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ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS UNIVERSIDAD DE SEVILLA

INGENIERÍA SUPERIOR DE TELECOMUNICACIÓN PROYECTO FIN DE CARRERA

INTEGRACIÓN DE UNA ESTACIÓN BASE EN UNA RED MÓVIL EXISTENTE Dep. Teoría de la Señal y Comunicaciones

SEVILLA – Mayo 2010

Autor: Antonio Guadalupe Castillo Tutor: María José Madero Ayora

Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente

Índice

INDICE

Indice

Capítulo 1: Objetivos del Proyecto 1.1.- Contenido del Proyecto

Capítulo 2: Reseña tecnológica 2.1.- Tecnología GSM 2.1.1.- Introducción 2.1.2.- Arquitectura de red GSM 2.1.3.- Interfaces de la red GSM 2.1.4.- Bandas de Frecuencia GSM y Canales. 2.2.- Tecnología UMTS 2.2.1.- Introducción 2.2.2.- Arquitectura de red UMTS 2.2.3.- Interfaces de la red UMTS

Capitulo 3: Necesidades en la red existente 3.1.- Planificación Radio 3.1.1.- Datos nominales 3.2.- Adquisición del emplazamiento 3.2.1.- Búsqueda de emplazamientos 3.2.2.- Documentación asociada / Contrato / Legalización. (Ejemplo propuesto) 3.2.3.- Infraestructura nominal

Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente Capítulo 4: Diseño Radio 4.1.- Zona a cubrir 4.2.- Diseño de celdas 4.3.- Replanteo 4.3.1.- Sistema radiante a instalar 4.3.2.- Equipos / bastidores a instalar 4.3.3.- Configuración a instalar 4.4.- Documentación asociada 4.5.- Dimensionamiento portadoras / capacidad 4.6.- Datos Radio 4.6.1.- Asignación de frecuencias / Asignación de Scrambling Codes 4.6.2.- Definición de vecinas

Capítulo 5: Transmisión asociada 5.1.- Red de acceso 5.1.1.- Red propia: red fija / red móvil (microondas) 5.1.2.- Red alquilada 5.2.- LoS: Líneas de Vista 5.3.- Diseño Vano MW 5.3.1.- Programa diseño / datos de partida 5.3.2.- Parábolas a instalar 5.3.3.- Frecuencia elegida 5.3.4.- Configuración 5.3.5.- Criterios Calidad y Disponibilidad 5.3.5.1.- Atenuación / Indisponibilidad por Lluvia 5.3.5.2.- Desvanecimiento de los radioenlaces 5.3.5.3.- Objetivo SESR. Calidad y Fiabilidad 5.3.6.- Criterios de Interferencias 5.4.- Documentación asociada

Capítulo 6: Autoaceptación: Pruebas y Correcciones 6.1.- Comprobación de parámetros y encendido 6.2.- Análisis estadísticos 6.3.- Medidas de cobertura 6.4.- Documentación asociada 6.5.- Cambio de parámetros hardware y software

Índice

Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente Capítulo 7: Conclusiones y Ampliaciones 7.1.- Conclusiones 7.2.- Posibles ampliaciones

Capítulo 8: Anexos y Bibliografía 8.1.- Contrato de arrendamiento 8.2.- Catálogos comerciales (datasheet) 8.3.- Bibliografía

Índice

Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente

INDICE DE FIGURAS

Indice de Figuras

Capítulo 1: Objetivos del Proyecto Figura 1.1.- Fases integración site

Capítulo 2: Reseña tecnológica Figura 2.1.- Arquitectura de red GSM Figura 2.2.- Arquitectura de red GPRS Figura 2.3.- Bandas GSM en Europa Figura 2.4.- Esquema de Time Slots en GSM Figura 2.5.- Canales de tráfico Figura 2.6.- Canales de Control Broadcast Figura 2.7.- Canales de Control Comunes Figura 2.8.- Canales de Control Dedicados Figura 2.9.- Releases UMTS Figura 2.10.- Arquitectura de red UMTS simple Figura 2.11.- Arquitectura de red UMTS compleja Figura 2.12.- Arquitectura de Red UMTS. Interfaces Figura 2.13.- Interfaces GSM y UMTS

Índice de Figuras

Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente Capitulo 3: Necesidades en red existente Figura 3.1.- Cell Breathing Figura 3.2.- Interferencias Cocanales Figura 3.3.- Zona búsqueda e hipotéticos sites desplegados Córdoba Figura 3.4.- Zona de búsqueda concreta Figura 3.5.- Posición de los candidatos Figura 3.6.- Acta Búsqueda de Candidatos Figura 3.7.- Foto identificativa Candidato A Figura 3.8.- Foto panorámica 0º Candidato A Figura 3.9.- Foto panorámica 20º Candidato A Figura 3.10.- Foto panorámica 40º Candidato A Figura 3.11.- Foto panorámica 60º Candidato A Figura 3.12.- Foto panorámica 90º Candidato A Figura 3.13.- Foto panorámica 100º Candidato A Figura 3.14.- Foto panorámica 120º Candidato A Figura 3.15.- Foto panorámica 140º Candidato A Figura 3.16.- Foto panorámica 160º Candidato A Figura 3.17.- Foto panorámica 180º Candidato A Figura 3.18.- Foto panorámica 200º Candidato A Figura 3.19.- Foto panorámica 220º Candidato A Figura 3.20.- Foto panorámica 240º Candidato A Figura 3.21.- Foto panorámica 260º Candidato A Figura 3.22.- Foto panorámica 280º Candidato A Figura 3.23.- Foto panorámica 300º Candidato A Figura 3.24.- Foto panorámica 320º Candidato A Figura 3.25.- Foto panorámica 340º Candidato A Figura 3.26.- Foto identificativa Candidato B Figura 3.27.- Ubicación Candidato B Figura 3.28.- Foto identificativa Candidato C Figura 3.29.- Ubicación Candidato C Figura 3.30.- Foto identificativa Candidato D Figura 3.31.- Ubicación Candidato D Figura 3.32.- Foto identificativa Candidato E Figura 3.33.- Ubicación Candidato E Figura 3.34.- Caseta para equipos Indoor Figura 3.35.- Tejadillo para equipos Outdoor Figura 3.36.- Torre celosía Figura 3.37.- Torre tubular Figura 3.38.- Torre tubular y celosía Figura 3.39.- Torre celosía de gran tamaño

Índice de Figuras

Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente Figura 3.40.- Mástil único Figura 3.41.- Varios mástiles Figura 3.42.- Torre mimetizada publicidad Figura 3.43.- Torre cartel publicitario Figura 3.44.- Mástil mimetizado paneles Figura 3.45.- Panorámica mimetizado paneles Figura 3.46.- Mimetizado shunt Figura 3.47.- Panorámica mimetización chimenea obra Figura 3.48.- Mimetizado chimenea obra Figura 3.49.- Bajada cableado mimetizado Figura 3.50.- Mimetización tipo árbol Figura 3.51.- Mástil Slim para mimetización Figura 3.52.- Mástil mimetizado Moyano Figura 3.53.- Instalación en infraestructura existente Figura 3.54.- Instalación en depósito existente

Capítulo 4: Diseño Radio Figura 4.1.- Pieza para downtilt mecánico Figura 4.2.- Dispositivo para downtilt eléctrico Figura 4.3.- Orientación deseada de sectores Figura 4.4.- Calibre cableado Figura 4.5.- Calibre según distancia y tecnología Figura 4.6.- Conectores Figura 4.7.- Descargador Figura 4.8.- Diplexores Figura 4.9.- Combinador Figura 4.10.- Bastidor BS240XLII Figura 4.11.- Bastidor Ultrasite Figura 4.12.- Bastidor Flexi Figura 4.13.- Esquema Downtilt Figura 4.14.- Tabla downtilt distancia del centro del haz Figura 4.15.- Tabla downtilt distancia máxima del haz Figura 4.16.- Configuración básica monobanda Figura 4.17.- Configuración básica dual Figura 4.18.- Configuración básica tribanda Figura 4.19.- Configuración con diplexor Figura 4.20.- Configuración con combinador Figura 4.21.- Documentación Final Emplazamiento

Índice de Figuras

Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente

Índice de Figuras

Figura 4.22.- Documentación obra civil edificio Figura 4.23.- Documentación obra civil torre Figura 4.24.- Tabla Erlang-B Figura 4.25.- Asignación portadoras “por defecto” según entorno Figura 4.26.- Marco inicial búsqueda frecuencias Figura 4.27.- Emplazamiento Población 1 Figura 4.28.- Emplazamiento a integrar Figura 4.29.- Emplazamiento Población 2 Figura 4.30.- Emplazamiento Población 3 Figura 4.31.- Marco final búsqueda frecuencias Figura 4.32.- ARFCN / Frecuencia. Canales Uplink y Downlink E-GSM900 Figura 4.33.- Diferencia UMTS y GSM Figura 4.34.- Reutilización frecuencias GSM Figura 4.35.- Misma frecuencia UMTS Figura 4.36.- Vecinos afectados Figura 4.37.- Vecinos que me afectan Figura 4.38.- Tecnologías de los vecinos Figura 4.39.- Definición vecinas 2G-2G del Sector 1 Figura 4.40.- Definición vecinas 2G-3G y 3G-2G del Sector 1

Capítulo 5: Transmisión asociada Figura 5.1.- Topologías de red Figura 5.2.- Topologías redes celulares Figura 5.3.- Elementos de un radioenlace Figura 5.4.- Perfil elaborado por programa de diseño Figura 5.5.- Foto visibilidad Figura 5.6.- Parábola con ODU integrada Figura 5.7.- IDU / ODU Figura 5.8.- Potencia en dBm en función de la distancia-frecuencia para un radioenlace Figura 5.9.- Configuración 1+0 y 1+1 Figura 5.10.- Espaciado óptimo diversidad espacial de antenas Figura 5.11.- Primera zona de Fresnel Figura 5.12.- Datos de partida en herramienta de radioenlaces Figura 5.13.- Calculo calidad en herramienta de radioenlaces Figura 5.14.- Ejemplos zonas intensidad de lluvia Figura 5.15.- Conexión Hipotética de Referencia (CHR) Figura 5.16.- Calculo interferencias en herramienta de radioenlaces Figura 5.17.- Documentación enlace MW

Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente Capítulo 6: Autoaceptación: Pruebas y Correcciones Figura 6.1.- Informe básico de integración Figura 6.2.- Equipo Drive Test Figura 6.3.- Plot BCCH Figura 6.4.- Plot RXLEVEL Figura 6.5.- Plot SC Figura 6.6.- Plot RSCP Figura 6.7.- Tabla resumen muestras por encima del nivel requerido Figura 6.8.- Tabla resumen medidas Figura 6.9.- Tabla resumen estadísticas

Capítulo 7: Conclusiones

Capítulo 8: Anexos

Índice de Figuras

Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente

Capítulo 1

Capítulo 1:

Objetivos del Proyecto El objetivo de este proyecto es plasmar todo el proceso necesario para la integración de una nueva estación base en una red móvil existente. La idea fundamental es documentar cada uno de las fases más importantes por las que hay que pasar para que un nuevo emplazamiento tanto de DCS, GSM o UMTS se incluya en una red móvil que ya está desplegada. Se pretende explicar toda la casuística aplicable a cada una de las fases del proceso, centrándonos en pasos reales tanto de la planificación, diseño, transmisión y optimización necesarios para el despliegue del emplazamiento en cuestión. No es objetivo de este proyecto entrar en aspectos puramente teóricos, los cuales y a modo de reseña tecnológica se explicarán solamente en el capítulo 2. Entiendo que entrar de lleno en parámetros de cada tecnología en cuestión resultaría tedioso y restaría importancia a la idea general de mostrar todos los pasos desde que se pretende instalar un nuevo emplazamiento hasta que ese emplazamiento está totalmente integrado y funcionando en la red móvil a la que pertenece. Por este motivo se mostrarán todos los pasos necesarios, sin entrar en detalle en los parámetros teóricos-tecnológicos que pueden ser consultados en cualquier documentación técnica al respecto o a modo de resumen en el capítulo 2 de este proyecto.

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Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente

Capítulo 1

1.1.- Contenido del Proyecto Para cubrir todos los objetivos de este proyecto indicados anteriormente se pretende explicar cada uno de los pasos necesarios para la integración de una estación base en una red móvil existente, desde que se decide instalar esta estación hasta que concluye con su correcto funcionamiento. Para ello es necesario pasar por distintas fases, desde que se detecta la necesidad de este despliegue, pasando por la planificación necesaria, y tras ello comentaremos todo lo relacionado con la búsqueda y adquisición del sitio físico. Una vez que el sitio físico esté contratado se pondrá en marcha el proceso para la construcción del emplazamiento tras diseñarlo y replantearlo. En esta fase será necesario dimensionar las celdas planificadas y decidir el equipo a instalar junto con su sistema radiante en el que pueden aparecer distintas casuísticas debido a las diferentes infraestructuras que se pueden construir o incluso a las limitaciones de las instalaciones y deficiencias arquitecturales. Cuando el site esté construido será necesario generar los datos necesarios para que este nuevo site se incluya en la red a la que pertenece, estos datos radio se resumen en definir emplazamientos vecinos y asignar frecuencias en el caso de que el site sea de DCS o GSM y asignar Códigos Scrambling en el caso de que el site sea de UMTS. En este apartado no se entrará de lleno a los parámetros definidos para cada tecnología dejando la explicación de dicha aplicación a posibles ampliaciones a este proyecto. Por ese motivo nos centraremos en los detalles más importantes a definir en los datos radio de integración del emplazamiento como los indicados anteriormente. Otra fase necesaria y a la vez complementaria a las anteriores es la parte de la transmisión asociada, que en el caso de tener una transmisión por microondas será necesario verificar la línea de vista con el emplazamiento remoto a enlazar y diseñar el vano necesario para este enlace. Además de diseñar e instalar el enlace que conecta con el emplazamiento remoto será necesario definir una ruta física desde nuestro emplazamiento hasta la BSC en el caso de una BTS de DCS o GSM o hasta la RNC en el caso de un Nodo B de UMTS. Como última fase se contemplará la parte de monitorización que se apoya en una optimización a primer nivel, para autoaceptar el site integrado siendo necesario realizar pruebas de llamadas y medida de cobertura (Drive Test) y habitualmente correcciones tanto de datos radio como parámetros hardware puramente físicos del diseño del site. Todas estas fases diferentes pero a la vez interrelacionadas se explicarán de forma clara en los diferentes capítulos del proyecto, basándose en casos reales, sin entrar en tediosas explicaciones paramétricas de las tecnologías de las que hablaremos. Podemos agrupar estas fases en cuatro capítulos: • Adquisición / Planificación • Diseño Radio • Transmisión Asociada • Autoaceptación / Monitorización / Optimización

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Capítulo 1

Necesidades en red existente.

