip y el nivel de interferencia, definida únicamente por el canal piloto, usualmente dada en db. Se mide antes del desensanchamiento. En la Tabla 2.3 se muestra los valores de Ec/Io encontrados en pruebas de laboratorio. Tabla 2.3 Valores de Ec/Io [8]. Ec/Io -9dB -14dB Ec/Io < -9dB Ec/Io < -14dB Bueno Aceptable Malo 41

54 CAPÍTULO 2 FUNDAMENTOS DE WCDMA En una red normalmente el móvil recibe señales múltiples de otras estaciones base, las cuales transmiten en la misma frecuencia. Por lo cual es posible que aun en una ubicación cercana a la estación base, dependiendo del valor máximo de RSCP, no sea posible una conexión, debido a los altos niveles de interferencia de una segunda estación base cercana. Este efecto se denomina contaminación piloto. 42

55 CAPÍTULO 3 METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN CAPÍTULO 3 3 METODOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN En este capítulo, se presentan las principales características del equipo de medición, así como la configuración del mismo. El análisis y metodología utilizados para llevar a cabo el procesamiento de los datos obtenidos a través de las mediciones realizadas en el área de estudio, para la obtención de mapas de cobertura. 43

56 CAPÍTULO 3 METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN 3.1 CARACTERISTICAS DEL EQUIPO DE MEDICIÓN El equipo utilizado para las mediciones de potencia es el Spectrum Master MS2713E que se muestra en la Figura 3.1, fabricado por Anritsu. Figura 3.1 Spectrum Master MS2713E, Anritsu. Algunas de las opciones de medición que permite el equipo son: LTE, TD-LTE (20 MHz B/W). CDMA, EV-DO. GSM/EDGE. W-CDMA/HSPA+. TD-SCDMA/HSPA+. Fixed, Mobile WiMAX. ISDB-T, ISDB-T SFN. DVB-T/H, DVB-T/H SFN. PIM Analyzer [9]. 44

57 CAPÍTULO 3 METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN El equipo cuenta con diversas teclas para ejecutar cada una de sus funciones, siendo de uso fácil al usuario, permitiendo la realización de las mediciones. A continuación se muestra una vista del panel frontal en la Figura 3.2. Figura 3.2 Vista del Panel Frontal. Cuenta con almacenamiento local de tipo USB (Universal Serial Bus; Bus Universal en Serie) clase A permitiendo guardar las mediciones directamente a una memoria flash USB. Antes de encender el equipo es necesario colocar una antena que opere en el rango de frecuencias deseada en el puerto RF In (Radio Frecuency; Radiofrecuencia) mostrado en la Figura 3.3. En nuestro caso se utilizó una antena omni-direccional que opera en la banda de frecuencia de 870 a 960 MHz, conectada en el puerto RF In. En cuanto a la información de localización de cada medición puntual se requiere de una antena GPS (Global Positioning System; Sistema de Posicionamiento Global) conectada en el puerto designado. Para tener una exactitud en la lectura se requiere de la información de 5 satélites como mínimo. 45

58 CAPÍTULO 3 METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN Figura 3.3 Vista Superior. 3.2 CONFIGURACIÓN DE MEDICIÓN Antes de comenzar con las mediciones, es necesario verificar la configuración del equipo. Se debe de seleccionar el modo WCDMA Signal Analyzer haciendo uso de las flechas de arriba abajo dentro del menú desplegado por el equipo, como se muestra en la Figura 3.4. Figura 3.4 Modo de Operación. El análisis se hizo utilizando la medición de sobre del aire para realizar la identificación de los Scrambling Codes presentes en el área de interés. En la Tabla 3.1 se muestran los parámetros usados para las mediciones. 46

59 CAPÍTULO 3 METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN PARÁMETRO Frecuencia de Portadora Tabla 3.1 Parámetros de Configuración. VALOR / CARACTERÍSTICAS MHz Banda V Canal Adicional de Banda de Trabajo los Sistemas UMTS para el Enlace Descendente Canal 1087 Frecuencia de Trabajo de la Antena 870 a 960 MHz Tipo de Antena Omnidireccional En la Figura 3.5 se muestra la pantalla que el Spectrum Master despliega en la medición de potencia de CPICH. Figura 3.5 Medición CPICH. 47

60 CAPÍTULO 3 METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN La pantalla del equipo muestra barras las cuales representan la potencia de los SC (Scrambling Codes) detectados. Además de que expone los parámetros de potencia de Ec/Io, Ec, CPICH y piloto dominante, correspondiente a cada SC detectado. Para la medición de RSCP nos exhibe los parámetros del número de multitrayectorias, Tau, Tau (chips), Distancia, nivel de potencia de RSCP y Potencia Relativa. En la Figura 3.6 se muestra la pantalla que el Spectrum Master despliega en la medición de referente a RSCP. Figura 3.6 Medición RSCP. La distancia aproximada entre cada medición fue de 3 metros. Las mediciones se realizaron con el equipo de medición colocado a una altura de 1.1 metros sobre el nivel del piso y desplazándose con él a pie por los exteriores de las construcciones del área definida, como se muestra en la Figura 3.7. De esta forma se considera la altura promedio en que los usuarios hacen uso de sus terminales móviles. 48