Planificación nominal

Búsqueda de emplazamientos

Candidatos

Adquisición site contratado

UMTS Codigos Scrambling, vecinas…

Diseño Radio. Replanteo

Dimensionamiento Equipos Sistema Radiante

Datos Radio. Integración.

DCS / GSM: frecuencias, vecinas…

Transmisión asociada

LoS: Línea de Vista

Autoaceptación. Monitorización

Pruebas y correcciones

Emplazamiento integrado en la red móvil

Figura 1.1.- Fases integración site

Futura Optimización Detallada

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Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente

Capítulo 2

Capítulo 2:

Reseña tecnológica 2.1.- Tecnología GSM 2.1.1.- Introducción

GSM son las siglas de Global System for Mobile communications (Sistema Global para las comunicaciones Móviles), es el sistema de teléfono móvil digital más utilizado y el estándar de facto para teléfonos móviles en Europa. Definido originalmente como estándar Europeo abierto para que una red digital de teléfono móvil soporte voz, datos, mensajes de texto y roaming en varios paises. El GSM es ahora uno de los estándares digitales inalámbricos 2G más importantes del mundo. El GSM está presente en más de 200 países y según la asociación GSM, tienen el 78 por ciento del total del mercado móvil digital. A lo largo de los años ochenta muchos países en Europa habían desarrollado sus propios sistemas de telefonía celular, lo que impedía la interoperabilidad más allá de las fronteras, por lo que no era posible la utilización y uso fuera de estos límites, lo que hoy en día es posible y conocido como roaming. Fue en 1982 cuando el CEPT (Conference of European Post and Telecommunications) estableció un grupo de trabajo con el objetivo de desarrollar un sistema celular panaeuropeo con los siguientes requisitos: • Itinerancia internacional (roaming) • Eficiencia espectral, soporte para nuevos servicios y compatible con la RDSI. El nuevo sistema fue denominado GSM. En 1989 la responsabilidad del desarrollo del sistema GSM pasa al ETSI (European Telecommunications Standards Institute), denominando al proyecto Global System for Mobile Communications.

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Capítulo 2

Es en el año 2000 y hasta nuestros días, cuando 3GPP (3rd Generation Partnership Project) toma el control de la evolución del sistema GSM. Esta organización, integrada por varios organismos de estandarización, se encarga del mantenimiento de las especificaciones técnicas del sistema celular global de tercera generación UMTS (Universal Mobile Communication System) basado en el sistema GSM.

2.1.2.- Arquitectura de red GSM

La arquitectura del sistema GSM, se puede dividir en cuatro grandes subsistemas: el subsistema de usuario, el subsistema de estaciones base (BSS: Base Station Subsystem), el subsistema de conmutación y gestión (SMSS: Switching and Management Subsystem) y el subsistema de operación y mantenimiento (OMSS: Operation and Management Subsystem). Los dos últimos conforman el núcleo de la red.

Figura 2.1.- Arquitectura de red GSM El esquema de arquitectura de red, se subdivide en las partes: • • •

Usuario Red de Acceso Núcleo de Red

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Capítulo 2

Cada una de estas partes está formada por diferentes componentes que pasamos a definir y describir:

Equipo de Usuario: MS (Mobile Station) Es el terminal móvil GSM. El equipo terminal que el usuario GSM usa para acceder a la red y sus servicios. SIM (Subscriber Identity Module) Tarjeta con chip que almacena información asociada al abonado. Debe ser introducido en el terminal GSM. La tarjeta SIM contiene la siguiente información: El número telefónico del abonado (MSISDN). El número internacional de abonado (IMSI, Identificación internacional de abonados móviles). El estado de la tarjeta SIM. El código de servicio (operador). La clave de autenticación. El PIN (Código de identificación personal). El PUK (Código personal de desbloqueo).

Red Acceso: BTS (Base Transceiver Station) Es la estación base que proporciona el enlace, vía radio, entre la red y las estaciones móviles. La idea de este proyecto es analizar todos los pasos necesarios para la instalación e integración en la red de una BTS (en el caso de tratarse de red GSM). 6

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Capítulo 2

BSC (Base Station Controller) Elemento de la red GSM que centraliza funciones de varias BTSs de su entorno y de ella misma. Se encarga de todas las funciones centrales y de control del subsistema de estaciones base (BSS: Base Station Subsystem), formado por un conjunto de BTSs y el propio BSC.

Núcleo de Red: MSC (Mobile Services Switching Center) Se encarga de enrutar el tráfico de llamadas entrantes y salientes hacia la BSC correspondiente en la que se encuentra las BTSs implicadas en las llamadas. HLR (Home Location Register) Base de datos general que contiene y administra la información de los abonados, mantiene y actualiza la posición del móvil y almacena el perfil de servicio. VLR (Visitor Location Register) Base de datos que contiene datos de los abonados que se encuentran en una cierta área de localización. Suele estar asociado a un MSC. Cuando un móvil se mueve de un MSC/VLR a otro distinto, el nuevo MSC/VLR interroga al antiguo, o al HLR acerca de los datos del móvil. La idea de tener los datos generales del usuario móvil en los VLR es tener más cercada esa información ya que cada vez que un terminal pretende conectarse a la red móvil es necesaria una autentificación teniendo en cuenta los datos que en estos registros se almacenan. De esta manera en cada “desconexión/conexión” de un terminal móvil no es necesario llegar hasta el HLR para obtener la información de este terminal. AuC (Authentication Center) Asociado al HLR, contiene las claves individuales de identificación del abonado.

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Capítulo 2

EIR (Equipment Identity Register) Registro que almacena el identificador único de cada terminal IMEI (Internacional Mobile Station Equipment Identity) usado en el sistema GSM. En esta base de datos los MSs están divididos en tres listas: lista negra para móviles robados, lista gris para móviles bajo observación y lista blanca para el resto de los terminales. GMSC (Gateway Mobile Switching Center) Punto de conexión de nuestra red con otras redes. Al GMSC se encaminan las conexiones que van o provienen de terminales que no se encuentran en nuestra red. SMS-G (Short Message Service Gateway) Describe colectivamente a dos gateways que soportan el servicio de mensajería corta (SMS), el SMS-GMSC (Short Message Service Gateway Mobile Switching Center) encargado de la terminación de los mensajes cortos y el SMS-IWMSC (Short Message Service Inter.-Working Mobile Switching Center) encargado de originar los mensajes cortos.

Para la interconexión entre la parte radio y la parte fija de la red existe un elemento de red que adapta las capacidades de cada una de estas partes: TRAU (Transcoding Rate and Adaptation Unit) Es el punto donde tiene lugar la transformación entre la codificación de voz y datos en la parte radio y la parte fija de la red. Debido a la diferencia de capacidad (13 Kbps para la codificación radio GSM y 64 Kbps para PCM en la red fija), la TRAU tiene también funciones de buffer. Es en este punto de la red, donde se puede producir el efecto ‘cuello de botella’. La red GSM tiene limitaciones para la transmisión de datos por lo que su uso se limita prácticamente para voz. Las tradicionales redes GSM no se adaptan adecuadamente a las necesidades de transmisión de datos de terminales móviles. Por ello surge una nueva tecnología portadora denominada GPRS (General Packe Radio Service) que unifica el mundo IP con el mundo de la telefonía móvil.

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Capítulo 2

De esta manera se crea una red paralela a la red GSM y orientada exclusivamente a la transmisión de datos. GPRS es una nueva tecnología que comparte el rango de frecuencias de la red GSM utilizando una transmisión de datos por medio de paquetes. La conmutación de paquetes es un procedimiento más adecuado para transmitir datos. El procedimiento más adecuado para transmisión de voz es mediante conmutación de circuitos. Mediante esta nueva tecnología la transmisión de datos aumenta de los 9,6 Kbps conseguidos con GSM a los 144 Kbps que podemos llegar con GPRS.

Figura 2.2.- Arquitectura de red GPRS Se introducen dos nuevos elementos necesarios para la red GPRS, el SGSN y el GGSN. SGSN (Serving GPRS Support Node) Entidad encargada del encaminamiento y transferencia de paquetes de datos. Es responsable de la comunicación entre la red GPRS y los usuarios GPRS. Otra de sus funciones son la seguridad en el acceso mediante el cifrado y autenticación y la propia comunicación con los nodos de GSM (MSC, HLR, BSC, SMSM-C). GGSN (Gateway GPRS Support Node) Entidad encargada de la traducción de los paquetes que recibe desde el SGSN al formato de red externa puesto que su función es hacer de pasarela hacia redes externas, por ejemplo IP, X25. Lleva a cabo la tarificación.

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Capítulo 2

2.1.3.- Interfaces de la red GSM

En el esquema de red GSM que hemos visto anteriormente existen diferentes elementos de la red que tienen que estar interconectados para el tránsito de información y para ello existen distintos interfaces que proporcionan y permiten esta interconexión. Entre cada par de elementos con conexión en la arquitectura GSM existe una interfaz diferente. Cada interfaz requiere su propio juego de protocolos. Las principales interfaces son la Um, Abis y la interfaz A. Estos interfaces se encuentran entre el equipo de usuario y la red de acceso, dentro de la red de acceso para la interconexión de sus elementos y la conexión de la red de acceso con la parte del núcleo de la red, respectivamente. Estos interfaces se describen y analizan a continuación:

Interfaz Um: Es la interfaz radio, se encuentra entre la estación móvil y el BSS. Utiliza el protocolo de señalización LAPDm. Explicaremos a continuación las diferentes bandas de frecuencias y canales GSM que pertenecen a este interfaz. Interfaz Abis: Se encuentra entre el BSC y la BTS. Realiza el control del equipo radio. Utiliza el protocolo de señalización LAPD. Interfaz A: A través del ella, se comunica el MSC con la BSC. Permite el intercambio de información para la gestión del subsistema BSS, de las llamadas y de la movilidad. Aquí tiene lugar la negociación de los circuitos que serán utilizados entre el BSS y el MSC. Utiliza el protocolo de señalización SS7.

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Capítulo 2

2.1.4.- Bandas de frecuencia GSM y canales

Las bandas de frecuencia GSM usadas en Europa, y por lo tanto en España, son las bandas de 900 MHz y 1800 MHz:

Banda

E-GSM GSM-900 GSM-1800

Enlace ascendente “Uplink” (MHz) 880 – 890 890 – 915 1710 – 1785

Enlace descendente “Downlink” (MHz) 925 – 935 935 – 960 1805 – 1880

Ancho de Banda (MHz) 2 x 10 2 x 25 2 x 75

Figura 2.3.- Bandas GSM en Europa

La banda antiguamente usada por el sistema de móvil analógico (en España lo desplegó Telefónica bajo la denominación de Moviline) E-GSM, se ha incorporado para ampliar la banda de 900 MHz.

DCS1800 es una variante de la norma GSM que utiliza la frecuencia de 1800 MHz en la región 1 de la UIT (Europa, Groenlandia, territorios de Francia, África y el Medio Oriente). Por tener una frecuencia doble que la norma GSM, tiene dos características: Tiene más canales disponibles, y por lo tanto, más ancho de banda Al aumentar la frecuencia aumenta la absorción, por lo que para poder asegurar el servicio es necesario a veces: Utilizar terminales de 2W, como en Francia. Disminuir el area cubierta por una celda, lo que obliga a aumentar la cantidad de estaciones de base. GSM usa canales físicos y canales lógicos. Describiremos sendos tipos de canales para la banda de GSM900 siendo similares para las demás bandas.

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Capítulo 2

GSM900 utiliza dos bandas de 25 MHz para transmitir y para recibir. La banda de 890-915 MHz se usa para las transmisiones desde la MS hasta el BTS ("uplink") y la banda de 935-960 MHz se usa para las transmisiones entre el BTS y la MS ("downlink"). GSM usa una combinación de TDMA (Time Division Multiple Access) y FDMA (Frequency Division Multiplex Access) para proporcionar a las estaciones base y a los usuarios un acceso múltiple (sistema multiportadora). Las bandas de frecuencias superiores e inferiores se dividen en canales de 200 KHz nombrados mediante los ARFCN (Absolute Radio Frequency Channel Number ó Números de Canales de Radio Frecuencia Absolutos). El ARFCN denota un par de canales "uplink" y "downlink" separados por 45 MHz y cada canal es compartido en el tiempo por hasta 8 usuarios usando TDMA. Cada uno de los 8 usuarios usan el mismo ARFCN y ocupan un único slot de tiempo o time slots (TS) con una duración de 0.577 ms. Las transmisiones de radio se hacen a una velocidad de 270.833 kbps usando modulación digital binaria GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) con BT=0.3. El BT es el producto del ancho de banda del filtro por el periodo de bit de transmisión. En cada TS, de los 8 en los que está dividido el canal radio, con una duración de 0.577 ms se transmiten datos de 156.25 bits, por lo que la velocidad efectiva de transmisión de cada uno es: 33.854 kbps por TS (270.833 kbps por portadora) Los datos transmitidos en un TS se denominan ráfaga. Existen cinco tipos distintos de ráfagas: •

Normal

•

Ráfaga de acceso

•

Ráfaga de correción de frecuencia

•

Ráfaga de sincronización

•

Ráfaga dummy

El formato y la información de cada una, depende del tipo de canal al que pertenezca. Por lo tanto una trama TDMA simple en GSM dura 4.615 ms (8 time slots de 0.577 ms cada uno). El número de total de canales disponibles dentro de los 25 MHz de banda es de 125 (asumiendo que no hay ninguna banda de guarda), o 124 canales radio (para el caso GSM-900) por cada enlace (ascendente y descendente) con una banda de guarda de 200KHz en los extremos de la banda.

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Capítulo 2

Figura 2.4.- Esquema de Time Slots en GSM

En implementaciones prácticas, se proporciona una banda de guarda de la parte más alta y más baja de espectro de GSM, y disponemos tan solo de 124 canales. La combinación de un número de TS y un ARFCN constituyen un canal físico tanto para el "uplink" como para el "downlink". Cada canal físico en un sistema GSM se puede proyectar en diferentes canales lógicos. Es decir, cada slot de tiempo específico o trama debe estar dedicado a manipular el tráfico de datos (voz, facsímil o teletexto), o a señalizar datos (desde el MSC, la estación base o la MS). Las especificaciones GSM definen una gran variedad de canales lógicos que pueden ser usados para enlazar la capa física con la capa de datos dentro de las capas de la red GSM. Estos canales lógicos transmiten eficientemente los datos de usuario, aparte de proporcionar el control de la red en cada ARFCN. GSM proporciona asignaciones explícitas de los slots de tiempo de las tramas para los diferentes canales lógicos. Los canales lógicos se pueden separar en dos categorías principalmente: • •

Canales de Tráfico (TCH) Canales de Control (CCH)

Canales de Tráfico (TCH) Un canal de tráfico puede trabajar en modo velocidad completa TCH/F (fullrate) o en modo velocidad mitad TCH/H (half-rate). En full-rate, la información de un usuario se transmite en una ranura de tiempo (time slot), en cada trama. Para el modo half-rate la información de un usuario se transmite en una ranura de tiempo pero con trama de por medio, es decir, dos usuarios comparten una misma ranura en diferentes instantes de tiempo.

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Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente

Capítulo 2

Tipo de Canal

Denominación

Tipo de Tráfico

Descripción

Canales de Tráfico (TCH)

TCH/FS TCH/F9.6 TCH/F4.8 TCH/F2.4 TCH/HS TCH/H4.8 TCH/H2.4

Voz digitalizada Tráfico usuario Tráfico usuario Tráfico usuario Voz digitalizada Tráfico usuario Tráfico usuario

Voz a 13 Kbps Datos a 9600 bps Datos a 4800 bps Datos a 2400 bps Voz a 7 Kbps Datos a 4800 bps Datos a 2400 bps

Figura 2.5.- Canales de tráfico

Canales de Control (CCH) Los canales de control se dividen en tres grupos: Broadcast, Comunes y Dedicados: •

Broadcast:

Canales de control utilizados para permitir el enganche a la red de las estaciones móviles y para el monitoreo de las potencias de celdas vecinas. Describimos brevemente lo radiado por estos canales: BCCH: Información del sistema (identificación de celda y de red). FCCH: Una referencia de frecuencia (ocupa TS0 para la primera trama dentro de la multitrama de control, se repite cada diez tramas. Permite a cada estación móvil sincronizar su frecuencia interna). SCH: Una referencia de tiempo (se envía en el TS0 de la trama después del FCCH. Permite a cada móvil la sincronización de las tramas con la estación base).

Tipo de Canal Broadcast

Denominación

Descripción

BCCH (Broadcast Control CHannel) FCCH (Frequency Correction CHannel)

Información del sistema Referencia de frecuencia

SCH (Synchronization CHannel)

Referencia de tiempo

Figura 2.6.- Canales de Control Broadcast

14

Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente

•

Capítulo 2

Comunes:

Canales usados para la reserva y establecimiento de un recurso radio y la asignación de canales de control.

Describimos brevemente lo radiado por estos canales: PCH: Proporciona señales de búsqueda a todos los móviles de una celda. RACH: Usado por el móvil para confirmar una búsqueda que procede de un PCH. AGCH: La estación base proporciona un enlace con el móvil, ordena al móvil a operar en un canal físico (TS y ARFCN).

Tipo de Canal Comunes

Denominación

Descripción

PCH (Pagging CHannel) RACH (Random Access CHannel)

Señal de búsqueda Confirmación búsqueda

AGCH (Acces Grant CHannel)

Proporciona un enlace

Figura 2.7.- Canales de Control Comunes •

Dedicados:

Canales de control bidireccionales utilizados para prestar los servicios de señalización y supervisión al usuario.

Describimos brevemente lo radiado por estos canales: SDCCH: Asegura que la estación móvil y la estación base permanezcan conectados mientras la MSC verifica y localiza recursos para el móvil. SACCH: Asociado a un canal físico lleva datos sobre potencia a transmitir y señal recibida y medidas de celdas vecinas. FACCH: Envío de información urgente robando tramas del canal de tráfico al que está asignado.

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Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente

Capítulo 2

Tipo de Canal

Denominación

Descripción Señalización móvil

Dedicados

SDCCH (Stand-alone Control CHannel) SACCH (Show-Associated Control CHannel) FACCH (Fast-Associated Control CHannel)

Información general Información urgente

Figura 2.8.- Canales de Control Dedicados

2.2.- Tecnología UMTS 2.2.1.- Introducción

UMTS son las siglas de Universal Mobile Telecommunication System o Sistema Universal de Comunicaciones Móviles. Está siendo desarrollado por 3GPP (3rd Generation Partnership Project), un proyecto común en el que colaboran: ETSI (Europa), ARIB/TIC (Japón), ANSI T-1 (USA), TTA (Korea), CWTS (China). Para alcanzar la aceptación global, 3GPP va introduciendo UMTS por fases y versiones anuales. La primera fue en 1999, describía transiciones desde redes GSM. En el 2000, se describió transiciones desde IS-95 y TDMA. Y así sucesivamente se van describiendo las nuevas funcionalidades, hasta por ejemplo, en la Release actual en vigor, la Release 7, donde se define HSPA (High-Speed Packed Access) y sus mejoras como HSDPA (High-Speed Downlink Packed Access) y HSUPA (High-Speed Uplink Packed Access). La unión internacional de telecomunicaciones (ITU) es la encargada de establecer el estándar para que todas las redes 3G sean compatibles. Estas fases, se denominan “releases”. A continuación se describen las primeras seis Releases dando una breve explicación de los contenidos en cada una de ellas para de esta manera poder observar el avance tecnológico de cada una de ellas.

2006

2007

2009

2008

2010

R10 2011 LTE Adv

2005

LTE

2004

R9

R8

Common IMS

MMTel

EPC

2003

R7

HSPA +

2002

HSPA UL

2001

R6

R5

HSPA DL

UMTS

2000

R4

IMS

R99

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Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente Release Release 99

Release 4

Release 5

Release 6

Release 7

Release 8

Capítulo 2

Descripción Introduce una nueva interfaz de radio (UTRAN), con una mayor capacidad de transferencia de datos. Mantiene prácticamente el mismo núcleo de red que las redes GPRS/GSM. Incorpora algunas nuevas funciones a la R99, pero no implica cambios sustanciales. Migra el núcleo de red a una única red IP e incorpora servicios multimedia sobre esa red. Se basa en la arquitectura anterior (UTRAN, SGSN y GGSN), e introduce en la red funcionalidad IP multimedia, basada en el uso de la arquitectura de Media Gateways (MG) y el protocolo SIP (Session Initiation Protocol). Aparición de tecnologías HSPA (HSDPA). Optimizaciones: proveer una capacidad significativa para datos en el uplink (subida de datos) y mejoras de la velocidad de transmisión; especificaciones de desempeño mínimo mejoradas para el soporte de receptores avanzados que mejorarán la capacidad en el downlink (bajada de datos) y la velocidad de transmisión; habilitar servicios de broadcast y multicast más eficientes. Mejor soporte y rendimiento para servicios de conversación y servicios interactivos en tiempo real tales como fotos y videos compartidos, y voz y vídeo sobre IP. Optimizaciones de HSPA+ (HSDPA y HSUPA) que son totalmente compatibles en sentido reverso con las versiones Rel-99/Rel-5/Rel-6, lo que hace que la evolución a HSPA+ para el operador sea fluida y sencilla. Continuará con EDGE Evolution que garantizará la transparencia entre EDGE (Enhanced Data rates for GSM of Evolution) y HSPA como así también los servicios futuros basados en LTE (Long Term Evolution) en posible banda de 700MHz. Figura 2.9.- Releases UMTS

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Capítulo 2

UMTS, como nuevo avance tecnológico y nueva tecnología móvil, ofrece nuevos servicios que GSM no puede ofrecer o que por el contrario aunque pueda ofrecerlos lo hace de manera limitada. Por lo tanto los nuevos servicios que ofrece UMTS son los siguientes:

•

Facilidad de uso y bajos costes:

UMTS proporcionará servicios de uso fácil y adaptable para abordar las necesidades y preferencias de los usuarios, amplia gama de terminales para realizar un fácil acceso a los distintos servicios y bajo coste de los servicios para asegurar un mercado masivo. Como el roaming internacional o la capacidad de ofrecer diferentes formas de tarificación. •

Nuevos y mejorados servicios:

Los servicios vocales mantendrán una posición dominante durante varios años. Los usuarios exigirán a UMTS servicios de voz de alta calidad junto con servicios de datos e información. Las proyecciones muestran una base de abonados de servicios multimedia en fuerte crecimiento en este año 2010, lo que posibilita también servicios multimedia de alta calidad en áreas carentes de estas posibilidades en la red fija, como zonas de difícil acceso. Un ejemplo de esto es la posibilidad de conectarse a Internet desde el terminal móvil o desde el ordenador conectado a un terminal móvil con UMTS que se lleva comercializando desde hace ya varios meses. •

Acceso rápido:

La principal ventaja de UMTS sobre la segunda generación móvil (2G), es la capacidad de soportar altas velocidades de transmisión de datos de hasta 144 kbit/s sobre vehículos a gran velocidad, 384 kbit/s en espacios abiertos de extrarradios y hasta una velocidad máxima de 2 Mbit/s con baja movilidad, con la red en su máximo nivel y sin usuarios alrededor. Esta capacidad sumada al soporte inherente del Protocolo de Internet (IP), se combinan poderosamente para prestar servicios multimedia interactivos y nuevas aplicaciones de banda ancha, tales como servicios de video telefonía y video conferencia y transmisión de audio y video en tiempo real.

España fue uno de los primeros países del marco europeo en lanzar el servicio, situándose por delante de Alemania y Reino Unido, en los que esta tecnología salio al mercado con mas de un año de retraso respecto a España. Para desplegar la tecnología UMTS en España, el 13 de marzo de 2000 se adjudicaron las 4 licencias UMTS disponibles a las siguientes operadoras móviles: • • • •

Telefónica Móviles (Movistar) Airtel (Actualmente Vodafone) Amena (Actualmente Orange) Xfera (Consorcio actualmente como Yoigo) 18

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Capítulo 2

2.2.2.- Arquitectura de red UMTS

UMTS plantea una arquitectura de red análoga a la de GSM pero con importantes innovaciones. Se ha definido una arquitectura que da cabida a redes de acceso GSM y la red de acceso UMTS (UTRAN), y propone una red central (CN, Core Network) diseñada como una evolución de la red GSM/GPRS para facilitar la migración de redes GSM/GPRS a UMTS.

Figura 2.10.- Arquitectura de red UMTS simple

La arquitectura de red UMTS pretende apoyarse en las actuales arquitecturas de redes móviles con el fin de extender las tecnologías móviles proporcionando mayor capacidad y velocidad de transmisión de datos a la vez que ofrece una mayor gama de servicios que con las tecnologías anteriores no tenían cabida.

La estructura de redes UMTS esta compuesta por dos grandes subredes: •

La red de telecomunicaciones:

Es la encargada de sustentar la transmisión de información entre los extremos de una conexión. Esta red de telecomunicaciones es la que nos va a interesar desde el punto de vista del despliegue ya que se compone de los elementos de red que permiten la conexión entre ellos.

19

Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente •

Capítulo 2

La red de gestión:

Tiene como misiones la provisión de medios para la facturación y tarificación de los abonados, el registro y definición de los perfiles de servicio, la gestión y seguridad en el manejo de sus datos, así como la operación de los elementos de la red, con el fin de asegurar el correcto funcionamiento de ésta, la detección y resolución de averías o anomalías, o también la recuperación del funcionamiento tras periodos de apagado o desconexión de algunos de sus elementos. Analizaremos brevemente sólo la primera de las dos subredes, esto es, la de telecomunicaciones. UMTS usa una comunicación terrestre basada en una interfaz de radio WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) , conocida como UMTS Terrestrial Radio Access (UTRA). Soporta división de tiempo duplex (TDD) y división de frecuencia duplex (FDD). Ambos modelos ofrecen ratios de información de hasta 2 Mbps.

Figura 2.11.- Arquitectura de red UMTS compleja

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Capítulo 2

El esquema de la arquitectura de red UMTS, análogamente a la arquitectura GSM, se subdivide en las partes: • • •

Usuario Red de Acceso Radio Núcleo de Red

Estas partes de la red UMTS se componen de los siguientes elementos:

Usuario: UE (User Equipment) Se compone del terminal móvil y su módulo de identidad de servicios de usuario/suscriptor (USIM) equivalente a la tarjeta SIM del teléfono móvil (tarjeta que almacena la identidad del usuario y que lleva a cabo los algoritmos de autentificación y encriptación).