61 CAPÍTULO 3 METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN Figura 3.7 Posición del Analizador para Realizar Mediciones a través del Aire. 3.3 PROCESAMIENTO DE INFORMACIÓN Las mediciones realizadas en el Spectrum Master son extraídas mediante una memoria flash USB, para posteriormente ser manipuladas mediante una computadora que tenga instalado el software Master Software Tools. Figura 3.8. Figura 3.8 Programa Mater Software Tools. Los archivos previamente descargados del equipo deben ser cargados dentro del Master Software Tools (MST) para su procesamiento. Una vez abierto el programa MST se debe ir a la barra de menú y elegir File Open y posteriormente seleccionar la ubicación de las mediciones y procesarlas. Figura 3.9. El formato de los archivos es diferente con el requerido, el cual es (*.txt), para ello es necesario realizar la conversión de *.wcd a *.csv (archivos de valores separados por comas), siendo útiles para su manejo en Excel. 49

62 CAPÍTULO 3 METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN Figura 3.9 Procesamiento de Archivo. El formato de archivo *.csv aun no nos permite procesar las mediciones, lo cual es necesario hacer una conversión a *.txt (delimitado por tabulaciones), siendo modificados mediante el programa Microsoft Excel. Posteriormente se reúnen todas las mediciones en un solo archivo, mediante un programa en C++, nos genera un archivo con los parámetros de interés (Longitud, Latitud, CPICH y RSCP). Una vez teniendo el archivo conjunto es necesario ordenar los datos en una hoja de datos de excel. Figura

63 CAPÍTULO 3 METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN Figura 3.10 Hoja de Datos en Excel. 3.4 GENERACIÓN DE MAPAS DE COBERTURA EMPLEANDO EASYKRIG MÉTODO DE KRIGE La mayoría de los métodos de interpolación da lugar a resultados semejantes cuando existe una gran cantidad de datos. Sin embargo, cuando estos escasean, las suposiciones que se realizan, sobre la variación del atributo en los lugares observados y la elección del método apropiado, son críticas, si se desea evitar unos resultados pobres. Los métodos geoestadísticos de interpolación, conocidos como krigeado (kriging en la literatura inglesa), intentan optimizar la interpolación mediante la división de la variación espacial en tres componentes: 51

64 CAPÍTULO 3 METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN 1. La variación determinística; diferentes niveles o tendencias que pueden tratarse como información primaria. 2. Las variaciones auto correlacionadas espacialmente, pero difíciles de explicar físicamente. 3. El ruido no correlacionado. Las variaciones espaciales correlacionadas se tratan en funciones como el variograma, las cuales muestran la información para optimizar los pesos y elegir unos radios precisos de búsqueda de datos, además de permitir cuantificar la continuidad o nivel de correlación entre las muestras. Los métodos geoestadísticos muestran una gran flexibilidad para la interpolación, pudiéndose estimar valores puntuales o en volúmenes más grandes que el soporte, así como métodos para incorporar información secundaria. Todos estos métodos dan lugar a unas superficies muy suaves, además de una estimación de la varianza en todos los puntos, lo cual no puede realizarse con otros métodos de interpolación. En contraste con otros interpoladores suaves, los cuales muestran un solo valor local medio, mediante simulaciones condicionales, conocidos el variograma y las observaciones originales, se puede conseguir un conjunto de realizaciones para mostrar el intervalo de valores posibles. El problema de la estimación de los atributos en los lugares no muestreados, se favorece de forma especial cuando se considera la existencia de un modelo de dependencia espacial. Las variables naturales se distribuyen en el espacio de una forma continua; la suposición común, referente a que los lugares próximos son más parecidos entre sí que al estar más alejados, suele cumplirse en la naturaleza. El krigeaje o krigeado, es el nombre genérico utilizado por los usuarios de la geoestadística para denominar a una familia de algoritmos de regresión mediante mínimos cuadrados, en reconocimiento al trabajo pionero de Danie Krige, en Todos los estimadores del tipo krigeaje no son solo variantes del estimador lineal básico, definido como: Z x m x = n i=1 ω i Z x i m x i (3.1) 52

65 CAPÍTULO 3 METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN Dónde: ωi: Son los pesos asignados a los datos z(xi), siendo éstos realizaciones de la variable aleatoria Z(xi). Los valores esperados de las variables aleatorias Z(x) y Z(xi) son m(x) y m(xi) respectivamente. De acuerdo a los datos existentes se define un entorno de interpolación en el cuál queden contenidos la mayoría de dichos datos, y se toman los que queden mejor ajustados a la curva de varianza para que el método sea confiable. Debido a que tanto los valores desconocidos, z(x), como los datos, z(xi) son realizaciones de las variables aleatorias Z(x) y Z(xi), se puede definir el error de la estimación, Z * (xi)- Z(x), como una variable aleatoria. Todos los tipos de modelo de Krige comparten el objetivo de minimizar la varianza del error (o de la estimación), σ E 2 (x), con la restricción de ser un estimador insesgado, es decir: Con la restricción: σ E 2 x = Var Z x i Z(x) Mínimo (3.2) E Z x i Z x = 0 Las clases de modelos de Krige varían en función del modelo adoptado para la función aleatoria Z(x). Esta se descompone en una componente residual, R(x), y otra relativa a la tendencia, m(x): Z x = R x m(x) La componente residual modela como una función aleatoria estacionaria con media nula y covarianza C(): Así se tiene: E R x = 0 (3.3) Cov R x, R x + = E R x R x + = C() E[Z x = m(x)] (3.4) 53