Red de Acceso Radio: UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) Desarrollada para obtener altas velocidades de transmisión. La red de acceso radio proporciona la conexión entre los terminales móviles y el Core Network. En UMTS recibe el nombre de UTRAN (Acceso Universal Radioeléctrico Terrestre) y se compone de una serie de subsistemas de redes de radio (RNS: Radio Network Subsystem) que son el modo de comunicación de la red UMTS. Un RNS es responsable de los recursos y de la transmisión / recepción en un conjunto de celdas y esta compuesto de un RNC (Radio Network Controler) y uno o varios nodos B. Los Nodos B son los elementos de la red que se corresponden con las estaciones base. El Controlador de la red de radio (RNC) es responsable de todo el control de los recursos lógicos de una BTS (Estación Base Transmisora). Resumiendo, los dos elementos más importantes que nos aplican de la red de Acceso Radio UMTS son el propio Nodo B y la RNC a la que está asociado:

21

Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente •

Capítulo 2

Nodo B

Estación radio que da cobertura a los teléfonos móviles. En general es sectorial, con lo que una estación cubre tres células (caso de tener tres sectores). Las funciones que realiza están relacionadas con el nivel físico y algunas del RRC (Radio Resource Control) como el control de potencia o la ejecución del softer handover. Equivale o es análogo a la BTS de GSM. •

RNC (Radio Network Controler)

Equipo que controla a un grupo de Nodos-B. Es equivalente o análogo a la BSC de GSM. Realiza funciones de terminación de los protocolos radio y control de los recursos radio. Normalmente se distribuyen de forma geográfica ya que cada RNC controla una serie de Nodos B de una zona geográfica concreta.

Núcleo de Red: CORE NETWORK (Núcleo de Red) El Núcleo de Red incorpora funciones de transporte y de inteligencia. Las primeras soportan el transporte de la información de tráfico y señalización, incluida la conmutación. El encaminamiento reside en las funciones de inteligencia, que comprenden prestaciones como la lógica y el control de ciertos servicios ofrecidos a través de una serie de interfaces bien definidas; también incluyen la gestión de la movilidad. A través del núcleo de Red, el UMTS se conecta con otras redes de telecomunicaciones, de forma que resulte posible la comunicación no sólo entre usuarios móviles UMTS, sino también con los que se encuentran conectados a otras redes.

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Capítulo 2

2.2.3.- Interfaces de la red UMTS

En el esquema de red UMTS que hemos visto anteriormente existen diferentes elementos de la red que tienen que estar interconectados para el tránsito de información y para ello existen distintos interfaces que proporcionan y permiten esta interconexión.

Figura 2.12.- Arquitectura de Red UMTS. Interfaces

Entre cada par de elementos con conexión en la arquitectura GSM, en la parte de la Red de Acceso Radio (UTRAN), existe una interfaz diferente. Cada interfaz requiere su propio juego de protocolos. Las principales interfaces de la Red de Acceso de UMTS (UTRAN) son la Uu, IuB y la interfaz IuR. Estos interfaces se encuentran entre el equipo de usuario (UE) y el Nodo B, dentro de la red de acceso para la interconexión de sus elementos como Nodos B y RNC o entre RNCs, respectivamente. Estos interfaces se describen brevemente a continuación:

Interfaz Uu: Es la interfaz radio, se encuentra entre la estación móvil o equipo terminal y el Nodo B. Se basa en la tecnología de acceso al medio WCDMA.

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Capítulo 2

Interfaz Iub: Es la interfaz que se encuentra entre el Nodo B y la RNC. Permite el transporte de tramas radio entre el UE y la RNC. Utiliza el protocolo NBAP de señalización. En términos de GSM esta interfaz correspondería con la interfaz A-bis, la cual está entre la BTS y la BSC. Interfaz Iur: Es la interfaz que se encuentra entre dos RNC. Soporta el intercambio de información y datos de usuarios. Proporciona la capacidad para soportar la movilidad de la interfaz radio entre RNC (Subsistemas de Red de Radio de equipos que tienen conexión con UTRAN). Esta capacidad incluye el soporte de soft handover (entre dos nodos B que pertenecen a distintos RNC), manejo de recursos de radio y sincronización entre RNC. Utiliza protocolo ATM (Asynchronous Transfer Mode).

Existen otros interfaces a más alto nivel que permiten la transferencia de información entre los diferentes elementos de la red. Hay que tener en cuenta que la red UMTS, posterior a la red GSM, tiene que interconexionar y coexistir con ella por lo que es necesaria cierta comunicación mediante los distintos protocolos e interfaces.

Figura 2.13.- Interfaces GSM y UMTS

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Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente

Capítulo 3

Capítulo 3:

Necesidades en la red existente 3.1.- Planificación Radio 3.1.1.- Datos Nominales

El objetivo de este proyecto, tal y como se ha indicado, es describir todos los pasos y fases necesarias para la integración de un nuevo emplazamiento en una red móvil existente. Estas fases se describirán de forma separada pero a la vez interconexionadas unas con las otras ya que es necesario debido a que, además de complementarse, dependen unas de otras. A grandes rasgos dividiremos estas fases en cuatro capítulos, comenzando por la detección de las necesidades por las que se irá a desplegar el nuevo site. En este capítulo se desarrollará un primer boceto del emplazamiento a desplegar, siempre de forma nominal, ya que será fuertemente dependiente del emplazamiento contratado tras la búsqueda de éste mediante la proposición de varios candidatos óptimos, en orden de prioridad radioeléctrica. En primer lugar, para el despliegue de un nuevo site deben existir unas necesidades en la red existente que previsiblemente deben ser paliadas con la construcción y puesta en funcionamiento de nuestro nuevo site. Nótese que en este primer capítulo relacionado con la búsqueda de emplazamiento no mostraremos excesivas diferencias entre el despliegue de un site GSM y el despliegue de un site UMTS. Más adelante indicaremos las limitaciones en cada caso.

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Capítulo 3

Estas necesidades pueden ser varias y diversas, siendo las más importantes o más típicas las que se indican a continuación: •

Zona aislada sin cobertura de red por el operador (Población aislada / carretera).

•

Zona que no tenga cobertura con la red existente desplegada (ni de GSM, ni de UMTS).

•

Zona que tenga cobertura de una de las dos tecnologías (GSM ó UMTS).

•

Zona muy concreta y definida con mucho tráfico que tenga cobertura de una o de las dos tecnologías (GSM y/o UMTS).

Para cada uno de los casos puede existir diferentes soluciones nominales a desplegar. Estas soluciones pueden ser las siguientes:

Zona aislada sin cobertura por el operador (Población aislada / carretera) Î En este caso, donde existe una población aislada en el que el operador de red no dispone de ningún emplazamiento en dicha población o alrededores cercanos, la única solución es desplegar un nuevo emplazamiento. Este emplazamiento se planificará para cubrir toda la población (teniendo en cuenta la reducida extensión de pequeñas poblaciones). Lo más eficiente a instalar sería una torre en la parte más alta de la población o alrededores, de manera que con la altura desplegada sea posible cubrir toda la población, además de ser más económica la adquisición de un site no urbano evitando la repercusión social e impacto visual de un emplazamiento urbano. Para el caso de tratarse de una carretera procederíamos de igual manera, de forma que tengamos un emplazamiento con altura dominante suficiente para cubrir el mayor tramo posible dentro de la zona planificada.

Zona que no tenga cobertura con la red existente desplegada (ni de GSM, ni de UMTS) Î En este caso estamos hablando de una zona en la que está desplegada la red móvil pero que no es suficiente para cubrir esta zona. Esto puede deberse a diferentes casuísticas siendo las más comunes que el operador esté en proceso de desplegar toda su red en esta zona o que por el contrario ya tuviese desplegada perfectamente su red móvil pero por algún tipo de ampliación urbanística no sea suficiente con la red actual.

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Capítulo 3

Siendo fieles al propósito de este proyecto analizaremos un caso real de esta casuística en concreto.

Zona que tenga cobertura de una de las dos tecnologías (GSM ó UMTS) Î En este caso, tratamos que el operador móvil dota a la zona de cobertura de una de las dos tecnologías y es necesario desplegar la tecnología deficiente. Esto puede deberse a que el emplazamiento que sí ofrece cobertura a la zona, solo disponga de una de las dos tecnologías, con lo que la solución que se diseñará es dotar a este emplazamiento de ambas tecnologías para que pueda cubrir toda la zona en cuestión. Para esta solución hay que tener en cuenta que debido a la analogía en las arquitecturas de red móvil, y habiéndose desplegado previamente y en el mayor de los casos la tecnología GSM, la nueva tecnología a desplegar, UMTS, se apoyará en un principio en la red existente de GSM y en su infraestructura, de manera que ambas redes coexistan y se complementen, teniendo diseños de celdas similares. Es importante señalar que aunque GSM (hablando de DCS1800) y UMTS implementan frecuencias similares que hacen que el alcance radioeléctrico sea similar, la diferente tecnología de ambas hace que las celdas de UMTS tiendan a ser más pequeñas y tengan menor alcance, debido mayormente al “Cell Breathing” (respiración de celda) que hace que a medida que la carga del sistema crezca, el radio de cobertura de la celda disminuye debido a las propias señales interferentes de los usuarios que están usando esta celda. Lo ilustramos de forma explicativa en la siguiente figura:

Figura 3.1.- Cell Breathing

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Capítulo 3

Zona muy concreta y definida con mucho tráfico que tenga cobertura de una o de las dos tecnologías (GSM y/o UMTS) Î En este caso se trata de una zona en la que ya existe cobertura de la tecnología deseada pero tiene la peculiaridad de ser una zona muy concreta con mucho tráfico (por ejemplo: una calle o plaza comercial). En estos casos es posible que sea necesario desplegar otro emplazamiento debido, entre otras cuestiones, a que en UMTS se produce el Cell Breathing, anteriormente explicado, y que con tráfico excesivo, la celda que dota de cobertura a la zona disminuya a medida que aumenta el tráfico dejando a los usuarios más alejados del emplazamiento sin cobertura / capacidad UMTS. Para el caso de GSM, es posible que un aumento de la capacidad de la celda que dota de cobertura sea suficiente, por lo que se aumentaría el número de portadoras de esta celda para que pudiese absorber todo el tráfico. Ya que la zona es concreta y definida, también sería posible, en lugar de instalar un nuevo emplazamiento macro, el desplegar un emplazamiento micro, es decir, una microcélula, de manera que esta microcélula absorbería gran parte del tráfico en un pequeño radio y de esta forma no congestionaría la célula macro original que dotaba cobertura a la zona. Además habría que tener en cuenta la limitación de asignaciones de frecuencias, ya que los operadores móviles tienen asignadas un rango de frecuencias de GSM limitado por lo que es necesario reutilizar estas frecuencias sin que interfieran entre ellas. En este caso, que se presume de una gran población que posee muchas estaciones macro, el aumentar el número de portadoras de la estación existente puede no ser una solución viable debido al problema de las cocanalidades.

Figura 3.2.- Interferencias Cocanales

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Capítulo 3

3.2.- Adquisición del emplazamiento 3.2.1.- Búsqueda de emplazamientos

Tal y como se ha comentado anteriormente, lo principal es detectar la necesidad de dotar de cobertura a una zona. Esta detección puede producirse por varias causas, algunas de ellas, o al menos las más importantes, pueden ser las siguientes: •

Evidencia lógica: la tecnología móvil tiene un límite en lo que a propagación radioeléctrica se refiere, pero claro está que si en una zona o población no existe ningún emplazamiento relativamente cercano es imposible que pueda tener cobertura.

•

Limitación tecnológica: se trata de un caso no tan extremo como el anterior en el que no existía ningún emplazamiento en kilómetros. En este caso se trataría de una zona que posee algún emplazamiento cercano pero no demasiado como para dotar a esta zona de cobertura debido a que, como se comentará en el capítulo dedicado al diseño radioeléctrico, el radio de cobertura de una celda o celdas es limitado.

•

Medidas de cobertura: se puede detectar una zona sin cobertura o con cobertura deficiente en las medidas de cobertura que el operador realiza tanto a nivel de optimización de la red existente como para la justificación y búsqueda de zonas para despliegue. Se hablará de ello en el subcapítulo de medida de cobertura.

•

Otros casos: el operador puede detectar una zona sin cobertura mediante los estadísticos de alguna estación cercana que puede registrar altos niveles de caídas de llamadas debido a que no es posible realizar handover (traspaso) a ninguna celda cuando el usuario se acerca a la zona sin cobertura. También es posible que el operador detecte estas zonas por las propias quejas realizadas por sus clientes al departamento de atención al cliente.

Una vez detectada la zona sin cobertura se pasaría a la búsqueda de potenciales candidatos para la colocación de una estación base que dote de cobertura a la zona. En esta búsqueda influyen datos importantes a tener en cuenta y quedaría relativamente pendiente el dimensionamiento e instalación a colocar en función del candidato definitivo.

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Capítulo 3

Para que un candidato sea potencialmente válido para la colocación de una estación base es necesario, que cumpla dos máximas asociadas a los pasos posteriores a tratar. Estas máximas son: A nivel de radio: El emplazamiento se destina a cubrir una zona delimitada sin cobertura por lo que el candidato nominal debe permitir una infraestructura que tenga altura suficiente para que de esta forma pueda cubrir toda la zona teniendo la mayor visibilidad directa posible de toda la extensión a cubrir y el menor número de obstáculos. Además de ello es necesario que el emplazamiento se ubique en la zona de búsqueda o al menos bastante cercano siendo la mejor opción, nominalmente hablando, el centro de la zona de búsqueda para que con un futuro emplazamiento trisectorial (instalación típica a desplegar) se pueda cubrir la zona completa sin que exista una gran diferencia de distancia entre el emplazamiento y el final de la zona a cubrir. Los detalles de instalación y dimensionamiento a nivel de radio del candidato definitivo se comentarán en uno de los siguientes capítulos. A nivel de transmisión: Hay operadores de red que poseen línea fija propia y pueden usar esta línea fija como salida de transmisión de sus emplazamientos en cualquier punto donde tengan la opción, pero existen operadores que no poseen de este despliegue de líneas fijas o incluso que lo tengan de forma limitada. En estos casos los operadores optan por tener su red propia de transmisión formada por enlaces de microondas. Como explicaremos en uno de los siguientes capítulos, estos enlaces de microondas necesitan visibilidad directa del vano al que pertenecen por lo que aplica a nuestro candidato nominal la obligatoriedad de tener visión directa con, al menos, uno de los elementos de red de la red existente. Teniendo en cuenta estas dos premisas iniciales se inicia la búsqueda de candidatos nominales para la posible colocación del futuro emplazamiento. En el proceso de búsqueda están implicadas la parte de adquisición y la parte de ingeniería. Normalmente esta búsqueda la realiza una empresa o gestor de adquisiciones que trata directamente con los propietarios de los emplazamientos nominales y una empresa o ingeniero radio que verifica las premisas anteriores y obtiene datos iniciales para el posible futuro despliegue en ese punto. A esta búsqueda de emplazamiento se la suele denominar “Visual” en el argot de despliegue móvil. El propio gestor de adquisiciones facilita el acceso a los emplazamientos nominales tratando directamente con el propietario o representante de la propiedad en cuestión. Es este gestor, en el caso de ser el candidato elegido, quién ofrece al propietario la firma de un contrato con la operadora por el que cede, durante un tiempo

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Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente

Capítulo 3

determinado, una parte de su propiedad para la instalación de un emplazamiento a cambio de una dotación económica como alquiler. El gestor de adquisiciones debe tener conocimiento de las leyes que afectan a la construcción civil, leyes de propiedad horizontal, leyes propias del ayuntamiento al que pertenezca el candidato y demás temas burocráticos y legales que puedan afectar tanto al despliegue y construcción del emplazamiento como a su legalización. El ingeniero radio que se desplaza, se limita a verificar las premisas anteriores y a recoger una serie de datos para que el operador valide el candidato elegido (tales como fotografías panorámicas, dirección, coordenadas, cota…) y datos de importancia que pueden afectar al diseño del punto (tales como extensión del terreno, obstáculos, posible población…).

3.2.2.- Documentación asociada / Contrato / Legalización.

Tal y como se ha indicado anteriormente, el ingeniero radio que se desplaza, se limita a verificar las premisas anteriores junto con la recogida de datos de interés para un futuro diseño radio más ajustado a las necesidades. Además de esto, debe realizar un documento en el que se recojan al menos los datos más importantes del candidato nominal elegido. Estos datos suelen ser: • • • • • • • • •

Nombre de emplazamiento Letra o identificación del candidato Nombre del candidato Prioridad del candidato Dirección del candidato Coordenadas y cota del candidato Breve explicación o notas importantes a tener en cuenta Panorámica desde el candidato (fotos de los 360º) Foto de posible salida de transmisión (remoto).

Estos datos son importantes y básicos para identificar a cada candidato propuesto siendo muy importante las fotografías panorámicas realizadas desde el propio candidato para poder justificar frente a la operadora que el candidato es ideal para cubrir la zona y que no existen obstáculos importantes que mermen el funcionamiento futuro del emplazamiento.

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Capítulo 3

Normalmente cada candidato debe ser validado por la propia operadora mediante los datos recogidos y panorámicas. Estas fotos panorámicas se deben realizar de manera que sea posible divisar la zona desde 0º (a partir de la dirección del norte) hasta 360º teniendo de esta manera una visión panorámica. Siendo fieles al propósito del proyecto, vamos a plasmar en un ejemplo la documentación a recoger y presentar en la fase de búsqueda de un emplazamiento candidato, fase de “Visual”. Nos centraremos en un caso real de búsqueda de una zona que no dispone de cobertura con la red desplegada actualmente. El ejemplo propuesto a continuación se trata de una zona de ampliación urbanística en la que se ha construído una nueva urbanización en la ciudad de Córdoba. En primer lugar es necesario que la operadora indique la zona de búsqueda del emplazamiento, en dicha zona es necesario la colocación de un nuevo site para poder dar cobertura debido a que con lo desplegado hasta ese momento no es posible dotar de cobertura a la zona (tanto de GSM como de UMTS o ambas). Imaginemos el hipotético caso de red móvil desplegada con los emplazamientos existentes que se indican y siendo la zona de búsqueda entonces la delimitada por un círculo rojo en la siguiente captura de Google Earth:

Figura 3.3.- Zona búsqueda e hipotéticos sites desplegados Córdoba

Se puede observar que en esa zona concreta no existe ningún site desplegado y con los existentes cercanos no son suficientes para cubrir la zona.

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Capítulo 3

Detallando más aún la zona de búsqueda tendremos con mayor claridad la zona que se pretende dotar de cobertura y por consiguiente en la zona donde deberemos buscar nuestros emplazamientos candidatos:

Figura 3.4.- Zona de búsqueda concreta Tras la visita pertinente del gestor de adquisiciones y del ingeniero, se deciden dar varios candidatos nominales en la búsqueda realizada. Será necesario documentar de cada uno de ellos los datos más importantes, como dirección y coordenadas, junto con sus fotos identificativas y panorámicas. Se elige un total de cinco candidatos nominales cuya ubicación será la siguiente que mostramos sobre la captura de Google Earth:

Figura 3.5.- Posición de los candidatos

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Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente

Capítulo 3

La información obtenida de los candidatos se recoge en un acta que documenta todos los candidatos en orden de prioridad. Junto con este acta de Búsqueda deben ir tanto la posición de los candidatos que anteriormente se ha indicado en una figura como las fotos identificativas y panorámicas de cada uno de ellos. El acta de búsqueda de candidatos será algo similar a lo siguiente:

Figura 3.6.- Acta Búsqueda de Candidatos

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Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente

Capítulo 3

A continuación vamos a exponer el reportaje fotográfico obtenido de la búsqueda de candidatos. Expondremos solamente las fotos panorámicas de uno de los candidatos elegidos, el candidato de más prioridad, ya que para los demás el procedimiento sería similar. Para los demás candidatos solamente los localizaremos en una de las fotos de la panorámica del primer candidato. Tal y como se ha comentado las fotos panorámicas se deben realizar desde 0º (dirección norte) hasta 360º con una diferencia de unos 20º o 30º de manera que sea posible tener la visión panorámica deseada. •

Candidato A:

Se presentarán a continuación la foto identificativa de este candidato y las panorámicas realizadas desde él.

Figura 3.7.- Foto identificativa Candidato A

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Capítulo 3

Figura 3.8.- Foto panorámica 0º Candidato A

Figura 3.9.- Foto panorámica 20º Candidato A

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Capítulo 3

Figura 3.10.- Foto panorámica 40º Candidato A

Figura 3.11.- Foto panorámica 60º Candidato A

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Capítulo 3

Figura 3.12.- Foto panorámica 90º Candidato A

Figura 3.13.- Foto panorámica 100º Candidato A

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Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente

Capítulo 3

Figura 3.14.- Foto panorámica 120º Candidato A

Figura 3.15.- Foto panorámica 140º Candidato A

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Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente

Capítulo 3

Figura 3.16.- Foto panorámica 160º Candidato A

Figura 3.17.- Foto panorámica 180º Candidato A

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Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente

Capítulo 3

Figura 3.18.- Foto panorámica 200º Candidato A

Figura 3.19.- Foto panorámica 220º Candidato A

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Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente

Capítulo 3

Figura 3.20.- Foto panorámica 240º Candidato A

Figura 3.21.- Foto panorámica 260º Candidato A

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Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente

Capítulo 3

Figura 3.22.- Foto panorámica 280º Candidato A

Figura 3.23.- Foto panorámica 300º Candidato A

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Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente

Capítulo 3

Figura 3.24.- Foto panorámica 320º Candidato A

Figura 3.25.- Foto panorámica 340º Candidato A

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Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente •

Capítulo 3

Candidato B:

Se presentarán a continuación la foto identificativa y ubicación de este candidato desde una de las panorámicas realizadas desde el primer candidato.

Figura 3.26.- Foto identificativa Candidato B

Figura 3.27.- Ubicación Candidato B

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Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente •

Capítulo 3

Candidato C:

Se presentarán a continuación la foto identificativa y ubicación de este candidato desde una de las panorámicas realizadas desde el primer candidato.

Figura 3.28.- Foto identificativa Candidato C

Figura 3.29.- Ubicación Candidato C

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Capítulo 3

Candidato D:

Se presentarán a continuación la foto identificativa y ubicación de este candidato desde una de las panorámicas realizadas desde el primer candidato.

Figura 3.30.- Foto identificativa Candidato D

Figura 3.31.- Ubicación Candidato D

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Capítulo 3

Candidato E:

Se presentarán a continuación la foto identificativa y ubicación de este candidato desde una de las panorámicas realizadas desde el primer candidato.

Figura 3.32.- Foto identificativa Candidato E

Figura 3.33.- Ubicación Candidato E

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Capítulo 3

Una vez terminado todo el proceso de búsqueda de candidatos, junto con los datos que se recogen para su posible validación por el operador, se envía el Acta de búsqueda de candidatos junto con las panorámicas. Si estos candidatos son considerados como aptos para la posible colocación del nuevo site, el acta se convierte en definitiva, terminando el trabajo del ingeniero y empezando el grueso de las negociaciones del gestor de adquisiciones con los propietarios de los candidatos nominales elegidos. El gestor de adquisiciones presenta a los propietarios la firma de un contrato con la operadora por el que se compromete a permitir la instalación de un emplazamiento de telefonía móvil. El contrato que se le presenta al propietario del candidato sería algo similar al que se adjunta en el capítulo de anexos. Se trata de un contrato de arrendamiento para el uso y disfrute de la zona acordada entre el operador y la propiedad para poder instalar el emplazamiento. Se recogen todos los derechos y obligaciones por ambas partes para que no quede ningún cabo suelto que pueda acabar en conflictos futuros. Como norma general, o al menos lo más usual entre los operadores nacionales, es realizar contratos de arrendamientos de muchos años para poder amortizar el gasto inicial de instalación del emplazamiento. La duración de estos contratos oscila entre los diez y los veinticinco años y normalmente son prorrogables según acuerdo por ambas partes. Además de definir las obligaciones y derechos por ambas partes, normalmente los operadores se reservan el derecho para la posible subcontratación o subarrendamiento a terceros. Esta es una opción muy usada por los operadores puesto que actualmente existe una gran dificultad en conseguir nuevos contratos para nuevos emplazamientos y se ven obligados a compartir emplazamientos ya arrendados y en uso de otros operadores para desplegar más elementos de su red. De esta manera el operador inicial titular del contrato de arrendamiento amortiza más rápidamente el capital invertido. Claro está que este contrato está sujeto a la ley y jurisdicción que le sea aplicable debiendo cumplir en todo momento la legislación vigente.

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Capítulo 3

3.2.3.- Infraestructura nominal

Al mismo tiempo que se están eligiendo los candidatos in situ, se estudia la futura infraestructura y equipos a colocar. Esto dependerá de las características constructivas del candidato elegido y de las limitaciones o exigencias que hubiera que cumplir. Normalmente en zonas rurales o terrenos alejados de edificios se suele instalar una torre para que de esa manera se gane altura y poder cubrir mejor la zona deseada. De forma similar se trata para sites que se pretende que cubran carreteras, vías de ferrocarriles, etc. En terreno urbano y refiriéndose a edificios, la infraestructura a colocar más común es un mástil único en el que se colocarán las antenas radio y las parábolas de transmisión. Es posible que en lugar de un único mástil se instalen varios para de esta manera evitar algún obstáculo sobre uno de los sectores. En ocasiones, sobre todo en zona urbana, se exige mimetizar el emplazamiento, de manera que el impacto visual se minimice considerablemente. Es esta mimetización exigencia de algunos ayuntamientos o comunidades de vecinos para que no rompa la estética urbana a la vez que disminuye la alarma social generada por todo lo que se refiere a antenas de telecomunicaciones. Además de la infraestructura a instalar (mástil, torre, etc) para la ubicación de las antenas de radio y cableado, también es necesario ubicar los propios equipos de radio y transmisión. Para ello existen dos posibilidades: •

Equipos Indoor: se trata de equipos interiores, es necesario que estén protegidos de la intemperie. Estos equipos es necesario que cuenten con sistemas de alimentación independiente y refrigeración independiente para su correcto funcionamiento. Lo normal para estos equipos es la instalación de casetas de diferentes tipos, tanto sobre suelo como sobre terraza.

•

Equipos Outdoor: se trata de equipos exteriores. Estos equipos pueden estar expuestos a la intemperie aunque es recomendable cubrirlos con algún tipo de tejadillo para una mayor conservación. Estos equipos deben llevar su propio sistema de alimentación y refrigeración. En el interior de estos equipos es posible la instalación, a su vez, de los sistemas de transmisión (IDUs).

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Capítulo 3

Existen varias alternativas en lo que a infraestructura se refiere, las más comunes son las siguientes: •

Torre de diferente altura o Celosía (más robusta) o Tubular (mayor mimetización)

•

Mástil en terraza o castillete o Mástil único o Varios mástiles

•

Mimetizaciones o Torre: es posible ocultar las antenas con carteles publicitarios o Mástil: es posible cubrir las antenas con paneles, aparentar chimeneas… o Luminarias, carteles publicitarios: es posible la colocación de antenas o Torre árbol: torre con apariencia de árbol, normalmente un pino o Mástiles especiales: existen antenas ya de por sí mimetizadas

•

Otras infraestructuras existentes

A continuación ilustraremos algunos ejemplos de las diferentes instalaciones e infraestructuras indicadas anteriormente, tanto para la ubicación de los bastidores radio y equipos de transmisión, como para la instalación del sistema radiante que corresponde a la instalación del cableado y antenas radio junto con las parábolas de transmisión necesarias para el emplazamiento en cuestión. Comenzaremos ilustrando las diferentes instalaciones para la ubicación de los equipos de radio y transmisión. A continuación se presentarán diferentes ilustraciones de las infraestructuras indicadas, tanto de mástiles y torres corrientes, como algunos de los diferentes tipos de mimetizaciones, que en algunos casos pueden llegar a ser verdaderas obras de construcción para que cumplan su objetivo final de no romper la estética constructiva y no causar alarma social siendo casi imposible la percepción de ningún elemento de telecomunicaciones en estos sistemas mimetizados.

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Capítulo 3

Instalaciones Indoor y Outdoor:

Figura 3.34.- Caseta para equipos Indoor

Figura 3.35.- Tejadillo para equipos Outdoor

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Capítulo 3

Torres de diferentes alturas:

Figura 3.36.- Torre celosía Las torres de celosía suelen tener una altura desde 20 metros hasta 40 metros, siendo las de 30 y 40 metros las más habituales en las instalaciones de telefonía móvil. Existen también torres de celosía especiales, reforzadas, de mayor altura, que normalmente se usan para repetidores de transmisión, televisión, etc, y raramente para telefonía móvil.