66 CAPÍTULO 3 METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN TIPOS DE MODELO DE KRIGE En función del modelo considerado para la tendencia, m(x), se pueden distinguir tres tipos de modelos de Krige: 1. Krige Simple. Considera que la media m(x),es conocida y constante en toda el área experimental: m(x) = m. 2. Krige Ordinario. Considera las fluctuaciones locales de la media, limitando el dominio de estacionariedad de la misma a un ámbito local: m(x) = Constante pero desconocida. 3. Krige con un modelo de tendencia (Krigeado Universal). Considera la media desconocida, pero variando suavemente dentro de cada entorno local y, por tanto, en toda el área de estudio. El modelo de tendencia se modela como una combinación lineal de funciones, fi(x): m(x) k j =1 a j x f j (x) Siendo a j x constantes pero desconocidas. Por convención, f j (x) = 1, por lo que cuando j = 0, equivale al Krige ordinario PROPIEDADES GENERALES DEL MODELO DE KRIGE Conviene considerar que las características del Krige son muy deseables desde el punto de vista de la estimación, lo cual hace que estos estimadores sean superiores a otros. Los rasgos fundamentales son: a) El Krigeado es un estimador BLUE: B Best Error minimo: σ E 2 x, Mínimo L Linear Estimación lineal: Z * = Σ ωizi U Unbiased Insesgado E(Z * ) = E(Z) E Estimado Sin embargo, conviene enfatizar que la minimización del error se realiza suponiendo que se conoce el variograma con exactitud. La estimación del variograma es un proceso difícil y no cuantificable, es decir, los variogramas no se conocen exactamente. Por tanto, que el Krige es un BLUE requiere esta matización. 54

67 CAPÍTULO 3 METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN Además, si se supone que el variograma es conocido con exactitud, puede que otros métodos de estimación, no lineales, muestren unos errores de estimación menores, El único caso, en el cual el Krige da lugar a la mejor estimación absoluta, es aquel donde la función aleatoria tiene una distribución normal. b) El Krige es un estimador exacto. Es decir, Z * (x) = Z(x) para todos los puntos observados. La varianza de Krige en esos puntos es nula: σ E 2 x = 0, o sea, la incertidumbre es nula. Esta propiedad es altamente deseable y suele emplearse como argumento a favor de Krige sobre alternativas como el ajuste polinómico mediante mínimos cuadrados. c) Las ecuaciones de Krige, por tanto los pesos ωi, no dependen de los valores medidos de las variables, sino de sus posiciones y del variograma. Esto es interesante para algunas aplicaciones prácticas. Particularmente, la varianza del error de la estimación sólo depende del variograma y de los pesos, la solución de las ecuaciones de Krige, por tanto, independientes de los valores medios. El hecho de poder calcularse la varianza antes de realizar las mediciones, es una propiedad muy útil para el diseño de redes de observación ENTORNOS Y PUNTOS OBSERVADOS PARA LA ESTIMACIÓN DE VECINDARIOS En todo proceso de estimación local debe decidirse con anticipación la manera de seleccionar los datos observados que den lugar a unos resultados óptimos, sin tener que disponer de toda la base de datos para la estimación de cada uno de los puntos del área experimental. Aplicándose al caso de Krige, puede procederse de diversas maneras, fijando una serie de parámetros. Éstos son: 1. Tamaño del entorno alrededor del punto a estimar vecindario. Teóricamente, el tamaño del entorno que se emplee para la interpolación puede ser tan grande como el área experimental. Pero esto no tiene mucho sentido en la mayor parte de los casos, ya que los puntos observados situados lejos del punto a estimar aportan una información muy escasa. El Krige es un estimador eminentemente local. 55

68 CAPÍTULO 3 METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN En principio, una buena guía para la determinación del tamaño del entorno es el rango del variograma. Se podría decir que una dimensión mayor al rango no es adecuada, ya que los puntos estarían demasiado alejados como para tener una dependencia espacial entre los mismos. 2. Número mínimo de puntos observados a considerar en la estimación del vecindario. Deben considerarse dos cuestiones opuestas. La interpolación, para que sea adecuada, debe basarse en una cantidad suficiente de puntos, recomendándose un número mayor de 10. Sin embargo, si se toma un número muy escaso de puntos, el entorno del área alrededor del punto a estimar puede reducirse considerablemente, llegando incluso a ser menor que el área real de muestreo. Ello conlleva una aceptación de interpolaciones con sólo 2 o 3 puntos. 3. Número máximo de puntos observados a considerar en la estimación. Se podría considerar un número tan alto de puntos observados que, la adición de otro dato, no cambia la estimación. O sea, los pesos serían tan pequeños que podrían eliminarse dichos puntos. Esto suele ocurrir cuando el número de puntos observados es de En la práctica, existen 3 aproximaciones alternativas: a) Se fija el tamaño del entorno y se usan todos los puntos observados que englobe. b) Se fija el número de puntos observados y se permite que el entorno varíe. c) Se fijan los tres parámetros [10]. 56

69 CAPÍTULO 3 METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN Para convertir la información discreta en información continua es necesario utilizar la aplicación Easy Krige v3.0 que trabaja sobre la plataforma de MatLab. Figura Figura 3.11 Interfaz EasyKrig v3.0. Primero se debe leer los datos obtenidos desde el archivo fuente anteriormente mencionado con extensión *.txt, se grafican los datos de tal forma que las coordenadas geográficas definan los ejes y el nivel de potencia sea determinado por el color con el cual se representa la muestra puntual. Figura

70 CAPÍTULO 3 METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN Figura 3.12 Archivo de Texto Cargado en el Software. Una vez que son colocados los puntos se genera un variograma experimental y posteriormente se genera el variograma teórico, haciendo una comparación entre ambos (Figura 3.13), si los datos son suficientes y significativos se llevará a cabo el krigeo lo cual se comprueba mediante la validación del proceso. Figura

71 CAPÍTULO 3 METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN Figura 3.13 Variograma. Figura 3.14 Validación de los Datos. 59

72 CAPÍTULO 3 METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN La validación es caracterizada por una distribución estadística gaussiana o (normal), la cual es utilizada considerando los obstáculos en el trayecto entre el transmisor y el receptor [11]. Al cumplir las condiciones, el mapa de cobertura es construido adecuadamente, como se ve en la Figura 3.15, se puede apreciar la zona en la cual la señal recibida es aceptablemente buena. La escala puede ser modificada dependiendo del requerimiento. Figura 3.15 Mapa de Cobertura. Después del procesamiento de los datos, el mapa de cobertura obtenido es superpuesto en una fotografía satelital del área de estudio (Figura 3.17). Los mapas son georeferenciados, haciendo uso del software Google Earth. Figura Figura 3.16 Programa Google Earth. 60

73 CAPÍTULO 3 METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN De tal manera que es posible identificar los obstáculos que se presentan en la atenuación de la señal, así como las zonas en la cual la señal transmitida tiene una mejor recepción. Figura 3.17 Superposición del Mapa de Cobertura. 61

74 CAPÍTULO 4 RESULTADOS EXPERIMENTALES CAPÍTULO 4 4 RESULTADOS EXPERIMENTALES En este capítulo se da a conocer los resultados obtenidos de las mediciones realizadas y se lleva a cabo un análisis de los mismos. Además se define el área y los parámetros que fueron considerados para las mediciones. 62

75 CAPÍTULO 4 RESULTADOS EXPERIMENTALES El objetivo de dicho trabajo es realizar una comparación de los parámetros de desempeño en una red WCDMA, considerando particularmente CPICH, RSCP y Ec/Io. Para dicho análisis se tomaron en cuenta dos entornos urbanos con diferentes características, estructurales y de distribución, los cuales fueron Lindavista y Polanco. En la Tabla 4.1 se muestra las características de Lindavista y Polanco: ESCENARIO DE PRUEBA Tabla 4.1 Características de las Zonas Medidas. PERIMETRO DE LA ZONA AREA MEDIDA ALTURA PROMEDIO DE EDIFICIOS ANCHO PROMEDIO ENTRE CALLES LINDAVISTA 6.23 Km 3.08 Km 2 12 m 11 m POLANCO 8.36 Km 3.74 Km 2 20 m 21 m Ambas zonas se eligieron en base a diferentes características, en el caso de Lindavista, se toma en cuenta por ser una zona escolar y comercial con una densidad de población estudiantil considerable, al igual que los diversos tipos de ambientes que se encuentran dentro de la zona, como lo son: parques y la zona deportiva de Zacatenco que se consideran zonas abiertas por la gran cantidad de árboles y espacio dentro del área, así como unidades habitacionales y centros comerciales que por las estructuras se consideran zonas urbanas. En el caso de la zona de Polanco, es considerada por ser una zona de oficinas donde la concentración del tráfico en la red es mayor, sin dejar de lado las características de sus edificaciones y que cuenta con zonas arboladas. Las mediciones se realizaron tomando en cuenta una altura promedio de 1.1 metros que es aproximadamente la altura a la que un usuario porta su equipo terminal o móvil, a un hora determinada entre las 12:00 y 17:00 horas, debido a que se considera que en este horario existe una mayor demanda en la red móvil. El procedimiento para realizar las mediciones se aprecia a detalle en el CAPÍTULO 3, por lo cual solo se mostraran y analizaran los resultados obtenidos. 63

76 CAPÍTULO 4 RESULTADOS EXPERIMENTALES Se recordara de una manera general, los parámetros que se configuraron en el equipo (Tabla 4.2), para realizar las mediciones, así como los valores adecuados para cada uno de los parámetros de análisis (Tabla 4.3). Tabla 4.2 Valores y Características del Equipo de Medición. PARÁMETRO Frecuencia de Portadora Banda de Trabajo Frecuencia de Trabajo de la Antena Tipo de Antena VALOR/CARACTERÍSTICAS MHz Banda V Canal Adicional de los Sistemas UMTS para el Enlace Descendente 870 a 960 MHz Omnidireccional Tabla 4.3 Valores de Desempeño. PARAMETRO CPICH RSCP Ec/Io Bueno Aceptable Malo Bueno Aceptable Malo VALOR -80 dbm RSCP > -88dBm -95dBm < RSCP < -88dBm RSCP < -95dBm Ec/Io > -9dB -14 db < Ec/Io < -9dB Ec/Io < -14dB A continuación se muestran los resultados del primer escenario de prueba que es Lindavista. Primeramente se delimita el área a medir y se identifican aquellos nodos B que tengan presencia en la zona. Figura