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Capítulo 3

Figura 3.37.- Torre tubular Las torres tubulares, al igual que las de celosía, tienen una altura desde los 20 metros hasta los 40 metros. Estas torres no permiten un reforzamiento como las de celosía, por lo que no es posible obtener más altura. Además las torres de celosía permiten tener una base mucho más abierta para soportar mucho mayor peso y exposición al viento cosa que no es posible en las tubulares.

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Capítulo 3

Figura 3.38.- Torre tubular y celosía Por el contrario, las torres tubulares son más elegantes que las de celosía al ser más esbeltas por lo que poseen una mayor mimetización, más aún cuando se le instala algún tipo de cartel publicitario.

Figura 3.39.- Torre celosía de gran tamaño Las torres tubulares, al no ser tan robustas como las de celosía, permiten menor carga y menor exposición al viento por lo que no es posible instalar un gran número de antenas ni tampoco de gran tamaño.

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Capítulo 3

Mástil en terraza o castillete:

Figura 3.40.- Mástil único La instalación de un mástil único donde se concentre todo el sistema radiante es la instalación más común en telefonía móvil. A veces es necesario arriostrar este tipo de mástiles para una mayor seguridad.

Figura 3.41.- Varios mástiles Estos mástiles separados se instalan raramente. Es posible que se usen para evitar algún obstáculo, para separar las antenas de diferentes operadores o incluso para la configuración de diversidad de antenas en antenas que no poseen polarización cruzada.

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Capítulo 3

Mimetizaciones: o Torres:

Figura 3.42.- Torre mimetizada publicidad

Figura 3.43.- Torre cartel publicitario 57

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Capítulo 3

o Mástiles:

Figura 3.44.- Mástil mimetizado paneles

Figura 3.45.- Panorámica mimetizado paneles

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Capítulo 3

Figura 3.46.- Mimetizado shunt Son bastante comunes las mimetizaciones de mástiles sobre todo en zonas urbanas. Estas mimetizaciones consisten en un paralepípedo de base rectangular formado por paneles ciegos, en material permeable a la radiación, cuya textura y acabado puede variar en función de la estética del edificio (ladrillo visto, enfoscado, piedra natural...) y que puede estar coronado por una salida de humos prefabricada similar a una chimenea real. Las dimensiones de la chimenea pueden variar en el ancho y en la altura de la misma, siendo las soluciones más comunes las siguientes: • • •

Chimenea de 1m ó 1,20m. de lado y diferentes alturas para la ocultación de sistema crosspolar compuesto por 3 sectores. Chimenea de 0,7m de lado y diferentes alturas para 2 sectores. Chimenea de 0,35m de lado diferentes alturas para la ocultación de 1 sector.

Podrán llevar una o varias puertas para acceder a las antenas. Así mismo se podrá instalar escalera y sistema de seguridad. En el ejemplo ilustrado anteriormente se puede observar que el acabado tipo chimenea “shunt” es prácticamente igual al existente en los shunt (chimeneas o conductos de ventilación en arquitectura) de obra del edificio sin que se rompa la estética de dicha infraestructura.

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Capítulo 3

Existen otras opciones de mimetización mucho más elaboradas que la propia ocultación con paneles. Este tipo de mimetizaciones se suelen dar raramente por su elevado coste y solamente se utilizan para zonas conflictivas y difíciles de encontrar y desplegar un nuevo emplazamiento. A continuación ilustraremos uno de los casos de mimetización mejor realizados y construídos en el que se adaptan e integran, con una perfección asombrosa, los nuevos elementos instalados para el despliegue del site con la arquitectura existente.

Figura 3.47.- Panorámica mimetización chimenea obra En esta foto se puede observar una parte de la cubierta y tejado de un chalet construído en cualquiera de las urbanizaciones de chalet que proliferan por la geografía española o incluso europea. Se observa que esta edificación posee dos chimeneas de obra que pueden ser perfectamente utilizables ya que al parecer son idénticas, junto con su terminación en ladrillo y teja y pintadas con el mismo tono de pintura exterior. Nada más lejos de la realidad, ya que la chimenea derecha se trata de una chimenea real de la edificación pero, por el contrario, la chimenea que se observa a la izquierda se trata de una construcción para mimetizar varios paneles radio de telefonía móvil junto con su parábola de transmisión. Además de esta construcción en chimenea, se ha construído una doble vigueta de yeso, paralela a la cubierta, que oculta el bajante del cableado y que veremos en otra ilustración.

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Capítulo 3

Figura 3.48.- Mimetizado chimenea obra

Figura 3.49.- Bajada cableado mimetizado

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Capítulo 3

o Torre árbol:

Figura 3.50.- Mimetización tipo árbol Existen también mimetizaciones imitando a árboles, normalmente pinos, que se suelen utilizar en zonas que poseen vegetación y el impacto visual de una torre tanto de celosía como tubular sería demasiado chocante. Estas mimetizaciones, aunque no están muy bien conseguidas, a distancias lejanas pasan desapercibidas entre la diferente vegetación de la zona donde se instala, por lo que al final consigue su objetivo. 62

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Capítulo 3

o Mástiles especiales: Además de las diferente mimetizaciones con sistemas externos (paneles, obra, carteles publicitarios…) muchas de las marcas de antenas de radio, conscientes de la importancia que está tomando la mimetización de los emplazamientos, han desarrollado unas antenas que ya de por sí están mimetizadas ya que su aspecto exterior imita a un tipo de chimenea cilíndrica. A continuación veremos algunos ejemplos:

Figura 3.51.- Mástil Slim para mimetización

Figura 3.52.- Mástil mimetizado Moyano 63

Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente •

Capítulo 3

Otras infraestructuras existentes:

Además de la instalación de mástiles y torres para la colocación de las antenas de radio y transmisión, existe también la posibilidad de utilizar diferentes infraestructuras existentes ya construidas para la colocación de dichas antenas.

Figura 3.53.- Instalación en infraestructura existente

Figura 3.54.- Instalación en depósito existente

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Capítulo 4

Capítulo 4:

Diseño Radio 4.1.- Zona a cubrir

Una vez que ha terminado el proceso de adquisición y tenemos candidato definitivo empieza el proceso del diseño radio del emplazamiento. En la búsqueda del emplazamiento teníamos definida una zona de búsqueda que correspondía con la zona de ausencia o menor cobertura que se pretende cubrir. Ya con el emplazamiento definitivo adjudicado, tenemos que diseñar cómo se configurará este sitio, de manera que cubra toda la zona que se pretende. Es necesario comentar las diferentes casuísticas dependiendo de las características del candidato puesto que si este candidato se trata de un emplazamiento existente (cosite) de otra tecnología, la zona a cubrir, en principio, sería la misma que la del emplazamiento ya instalado para mantener la homogeneidad de las redes del operador. Incluso si la tecnología existente es DCS y se pretende instalar GSM900, esta última se instalaría para cubrir las deficiencias de lo existente.

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Capítulo 4

4.2.- Diseño de celdas

Una vez que tenemos perfectamente definidos tanto el candidato definitivo donde vamos a instalar nuestro emplazamiento y la zona que debe cubrir este nuevo elemento de red pasamos a una primera fase del diseño de las celdas que formarán parte de este emplazamiento. Este prediseño de celdas se realiza en función de la posición del nuevo elemento de red y la zona a cubrir, junto con los datos obtenidos en el proceso de adquisición del candidato y las estimaciones de servicio de este site. En el siguiente apartado se acordará, in-situ, la configuración definitiva del site, pero antes de llegar a la fase de replanteo es necesario tener un prediseño o diseño nominal deseado para que de esta forma, en la fase de replanteo, intentemos ajustarnos lo más posible a lo deseado. En este prediseño o diseño nominal de celdas se analizan diferentes características del futuro emplazamiento. Hay que recalcar que estos datos pasarán a ser definitivos en la fase de replanteo, siendo este primer diseño solamente un boceto de la configuración deseada. Las características más importantes o influyentes pueden ser las siguientes: •

Zona a cubrir: es deseable que la configuración del nuevo emplazamiento pueda cubrir toda, o al menos gran parte de ella, de la zona de búsqueda o zona de defecto de cobertura que se pretende cubrir. Para ello se tiene que ajustar o definir características y configuraciones como las que se indicarán.

•

Número de sectores: se trata del número de celdas de las que constará nuestro emplazamiento. Dependiendo de la posición del emplazamiento y de la zona que se pretende cubrir se definirán un número de sectores que normalmente varían entre 1 y 3 sectores por emplazamiento, siendo la configuración más común la de 3 sectores por site. Además de la ubicación del site y de la zona a cubrir, en la elección del número de sectores dependen también las características de las antenas a instalar tal y como se indicará en los siguientes puntos.

•

Orientación de los sectores: dependiendo del número de sectores a instalar y las características de estos se elegirá una orientación para estos sectores de manera que sea óptima para cubrir la zona de deficiente o nula cobertura. También hay

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Capítulo 4

que tener en cuenta los demás elementos de la red para que con la orientación elegida de los sectores no se produzca una interferencia o solapamiento no deseado. •

Ancho de haz de las antenas: se trata del ancho de haz tanto vertical como horizontal correspondientes a la antena a instalar por sector. Este ancho de haz vertical u horizontal definen, junto con la ganancia, el patrón de radiación de la antena. o Ancho de haz vertical: Es usual y recomendable usar antenas de ancho de haz vertical de unos 7º en las estaciones base, de esta forma no es extremadamente directivo como podría darse el caso de una antena yagi de unos 4º-5º, ni un ancho vertical mayor que no sería eficiente en estos casos. o Ancho de haz horizontal: En el caso de las antenas destinadas a estaciones base existen mayoritariamente dos grupos de antenas dependiendo de su ancho de haz horizontal. Estas son las que poseen un ancho de haz de unos 65º y las que poseen un ancho mayor de unos 90º. También existen antenas omnidireccionales cuyo diagrama de radiación abarca un ancho horizontal completo llegando a los 360º. Es recomendable usar en entorno urbano antenas con un ancho de haz horizontal de 65º, siendo las de ancho 90º usadas en mayor medida en los entornos rurales.

•

Downtilt: se trata de la inclinación vertical de la antena en referencia al centro del haz vertical. El downtilt (inclinación hacia abajo) se usa para direccionar el haz vertical de la antena hacia la zona a cubrir de manera que podamos cubrir la zona deseada sin que exista subalcance o sobrealcance. Existen dos formas para aplicar el downtilt: o Downtilt mecánico: se trata de un dispositivo mecánico que se coloca entre la antena de la estación base y el mástil de sujeción que permite cabecear la parte alta de la antena de manera que se puede inclinar hacia abajo. Este dispositivo suele ser una placa en forma de V que se abre más o menos en función de los grados de DT que se pretenden dar.

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Capítulo 4

Figura 4.1.- Pieza para downtilt mecánico o Downtilt eléctrico: se trata de un nuevo dispositivo que traen consigo la mayor parte de las antenas actuales que permiten mediante el giro una varilla bajar el diagrama de radiación verticalmente orientando los propios dipolos de la antena.

Figura 4.2.- Dispositivo para downtilt eléctrico A continuación ilustraremos un caso hipotético de zona que se pretende cubrir con un solo emplazamiento. Suponemos que la adquisición del candidato definitivo no se encuentra en el centro de la zona de búsqueda sino desplazado ligeramente hacia el norte. En este caso, y teniendo en cuenta la superficie a cubrir, elegiremos la instalación de tres sectores con orientaciones específicas para cubrir toda la zona. Para la elección ideal de la orientación se pueden usar software de cálculo de cobertura (Atoll, Netact…) pero debido a elementos no recogidos en estos software (edificios, obstáculos, árboles…) es más eficiente la elección del ingeniero que acude al replanteo según su experiencia y basándose en la ubicación definitiva. En la elección de las orientaciones hay que tener en cuenta que los haces horizontales de los sectores adyacentes no se solapen: 68

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Capítulo 4

Figura 4.3.- Orientación deseada de sectores

4.3.- Replanteo

Una vez que tenemos la idea de nuestro prediseño de las celdas deseadas, junto con algunas características obtenidas a partir de los datos de la adquisición del candidato, llega el momento de plasmarlas e intentar adaptar estas necesidades al emplazamiento físico que nos aplica. En la fase de replanteo debe quedar plasmada la configuración definitiva a instalar de los diferentes elementos físicos necesarios para nuestra estación base. En esta fase están involucrados los diferentes departamentos de un operador. En primer lugar debe haber un representante de adquisiciones puesto que este agente de adquisiciones es el responsable de la concesión del candidato por parte del propietario de la finca mediante un contrato de arrendamiento, tal y como se indicó en el capítulo anterior a éste. Es este agente quien gestiona el acceso con el propietario e indica los acuerdos sobre limitaciones de construcción, exigidos por la propiedad, que se han recogido en el contrato.

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Capítulo 4

En segundo lugar debe acudir un representante de obra civil, que se encargue de la supervisión de lo que se pretende instalar. Este agente debe indicar la viabilidad o no viabilidad de lo que se pretende instalar teniendo en cuenta multitud de factores, desde las propias deficiencias o limitaciones estructurales del edificio donde se vaya a instalar la estación base hasta las posibles limitaciones, normas o leyes tanto a nivel nacional como local que apliquen en el ámbito de arquitectura civil o instalaciones de telecomunicaciones. En tercer lugar acude el personal de ingeniería que es el encargado de realizar el proyecto. Este personal debe recoger toda la información que en el replanteo se acuerde para realizar los planos del proyecto y tras esto comenzar la instalación de todos los elementos necesarios. Se necesita recoger multitud de información, desde la propia configuración radio del emplazamiento hasta características infraestructurales del edificio, sin olvidar otros temas importantes como acometida eléctrica, pilares de carga... En cuarto y último lugar debe acudir el ingeniero de radio, el cual debe intentar ajustar la configuración del emplazamiento según las necesidades analizadas en el prediseño. Hay que tener en cuenta que el ingeniero radio es el que tiene la mayor responsabilidad ya que la finalidad del emplazamiento es que funcione eficientemente para lo que se ha diseñado por lo que los demás departamentos o representantes se deben ajustar lo más posible a las necesidades que solicite el ingeniero de radio. De esta manera se llega a un acuerdo en la instalación definitiva que siempre debe constar con el beneplácito del ingeniero para validar la opción elegida. Además de definir los datos radio, el ingeniero de acceso radio que acuda debe indicar la solución de transmisión del emplazamiento para conectar esta nueva estación base a la red existente. En una red de transmisión mediante enlaces de microondas, el ingeniero debe indicar las parábolas a instalar tanto en el emplazamiento nuevo como en el emplazamiento que se usará como remoto diciendo también tamaño de parábolas, azimut y altura a instalarlas teniendo en cuenta que debe existir línea de vista entre ambos emplazamientos. El tema sobre la trasmisión lo analizaremos en el siguiente capítulo de forma más ampliada puesto que es necesario realizar un prediseño del enlace de transmisión para definir las características de los equipos y parábolas a instalar.