77 CAPÍTULO 4 RESULTADOS EXPERIMENTALES Figura 4.1 Área de Medición y Nodos B del Primer Escenario de Prueba Lindavista. Una vez delimitada el área se comienza a realizar las mediciones para el primer parámetro de análisis, el cual es CPICH, en la Tabla 4.4 se muestran los resultados obtenidos. Tabla 4.4 Resultados Obtenidos de CPICH Lindavista. PARÁMETRO VALOR Mediciones Nodos B 6 Scrambling Code 53 Pilotos Dominante 25 Mínimo valor de CPICH en dbm Máximo valor de CPICH en dbm Valores mayores a -80 dbm Valores menores a -80 dbm % de valores mayores a -80 dbm % % de valores menores a -80 dbm % 65

78 CAPÍTULO 4 RESULTADOS EXPERIMENTALES Con los datos obtenidos y procesados con ayuda de EasyKrige v3.0 el cual trabaja sobre la plataforma de MatLab, se obtienen los siguiente resultado. Figura 4.2 Distribución de los Niveles de Potencia para CPICH. En la Figura 4.2 se aprecia la distribución de la potencia para CPICH, en donde se pueden observar regiones con niveles de dbm, valor correspondiente en las regiones de color azul fuerte, lo cual indica, (considerando como punto inicial una sensibilidad de -80 dbm en el equipo móvil), que en estos puntos el dispositivo es incapaz de detectar una señal de CPICH, lo cual se reflejara en el dispositivo como una falta de la señal en el mismo. En contraparte se encontraron niveles de dbm dentro de las zonas naranjas y rojas lo cual es un nivel superior al mínimo requerido de -80 dbm para que el móvil detecte una señal. El siguiente paso es georeferenciar la imagen obtenida, de esta manera se obtiene un panorama más amplio de los resultados. 66

79 CAPÍTULO 4 RESULTADOS EXPERIMENTALES Figura 4.3 Mapa Georeferenciado de los Niveles de Potencia de CPICH Lindavista. Una vez georeferenciados los datos, se apreciara de una manera más fácil las zonas en las cuales los niveles de potencia disminuyen. Si se observa en la Figura 4.3, se encuentran los putos mínimos de potencia, cercanos al área de campos de la zona escolar de Zacatenco y en puntos cercanos a la Avenida Insurgentes. En la zona escolar de Zacatenco se observa una disminución de la potencia a causa de que es una zona arbolada y abierta lo que se asocia a la absorción de la señal, y debido a que se considerada zona Federal, no es posible llevar a cabo la instalación de un Nodo B dentro de las instalaciones que se haga cargo de dicha cobertura. De manera más detallada se analiza la información por SC. Se observa en la Figura 4.4 que en total se encontraron una cantidad de 24 Scrambling Code, dentro de la zona de análisis. 67

80 Número de Apariciones CAPÍTULO 4 RESULTADOS EXPERIMENTALES Número de Scrambling Code Figura 4.4 Cantidad de Scrambling Code en CPICH. En la Tabla 4.5 se presentan los primeros 10 Scrambling Code con una incidencia alta y una presencia como Piloto Dominante de la zona. Tabla 4.5 Incidencias por Scrambling Code. SC No DE INCIDENCIA PILOTO DOMINANTE

81 CAPÍTULO 4 RESULTADOS EXPERIMENTALES Como se aprecia el SC 377 es el que mayor número de incidencias tiene dentro de la zona y aparece mayor veces como piloto dominante. En la Tabla 4.6 se muestran los parámetros en base al SC 377 para CPICH. Tabla 4.6 Resultados de CPICH para el SC 377. PARÁMETROS VALOR Mediciones 671 Pilotos Dominante 385 Mínimo valor de CPICH en dbm Máximo valor de CPICH en dbm Valores mayores a -80 dbm 282 Valores menores a -80 dbm 389 % de valores mayores a -80 dbm 42.02% % de valores menores a -80 dbm 57.97% Al momento de realizar el mapa y georeferenciado se aprecia con mayor claridad la presencia y la influencia del SC 377 sobre la zona. Figura 4.5. Figura 4.5 Distribución de los Niveles de Potencia para CPICH del SC

82 CAPÍTULO 4 RESULTADOS EXPERIMENTALES Como se aprecia en la Figura 4.6, se muestra la distribución obtenida para los niveles de potencia de CPICH solo del SC 377. La presencia del SC cubre la mayor parte de la zona medida. Figura 4.6 Mapa Georefenciado de Niveles de Potencia para CPICH del SC 377. En este punto se aprecia de forma clara que la potencia va disminuyendo conforme la distancia va aumentando, en otras palabras conforme el usuario se aleja más del Nodo B, existe menos probabilidad de que sea este el que le dará servicio, teniendo siempre presente que la potencia sufre una atenuación debida a las pérdidas producidas en el espacio libre. 70