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Capítulo 4

4.3.1.- Sistema radiante a instalar

El conjunto del sistema radiante está formado mayoritariamente por el cableado y las antenas a instalar junto con diferentes elementos o dispositivos dependiendo de la configuración final. •

Cables:

La función del cableado es conectar antenas instaladas para transmisión y recepción con los bastidores instalados donde se encuentran los TRXs y sistemas de control. Este cometido se debe realizar con el mínimo de pérdidas posibles, o al menos con unos niveles de pérdidas permitidos. El cableado que se instala en sistemas de microondas o telefonía celular se trata de cable coaxial para radiofrecuencia. Este tipo de cable coaxial se presenta en tres calibres que son los mayormente usados para estos menesteres. Estos diámetros en pulgadas son los siguientes: 1/2”, 7/8” y 1 5/8”. La utilización de diferente grosor del cableado viene determinada por las pérdidas acumuladas debido a la longitud que se pretende instalar, es decir, el calibre del cableado será mayor cuanto mayor sea la distancia de la tirada de cables. A continuación se presenta una tabla con las características de dichos cables, que varían ligeramente según distintas marcas y modelos debido a las características de los materiales con los que están elaborados:

Calibre del cable Calibre del (pulgadas) cable (mm)

Pérdidas (1700MHz) dB/100m

Pérdidas (2000MHz) dB/100m

Radio Curvatura mínimo (mm)

1/2"

12,7 mm

10,3 dB/100m

11,2 dB/100m

125 mm

7/8"

22,2 mm

5,89 dB/100m

6,47 dB/100m

250 mm

1 5/8"

41,275 mm

3,71 dB/100m

4,09 dB/100m

510 mm

Figura 4.4.- Calibre cableado

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Capítulo 4

Se puede consultar un ejemplo de hoja de características de estos cables en el capítulo de anexos. Como se puede observar en la tabla de características anterior, las pérdidas de estos cables no solo dependen de la longitud sino también de la frecuencia de la señal que transporten. En este caso se ha indicado, a modo de ejemplo, las pérdidas para frecuencias de 1700 MHz y 2000 MHz, que son cercanas a nuestras tecnologías de DCS1800 y UMTS, siendo las pérdidas para GSM900 menores. Por esto último el calibre de cable a utilizar en nuestro emplazamiento depende de los dos factores siguientes: •

Longitud de tirada de cableado

•

Frecuencia que transporten

Estos dos factores nos determinan el calibre del cable a utilizar teniendo en cuenta que la recomendación de pérdidas permitidas no superen los 3 dB. En estas pérdidas máximas permitidas en el SSRR (Sistema Radiante) también deben estar incluidas las pérdidas de conectores y demás dispositivos o elementos que se introduzcan en el SSRR. Con esto anterior, tendremos una tabla con la recomendación de calibre del cable según las longitudes de tirada y la frecuencia:

Tirada de Tecnología cables (metros) GSM900

DCS1800

UMTS

Calibre del cable (pulgadas)

d50

1 5/8"

d37

1 5/8"

d37

1 5/8"

Figura 4.5.- Calibre según distancia y tecnología

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Capítulo 4

Hay que tener en cuenta que esta tabla se trata de una recomendación para casos básicos puesto que existen diferentes configuraciones en las que hay que añadir otros dispositivos o elementos en el SSRR que hacen que aumenten las pérdidas por lo que no nos podríamos permitir niveles de pérdidas altos en el cableado. También puede ocurrir que por limitaciones de la infraestructura no se permita la tirada de calibres grandes ya sea por tamaño o por el radio de curvatura necesario. •

Elementos diversos SSRR:

Una vez que tengamos definido el calibre y longitud de la tirada de cable, son necesarios distintos elementos y dispositivos para la conexión con las antenas y los bastidores. Estos elementos variarán según las distintas configuraciones que se indicarán más adelante. Enumeraremos y describiremos diversos elementos que nos pueden aparecer en el SSRR a instalar: o Conectores: terminaciones en los cableados o adaptadores para conectar en las bocas de las antenas y/o bastidores. Normalmente en antenas de telefonía móvil los conectores más utilizados son los 7/16 o conector N.

Figura 4.6.- Conectores o Latiguillos: conexiones necesarias para reducir el calibre de cable del tipo de 7/8” o 1 5/8 y poder adaptarlo a las bocas de las antenas o bastidores con mayor flexibilidad en la conexión. o Descargadores: dispositivos que se colocan al terminar el cableado, justo antes de conectarlo al bastidor mediante un latiguillo. Estos dispositivos se utilizan para eliminar los picos de corrientes, descargas, etc…mayormente producidas por tormentas con aparato eléctrico.

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Capítulo 4

Figura 4.7.- Descargador o Diplexores: dispositivos que se utilizar para unir y separar dos tecnologías distintas. Pueden ser DCS1800/UMTS, DCS1800/GSM900 o UMTS/GSM900. Se utilizan mayoritariamente para usar una sola tirada de cableado para ambas tecnologías, aunque también se pueden utilizar para separar dos frecuencias que se obtienen de un mismo sistema radiante (antena broadband y cable) y de esta manera utilizar ambas señales para distintos bastidores. Existen simples (una entrada y dos salidas) y dobles (dos entradas y dos salidas) equivalente a dos simples.

Figura 4.8.- Diplexores o Combinadores: dispositivos que se utilizan para combinar la misma tecnología. Mayormente usados para que una misma señal procedente de un mismo sistema radiante pueda ser usada por varios bastidores (al ser de la misma tecnología suelen ser cada bastidor de un operador distinto).

Figura 4.9.- Combinador

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Capítulo 4

o Otros elementos: nos podemos encontrar algunos elementos más en el sistema radiante, sobre todo elementos de construcción y acople como pueden ser rejiband, grapas, morsetos, pasamuros, etc. •

Antenas:

Durante el replanteo del emplazamiento debemos elegir las antenas a instalar dependiendo, claro está, de las tecnologías que deseemos implementar. Tendremos que tener en cuenta la ganancia que necesitaremos (emplazamiento micro o macro) y las características de la antena como ancho de haz o downtilt permitido ya que son características que hemos prediseñado para nuestras celdas. Existen dos características importantes que definen el tipo de antena a instalar, esas características son las siguientes: •

Tecnología que implementan: se trata de la tecnología que soporta la antena en cuestión, según esto las podemos dividir en tres grandes grupos que son monobandas, duales y tribandas.

•

Tamaño de la antena: se trata de la longitud que tiene la antena, cuanto mayor tamaño tiene mayor ganancia. Hay que tener en cuenta que a menor frecuencia la antena es mayor por lo que las antenas de GSM900 serán mayores que las de DCS o UMTS. Además de esto hay que tener en cuenta que el ancho de la antena será mayor a medida que soporte más tecnologías.

A continuación describiremos los distintos tipos de antenas indicando algún modelo comercial en concreto de los cuales se pueden observar sus características técnicas en el capítulo de anexos. o Monobandas: estas antenas solamente permiten el paso del rango de frecuencias de una tecnología. Hay que tener en cuenta que para las tecnologías de DCS y UMTS al estar en un rango de frecuencias cercano, existen antenas que permiten la transmisión/recepción de los dos rangos. Estas antenas son llamadas “broadband” o de banda ancha. Ejemplos de modelos de estas antenas pueden ser las siguientes: ƒ ƒ ƒ

Monobanda DCS1800: Kathrein 742215 (longitud 1,3m) Monobanda UMTS: Powerwave 7721 (longitud 1,3m) Monobanda GSM900: Jaybeam 5265100/102 (longitud 2m/2,6m)

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Capítulo 4

o Duales: estas antenas permiten el paso de dos rangos de frecuencias correspondientes a dos tecnologías mediante salidas separadas. Ejemplos de modelos de estas antenas pueden ser las siguientes: ƒ ƒ ƒ

Dual DCS/UMTS: Powerwave 7760 (longitud 1,3m) Dual DCS o UMTS/GSM900: Powerwave 7752 (longitud 2m) Dual DCS o UMTS/GSM900: Powerwave 7755 (longitud 2,6m)

o Tribandas: estas antenas permiten el paso de tres rangos de frecuencias correspondientes a las tres tecnologías DCS1800, UMTS y GSM900 mediante salidas separadas. Ejemplos de modelos de estas antenas pueden ser las siguientes: ƒ ƒ

Tribanda DCS/UMTS/GSM900: Powerwave 7782 (2m) Tribanda DCS/UMTS/GSM900: Powerwave 7785 (2,6m)

4.3.2.- Equipos / bastidores a instalar

Los equipos y bastidores a instalar también deben definirse en el replanteo. Los equipos elegidos deben ser los apropiados tanto para la tecnología a implementar como para la infraestructura donde vayan ubicados.

Según sea la infraestructura los bastidores se dividen en: •

Bastidores Indoor:

Estos bastidores se caracterizan porque es necesario que se instalen en una ubicación cerrada y acondicionada. Es común en las instalaciones de telefonía móvil instalar casetas de fibra de carbono o cemento en la que además de los propios bastidores se acondicionan con elementos de energía (baterías, convertidores de corriente…) y aire acondicionado.

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Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente •

Capítulo 4

Bastidores Outdoor:

Este tipo de bastidores permiten la instalación en intemperie puesto que su diseño estanco lo aísla de condiciones atmosféricas adversas. En este tipo de bastidores está incluida la parte de energía y el aparato de refrigeración.

Según la tecnología los bastidores los podemos clasificar en: •

Bastidores DCS1800:

Estos bastidores permiten la implementación de la tecnología DCS1800 mediante los combinadores y TRXs que se introducen en él. •

Bastidores GSM900:

Estos bastidores permiten la implementación de la tecnología GSM900 mediante los combinadores y TRXs que se introducen en él. •

Bastidores UMTS:

Estos bastidores permiten la implementación de la tecnología UMTS mediante las tarjetas que se introducen en él.

Otra diferencia de los equipos, además de la tecnología y su capacidad de instalación en interior o exterior es la propia marca comercial. Aunque equipos de distintas marcas comerciales puedan implementar de la misma forma una tecnología, la configuración y los parámetros que son necesarios para que lleve a cabo este cometido es diferente. A continuación ilustraremos algunos ejemplos de bastidores de varias marcas comerciales usadas por los diferentes operadores móviles. A medida que los operadores solicitan equipos más polivalentes, las distintas marcas comerciales se esmeran en satisfacer estas necesidades sacando al mercado equipos con mayor capacidad, mayor eficiencia, que permiten distintas tecnologías y más versátiles en sus diferentes instalaciones. Vemos algunos ejemplos de la variedad de equipos comercializados:

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o o o o

Capítulo 4

Tipo Bastidor: Indoor Tecnología: DCS1800 / GSM900 Marca comercial: Siemens Modelo: Serie BS240

Figura 4.10.- Bastidor BS240XLII Los equipos de marca Siemens de la serie BS240 permiten la implementación de las tecnologías DCS1800 y GSM900 incluso en el mismo bastidor. Existen varios modelos dentro de la serie BS240 que se diferencian sobre todo en la capacidad que poseen. Según aumenta el tamaño del equipo es posible incluir más TRXs, hasta un total de unos 12TRXs, y aumenta la posibilidad de incluir más sectores, hasta un total de unos 6 sectores por bastidor. También existe un equipo con idénticas características pero para intemperie, es decir, bastidor outdoor. Este modelo sería el BS241.

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o o o o

Capítulo 4

Tipo Bastidor: Indoor Tecnología: DCS1800 / GSM900 / UMTS (puede alojar equipo UMTS) Marca comercial: Nokia Modelo: Serie Ultrasite

Figura 4.11.- Bastidor Ultrasite Este equipo de la marca comercial Nokia, es similar al anterior que hemos visto de Siemens. Al igual que su competidor, este bastidor puede alojar en su interior TRXs tanto de DCS1800 como GSM900 con capacidades similares a él. La peculiaridad que tiene este equipo es que puede alojar en su interior un nuevo equipo diseñado por Nokia que implementa la tecnología UMTS. Este equipo, llamado Nodo Flexi, lo ilustraremos a continuación. También existe un equipo análogo pero para intemperie, es decir, bastidor outdoor. Este modelo sería el Ultrasite outdoor.

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o o o o

Capítulo 4

Tipo Bastidor: Indoor / Outdoor Tecnología: UMTS Marca comercial: Nokia Modelo: Flexi

Figura 4.12.- Bastidor Flexi Este equipo de la marca comercial Nokia, permite implementar la tecnología UMTS. La peculiaridad que tiene este equipo es que es muy versátil, puesto que puede instalarse de diferentes formas. Es posible su instalación en exterior y en interior, se puede alojar en su interior de bastidores Nokia, tanto preparados exclusivamente para él o no, tal y como hemos visto en el ejemplo anterior del Ultrasite. Además de esto, este equipo al estar dividido por módulos, módulo sistema y módulo remoto, es posible instalarlo de forma independiente y de manera estructural. Podemos instalar un módulo remoto por cada uno o dos sectores, pudiendo instalar dicho módulo remoto en cualquier parte separado del módulo sistema. En el caso que su instalación sea separada, ambos módulos irían conectados mediante fibra óptica. La conexión entre módulos remotos y antenas paneles se realiza mediante cable coaxial tal y como indicamos en el apartado de sistema radiante. Su marca competidora Siemens, ha elaborado un equipo similar mediante cabezas remotas cuya denominación es RSU-380.