83 CAPÍTULO 4 RESULTADOS EXPERIMENTALES Otro parámetro considerado es la Relación Energía de Chip a Interferencia (Ec/Io). El cual toma en consideración aspectos como los obstáculos dentro del canal y nos da un parámetro de calidad de servicio, de esta manera el terminal móvil hace decisiones de hacia dónde es conveniente anclar el servicio y se disminuye la posibilidad de estar realizando Handover. En la Tabla 4.7 se muestran los resultados obtenidos de Ec/Io. Tabla 4.7 Resultados Obtenidos de Ec/Io Lindavista. PARÁMETRO VALOR Mediciones Nodos B 6 Scrambling Code 53 Pilotos Dominante 25 Mínimo valor de Ec/Io en db Máximo valor de Ec/Io en db Valores mayores a -14 db Valores menores a -14 db % de valores mayores a -14 db % % de valores menores a -14 db % En la figura 4.7 se aprecia la distribución de la potencia para Ec/Io, mientras que la Figura 4.8 corresponde al mapa georeferenciado de Ec/Io. En ambas se observa zonas con niveles de db hasta db, en realidad estos valores se encuentran fueran de los rangos considerables de Ec/Io por lo cual para el dispositivo será más complicado elegir a que Nodo B debe quedar referenciado. 71

84 CAPÍTULO 4 RESULTADOS EXPERIMENTALES Figura 4.7 Distribución de los Niveles de Potencia de Ec/Io. Figura 4.8 Mapa Georeferenciado de los Niveles de Potencia de Ec/Io Lindavista. 72

85 CAPÍTULO 4 RESULTADOS EXPERIMENTALES El siguiente parámetro de análisis es RSCP. El rango entre bueno y aceptable en los niveles de RSCP van desde -95 dbm hasta mayores a -88 dbm un valor mucho mayor que los de CPICH. Los resultados arrojados de las mediciones de RSCP se muestran en la Tabla 4.8. Tabla 4.8 Resultados Obtenidos de RSCP Lindavista. PARÁMETRO VALOR Mediciones Nodos B 6 Scrambling Code 24 Mínimo valor de RSCP en dbm Máximo valor de RSCP en dbm Valores mayores a -95 dbm Valores menores a -95 dbm 717 % de valores mayores a -95 dbm % % de valores menores a -95 dbm % Se puede ver en la Figura 4.9 que los niveles de potencia van aproximadamente entre -95 dbm hasta -50 dbm, lo cual indica que la mayor parte de la zona se encuentra dentro de los niveles de RSCP entre buenos y aceptables, por lo que en realidad la calidad de la señal recibida por el móvil es buena. Al igual se observa valores de potencias de dbm, en las zonas de color azul más fuerte lo cual es un nivel que es considerado como malo. En la figuras 4.3 y 4.10, se aprecia que ambos mapas tanto el de CPICH como RSCP son muy similares, sin embargo los niveles de potencia obtenidos para el mapa de RSCP mejoran en comparación a los de CPICH esto de acuerdo a los valores estándar, los niveles en la calidad de la señal son buenos, esto referido a la capacidad del dispositivo de tomar las multitrayectorias y hacer que la señal mejore. En el mapa de RSCP la zona de cobertura aumenta en comparación con los resultados obtenidos para CPICH. 73

86 CAPÍTULO 4 RESULTADOS EXPERIMENTALES Figura 4.9 Distribución de los Niveles de Potencia para RSCP. Figura 4.10 Mapa Georeferenciado de los Niveles de Potencia de RSCP Lindavista. 74

87 Número de Apariciones CAPÍTULO 4 RESULTADOS EXPERIMENTALES Al igual que en caso presentado para CPICH, a continuación se hace un análisis por SC presentes en la medicines para RSCP, para este caso dentro de la zona se detectaron solo 24 SC, estos representan solo aquellos Scrambling que en CPICH se detectaron como pilotos dominantes se presentan los siguientes resultados Número de Scrambling Code Figura 4.11 Cantidad de Scrambling Code en Lindavista para RSCP. 75

88 CAPÍTULO 4 RESULTADOS EXPERIMENTALES En la Tabla 4.9 se muestran el número de apariciones de los 10 primeros SC detectados en RSCP. Tabla 4.9 Incidencias por Scrambling Code para RSCP. SC No DE INCIDENCIA Como se puede apreciar el SC 377 es el dominante y en este punto no es extraño ya que como lo mencionamos aquellos SC que son detectados en las mediciones de RSCP son los mismo que fueron detectados como pilotos dominantes en las medicines para CPICH. La Tabla 4.10 muestra datos en base al SC 377 para RSCP. Tabla 4.10 Resultados de RSCP para el SC 377. PARÁMETRO VALOR Mediciones 766 Mínimo valor de RSCP en dbm Máximo valor de RSCP en dbm Valores mayores a -95 dbm 598 Valores menores a -95 dbm 168 % de valores mayores a -95 dbm % % de valores menores dbm a -95 dbm % dbm En la Figura 4.12 y 4.13 se verá el resultado de la distribución de la potencia que se obtiene para RSCP del SC

89 CAPÍTULO 4 RESULTADOS EXPERIMENTALES Figura 4.12 Distribución de los Niveles de Potencia para RSCP para el SC 377. Figura 4.13 Mapa georeferenciado de los niveles de potencia para RSCP para el SC

90 CAPÍTULO 4 RESULTADOS EXPERIMENTALES Si hacemos una comparación con la Figura 4.6 y 4.13 vemos que las áreas de cobertura aunque son similares, el área que se abarca en RSCP es un poco menor, esto se debe a que al propagarse la señal electromagnética surgen fenómenos tales como la difracción, la reflexión y la absorción, sin olvidar que la medida en este punto es tomada después de realizar el desensanchamiento de la señal y que tenemos las ventajas del Receptor Rake, mejorando la sensibilidad en nuestros equipos. Una vez que se concluyó el análisis de los resultados del primer escenario se comienza con el análisis para el segundo escenario de prueba que es Polanco. Al igual que con el escenario anterior, primero se delimito la zona a medir y se identificaron los nodos B con presencia en la zona medida. Figura Figura 4.14 Área de Medición y Nodos B del Segundo Escenario de Prueba Polanco. 78

91 CAPÍTULO 4 RESULTADOS EXPERIMENTALES El primer parámetro a analizar es el de CPICH con el cual se obtuvo la Tabla Tabla 4.11 Resultados Obtenidos de CPICH Polanco. PARÁMETROS VALOR Mediciones Nodos B 20 Scrambling Code 99 Piloto Dominante 75 Mínimo valor de CPICH en dbm Máximo valor de CPICH en dbm Valores mayores a -80dBm Valores menores a -80 dbm % de valores mayores a -80dBm 60.21% % de valores dbmdbm menores a -80dBm 39.78% dbm En base a los resultados obtenidos de CPICH se genero el siguiente mapa de distribución de potencia de la zona. Figura 4.15 Figura 4.15 Distribución de los Niveles de Potencia para CPICH. 79

92 CAPÍTULO 4 RESULTADOS EXPERIMENTALES Para el caso de Polanco y tomando las mismas consideraciones iníciales que se tomaron para el primer escenario que es Lindavista en los valores estándar de CPICH, se observa que los valores en la escala van de -90 a -55 dbm, en el mapa de la Figura 4.15 los valores más bajos proporcionados son de dbm, el cual aún está por encima de los -80 dbm mínimos requeridos por el móvil, por lo que prácticamente en toda la zona se encuentra con cobertura. Una vez que se hace la georeferencia, se puede observar a detalle cuales son las zonas en las que la señal disminuye considerablemente. Figura Figura 4.16 Mapa Georeferenciado de los Niveles de Potencia de CPICH de Polanco. En la Figura 4.16 se logra apreciar que la zona cercana a lo que es el Bosque de Chapultepec en la parte inferior derecha es la más afectada en cuanto a los niveles de potencia presentados con valores de dbm, esta disminución en la potencia se debe a que es una zona completamente arbolada y abierta lo que genera una absorción de la señal, recordando también que el bosque de Chapultec es una zona Federal, por lo que tampoco se permite la instalación de Nodos B dentro de esa área en particular. 80

93 Número de Aparciones CAPÍTULO 4 RESULTADOS EXPERIMENTALES De igual manera que para el escenario anterior el análisis particular, es decir por Scrambling Code arroja los siguientes resultados, en total se encontraron 99 SC. Figura Numero de Scrambling Code Figura 4.17 Cantidad de Scrambling Code de CPICH en Polanco. En la Tabla 4.12 se aprecia a detalle el valor de los 10 SC con mayor presencia dentro de la zona. Tabla 4.12 Incidencias por Scrambling Code para CPICH en Polanco. SC INCIDENCIAS PD

94 CAPÍTULO 4 RESULTADOS EXPERIMENTALES Como se aprecia el SC con mayor incidencia en la zona y como piloto dominante es el identificado con número 82, los resultados que se encontraron se muestran en la Tabla Tabla 4.13 Resultados de CPICH para el SC 82. PARÁMETRO VALOR Mediciones 178 Pilotos Dominante 129 Mínimo valor de CPICH en dbm Máximo valor de CPICH en dbm Valores mayores a -80 dbm 137 Valores menores a -80 dbm 41 % de valores mayores a -80 dbm 77.00% % de valores menores a -80 dbm 23.00% Mapeando los resultados obtenidos se tienen la Figura Figura 4.18 Distribución de los Niveles de Potencia para CPICH del SC

95 CAPÍTULO 4 RESULTADOS EXPERIMENTALES Se puede apreciar en la Figura 4.19 que el área de cobertura que abarca SC 82 no abarca toda el área de medición, esto debido a que a diferencia del escenario de Lindavista en Polanco se cuenta con un mayor número de Nodos B, incluso se aprecia que existen 4 nodos dentro de la región abarcada por el SC 82. Figura 4.19 Mapa Georefenciado de Niveles de Potencia para CPICH del SC 377. El 77% de las mediciones que se obtuvieron de este SC se encontraron por debajo de los -80 dbm requeridos por el móvil. 83

96 CAPÍTULO 4 RESULTADOS EXPERIMENTALES Para el parámetro de la Relación Energía de Chip a Interferencia (Ec/Io), se obtuvo los siguientes datos (Tabla 4.14). Tabla 4.14 Resultados Obtenidos de Ec/Io Polanco. PARÁMETRO VALOR Mediciones Nodos B 20 Scrambling Code 99 Pilotos Dominante 2362 Mínimo valor de Ec/Io en db Máximo valor de Ec/Io en db Valores mayores a -14 db Valores menores a -14 db % de valores mayores a -14 db % % de valores menores a -14 db % De los datos anteriores se obtiene la siguiente distribución de potencia (Figura 4.20). Figura 4.20 Distribución de los Niveles de Potencia para Ec/Io. 84

97 CAPÍTULO 4 RESULTADOS EXPERIMENTALES En la figura 4.20 se aprecia la distribución de la potencia para Ec/Io, en donde se pueden observar zonas con niveles de db hasta db, en realidad estos valores se encuentran desde los rangos considerables para estándar de Ec/Io como malos hasta los buenos y aceptables, pero a pesar de que existe una mayor distribución de dichos parámetros para el dispositivo móvil será complicado elegir el Nodo B. En la Figura 4.21, se observa que una razón por la cual esta medición indica que la calidad en el servicio es baja, es porque a pesar de que encontramos bastantes Nodos B cubriendo la zona, también se provoca una contaminación e interferencia entre los mismos. Figura 4.21 Mapa Georeferenciado de los Niveles de Potencia de Ec/Io de Polanco. Al igual que en caso planteado en el primer escenario analizado, los niveles de Ec/Io en su mayoría no cumplen con el estándar, no quiere decir que los usuarios quedaran sin servicio, solo que la calidad del mismo no será la mejor. 85

98 CAPÍTULO 4 RESULTADOS EXPERIMENTALES El siguiente y último parámetro de análisis es el RSCP, en la Tabla 4.15 se muestran los resultados obtenidos de este parámetro. Tabla 4.15 Resultados Obtenidos de RSCP Polanco. PARÁMETRO VALOR Mediciones Nodos B 20 Scrambling Code 75 Mínimo valor de RSCP en dbm Maximo valor de RSCP en dbm Valores mayores a -95 dbm Valores menores a -95 dbm 103 % de valores mayores a -95 dbm % % de valores menores a -95 dbm 2.26 % Con estos valores se obtienen la siguiente distribución de potencias de RSCP (Figura 4.22). Figura 4.22 Distribución de los Niveles de Potencia para RSCP. 86

99 CAPÍTULO 4 RESULTADOS EXPERIMENTALES Para el caso de los niveles de RSCP en Polanco, los niveles mínimos de potencia son de dbm y el máximo de dbm, ambos dentro de los rangos de bueno y aceptable para el estándar de RSCP. Si se observan las Figuras 4.15 y 4.22, se puede apreciar una similitud en ambos mapas, observando también una mejora en la potencia de la señal incluso en la zona cerca al Bosque de Chapultepec, este último punto se aprecia mejor al momento de georeferenciar la imagen obtenida. Figura Figura 4.23 Mapa Georeferenciado de los Niveles de Potencia de RSCP de Polanco. Aunque los niveles de la zona pegada al Bosque de Chapultepec marquen valores malos tanto para CPICH como para RSCP, si se logra apreciar una mejora en la cobertura de esta área. En este punto se puede decir que la calidad de la señal recibida por el móvil es buena en toda la zona. 87

100 Número de Apariciones CAPÍTULO 4 RESULTADOS EXPERIMENTALES Dentro de la zona en las mediciones de RSCP se tienen 75 Scrambling Code (Figura 4.24), este número no es muy fiel con respecto a los 99 SC detectados como pilotos dominantes, son embargo no quiere decir que los SC detectados para RSCP sean erróneos, solo hace referencia a que no todos los SC fueron detectados Número de Scrambling Code Figura 4.24 Cantidad de Scrambling Code de RSCP en Polanco. En la Tabla 4.16 se observan los 10 principales SC detectados en la zona. Tabla 4.16 Incidencias por Scrambling Code para RSCP en Polanco. SC INCIDENCIAS

101 CAPÍTULO 4 RESULTADOS EXPERIMENTALES En este caso el SC 82 vuelve a predominar en la zona con 247 apariciones los resultados obtenidos se muestran en la Tabla Tabla 4.17 Resultados de RSCP para el SC 82. ARÁMETRO VALOR Mediciones 247 Mínimo valor de RSCP en dbm Máximo valor de RSCP en dbm Valores mayores a -95dBm 236 Valores menores a -95 dbm 11 % de valores mayores a -95 dbm % % de valores menores a -95 dbm 4.46 % Al mapear los resultados se obtienen los siguientes aspectos. Figura Figura 4.25 Distribución de los Niveles de Potencia para RSCP del SC

102 CAPÍTULO 4 RESULTADOS EXPERIMENTALES Figura 4.26 Mapa georeferenciado de los niveles de potencia para RSCP para el SC 82. Al igual que en el escenario anterior el área de cobertura por el SC 82 se reduce en comparación con la que se abarca en CPICH (Figura 4.26), también se aprecia que los niveles de potencia aceptables cumplen con un 95.45% lo que nos dice que prácticamente en esta región en particular la calidad de la señal recibida en el móvil es buena. 90