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Capítulo 4

4.3.3.- Configuración a instalar

Teniendo en cuenta las consideraciones anteriores del sistema radiante y de los equipos y bastidores de diferentes características, tenemos que indicar la configuración de conexionado o diagrama de conexionado. Una vez llegados a este punto, tenemos claro y definido el equipo a instalar, las antenas necesarias, las consideraciones en el tipo de cableado y las recomendaciones para diseñar las celdas mediante diferentes anchos de haz de los paneles escogidos y el azimut elegido. En este punto es cuando calculamos el downtilt necesario, y definimos el diagrama de conexionado según las características de la situación en la que nos encontremos. Las diferentes configuraciones van desde la instalación de antena, bastidor y sistema radiante independiente para cada tecnología hasta casos especiales en los que se comparten antenas, cableado, etc… Existen también casos de configuraciones para dotar de cobertura no a una zona urbana o rural en concreto, como hasta ahora estamos argumentando, sino a locales o áreas comerciales que atraen a muchas personas a sus instalaciones por lo que las operadoras necesitan dar servicio a sus clientes. De esta forma, las operadoras realizan diseños especiales en áreas y centros comerciales e incluso instalan equipos necesarios para ofrecer cobertura a grandes clientes o empresas. Tal y como hemos indicado, estudiaremos el downtilt a aplicar e ilustraremos distintas configuraciones a modo de ejemplo.

•

Cálculo de Downtilt:

Para el cálculo de downtilt tenemos que tener en cuenta varios factores. El principal de ellos es conocer la zona a cubrir por el sector. Una vez tengamos este dato necesitaremos conocer la distancia máxima donde queremos que llegue nuestro sector, y la diferencia de alturas entre la zona a cubrir y nuestra antena panel.

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Capítulo 4

Con esto, elaboramos el siguiente esquema:

Figura 4.13.- Esquema Downtilt Donde: H = diferencia de cota entre el punto central donde queremos direccionar nuestro haz principal y la antena panel instalada. VBW = Ancho de haz vertical de la antena. Este ancho de haz en antenas utilizadas para telefonía móvil suele ser de unos 6º. DT = Downtilt. Inclinación del haz principal de la antena panel. D = distancia desde nuestra antena hasta donde llegará el centro del haz principal. D1 = distancia mínima donde llegará nuestro haz principal. Suponemos una diferencia en grados con respecto al centro del haz de -3º. D2 = distancia máxima donde llegará nuestro haz principal. Suponemos una diferencia en grados con respecto al centro del haz de +3º. Una vez hemos tenemos claro el alcance de nuestro sector, podemos obtener el downtilt, la distancia mínima y máxima mediante las siguientes fórmulas:

H

D1 =

tan( DT +

D=

VBW ) 2

H tan( DT )

H

D2 =

tan( DT −

DT = tan −1 (

VBW ) 2

H ) D

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Capítulo 4

Mediante estas fórmulas podemos calcular el downtilt exacto deseado para que nuestro sector no tenga ni subalcance ni sobrealcance. Usando estas ecuaciones podemos generar una tabla que nos ayudará a elegir el downtilt más apropiado.

Figura 4.14.- Tabla downtilt distancia del centro del haz

Figura 4.15.- Tabla downtilt distancia máxima del haz

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•

Capítulo 4

Diagramas de configuraciones:

A continuación ilustraremos diferentes configuraciones del sistema radiante y de los equipos en diferentes casuísticas. o Configuración básica antena monobanda:

Figura 4.16.- Configuración básica monobanda o Configuración básica antena dual:

Figura 4.17.- Configuración básica dual

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Capítulo 4

o Configuración básica antena tribanda:

Figura 4.18.- Configuración básica tribanda o Configuración con diplexor (cableado existente):

Figura 4.19.- Configuración con diplexor 85

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Capítulo 4

o Configuración con combinador (mismo SSRR para la misma tecnología):

Figura 4.20.- Configuración con combinador

En estas imágenes anteriores se puede observar los diferentes esquemas de configuración más comunes. Hay que tener en cuenta que estos esquemas se han ilustrado para un solo sector ya que se ha dibujado solamente una antena. Esta antena, como viene siendo habitual últimamente, es crosspolar, por lo que para cada tecnología que implemente tiene dos bocas de entrada. Se han ilustrado también un par de casos en los que se usa el mismo sistema radiante para dos tecnologías diferentes (uso de diplexor) y para el uso de la misma tecnología (uso del combinador).

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Capítulo 4

4.4.- Documentación asociada

Una vez esté claro todo lo que se pretende instalar es necesario documentarlo para que quede constancia de la configuración que se ha elegido en consenso con los diferentes departamentos implicados. La primera documentación que hay que completar es en el propio replanteo donde se rellena un acta con las decisiones a las que se ha llegado. Estos datos, a modo de boceto, serán usados para generar la documentación definitiva. La documentación definitiva consta mayoritariamente de dos documentos, uno de ellos refleja los datos de la configuración radio elegida por el ingeniero. El otro documento se trata de un proyecto de obra civil en el que se incluyen planos de la obra a realizar con el máximo detalle. Siendo fieles al alcance del proyecto, en el que estamos ilustrando cada uno de los pasos poniendo ejemplos de las diferentes fases de los procesos, anexaremos a continuación un ejemplo de documentación definitiva, tanto de la parte del ingeniero radio como de la parte del proyecto de obra civil. •

Documentación de configuración radio asociada al emplazamiento:

En este documento se recogen los elementos que se instalan en la configuración elegida para el site. Se deben rellenar tanto campos elementales de ubicación, situación y nomenclatura del emplazamiento como campos que hacen referencia al tipo de infraestructura, alturas, tipos de antenas instaladas, etc. Por lo tanto este documento de archivo, que reflejará en todo momento lo que en el emplazamiento existe, debe estar actualizado con campos como los siguientes: o o o o o o o

Nombre, dirección y coordenadas del emplazamiento. Fecha o versión del documento. Número sectores, bastidor instalado, estructura instalada. Número, modelo, orientaciones y características de las antenas. Altura antenas e infraestructura respecto al suelo y una referencia. Calibre del cableado y longitud del mismo. Comentarios y otros elementos relevantes.

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Capítulo 4

Figura 4.21.- Documentación Final Emplazamiento

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Capítulo 4

Documentación de obra civil asociada a la construcción del emplazamiento:

En este documento se recogen los elementos que hacen referencia a la obra civil. Se trata de un documento con el candidato y emplazamiento a escala y acotado perfectamente que reproduce la situación constructiva deseada.

Figura 4.22.- Documentación obra civil edificio

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Capítulo 4

Figura 4.23.- Documentación obra civil torre

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Capítulo 4

4.5.- Dimensionamiento portadoras / capacidad.

El objetivo del dimensionamiento de una red móvil y por lo tanto de un emplazamiento en concreto es conseguir un equilibrio entre la calidad y el número de radiocanales puestos a disposición de la red. Hay que tener en cuenta que cuando hablamos de portadoras o TRXs, nos referimos a un canal físico, que en GSM posee una frecuencia central con un ancho de banda de 200Khz. Cada una de estas portadoras poseen 8 canales lógicos. Estos canales físicos se emplean tanto para control como para tráfico tal y como indicamos en el capítulo 2. Es habitual usar 1 o 2 canales logicos para control (CCH: broadcast, comunes o dedicados) y los demás para tráfico. Hay que tener en cuenta que estos canales de control se usarán solamente en la primera portadora, siendo las demás portadoras añadidas utilizadas íntegramente para tráfico. Es posible incluso que se dediquen canales para GPRS exclusivamente, si esto es así hay que tener en cuenta que estos canales no podrán ser usados para tráfico de voz. La calidad se mide por un parámetro denominado Grado de Servicio o GOS (“Grade of Service”). El GOS mide la dificultad de utilizar un canal cuando es necesario realizar una comunicación. El GOS se define así:

GOS (%) = 100 • p Desde el punto de vista del usuario, la llamada realizada puede frustrarse por bloqueo o por que el terminal destino esté apagado o fuera de cobertura. En estos últimos casos se descarta que la tentativa de llamada se pierda, además de la locución informativa que recibe el llamante. Por lo tanto: p = 1 − (1 − pb ) • pc Siendo p c la probabilidad de cobertura, que es un objetivo de la red celular y pb la probabilidad de bloqueo, que es mediante la que se dimensiona un sistema de llamadas perdidas. Esta probabilidad de bloqueo se calcula mediante la fórmula de Erlang B, dada por: pb = B( N , A)

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Capítulo 4

Los valores de la fórmula de Erlang B se pueden obtener de figuras o tablas, donde relaciona tráfico, número de canales y probabilidad de bloqueo. Sirva como ejemplo la siguiente tabla:

Figura 4.24.- Tabla Erlang-B Para el dimensionamiento es necesario conocer la previsión de tráfico A por celda así como la densidad de tráfico ρ = A / S c , siendo S c el área celular. Estos valores de tráfico se pueden obtener mediante un análisis poblacional y mediante encuestas para estimar unos valores junto con una proyección de cierto avance futuro. En el caso que nos compete en este proyecto, que se trata de la introducción de un nuevo elemento de red dentro de una red existente, estos valores se pueden intuir mediante el dimensionamiento actual de las celdas vecinas o incluso de la experiencia en el dimensionado o redimensionado de zonas de similares características. Hay que tener en cuenta que en entorno urbano la densidad de tráfico no es constante en las celdas sino que tiene a crecer en el centro o zonas de concentración de trabajadores en horas laborales y a decrecer en la periferia. Suponiendo que conocemos o estimamos una densidad de tráfico existen dos posibilidades de dimensionamiento del emplazamiento:

•

Cálculo del radio celular, conociendo el número de canales de tráfico C asignados a la celda o al sector.

Se debe obtener la intensidad de tráfico para C canales con una probabilidad de bloqueo pb , mediante la fórmula Erlang B inversa: A = B −1 ( pb , C ) La superficie S del sector en la que se ofrece el nivel de tráfico A es:

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S=

A

ρ

=

Capítulo 4

3 3R 2 2k

Obtendremos el radio celular R, despejandolo de la anterior fórmula y teniendo en cuanta que k es el número de sectores por celda y ρ la densidad de tráfico:

R=

•

2 • kA 3 3ρ

Cálculo del número de canales para un radio celular dado.

Teniendo el radio celular y la densidad de tráfico supuesta, se obtiene la intensidad de tráfico A:

A=

3 3R 2 ρ 2k

Con estos datos se aplica la función de Erlang B inversa dándonos el valor C de canales necesarios:

C = B −1 ( A, pb )

Aunque se puede dimensionar empíricamente la célula en función de todos estos parámetros de los que depende, no llega a ser una mera aproximación estadística según unos valores objetivos obtenidos de otros elementos de la red o supuestos mediante encuestas o estudios comerciales. A menudo los operadores, cuando se encuentran en el caso de dimensionar la capacidad de un nuevo elemento que se inserta en una red existente, desisten de realizar estos cálculos puesto que tienen marcadas unas pautas en función del tipo de entorno al que se enfrentan. Esto junto a la experiencia en otras zonas similares o de iguales características hace que se apliquen unos criterios “por defecto” que pueden ser modificados si el ingeniero de diseño lo requiere para el caso. Claro está que estos criterios no son iguales para todas las operadoras puesto que unas tienen más abonados que otras.

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Capítulo 4

Un ejemplo de criterio “por defecto” de asignación de portadoras según el entorno puede ser el siguiente:

Entorno Urbano denso

Urbano

Rural Extraurbano

Vehicular

Tipo tráfico Anual Estacional Eventual Anual Estacional Eventual Anual Estacional Eventual Anual Estacional Eventual

Número portadoras 4 5* 6* 3 3 4* 2 2 2 1 2 1

Figura 4.25.- Asignación portadoras “por defecto” según entorno El tipo de entorno suele ir asociado a la población, separando el entorno urbano del rural si la población supera o no los 3 o 4 mil habitantes. El tipo de tráfico indica si la zona posee un tráfico relativamente constante anualmente, presenta un pico de tráfico durante un período relativamente largo de tiempo durante una estacionalidad (verano, navidades, semana santa…) o presenta un pico de tráfico de un período corto debido a alguna causa planificada (eventos deportivos, congresos…). Se ha indicado el símbolo “*” en alguna de las situaciones en las que es más difícil asignar un número de portadoras puesto que estas situaciones, aunque en similares circunstancias, pueden resultar muy distintas debido al número de posibles usuarios a los que aplique. Podemos realizar el dimensionado de portadoras de nuestro emplazamiento en cada sector calculando la media de tráfico de los sectores de los emplazamientos vecinos, puesto que es un dato que conocemos de la red existente, ajustándolo al nuevo entorno. Obteniendo la media del tráfico mensual de los sectores vecinos a cada uno de nuestros sectores, aplicaremos un porcentaje de incremento en el tráfico, tanto por la nueva población que ahora está cubierta por el nuevo site como por el incremento real de tráfico que aumenta progresivamente.

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Capítulo 4

Hay que tener en cuenta varios factores para adaptar el tráfico bruto a la situación real. La idea es obtener el tráfico que soporta la celda en la hora cargada. Estos factores son los siguientes: •

Factor de carga mensual (fm): Relaciona el tráfico mensual con el tráfico diario. Los minutos de uso mensuales de un usuario sólo son usados algunos días del mes. Se puede aproximar mediante datos empíricos o estadísticos que existen días del mes que no tienen la misma carga de llamadas, por ejemplo los fines de semana respecto a días laborables. Por lo tanto se tiene que este valor es de unos 20 a 24 días (suponiendo una distribución de tráfico uniforme de lunes a viernes considerando 4 semanas por mes con un porcentaje de un 100% o un 50% menos de tráfico los fines de semana respectivamente).

•

Factor de carga diaria (fd): Relaciona el tráfico diario con el tráfico en hora cargada. Los minutos de uso diarios sólo son usados durante algunas horas. Por lo tanto este factor suele tomar un valor de un 10%.

Con todo ello, obtendremos nuestro valor de medio mensual de tráfico en hora cargada para cada uno de nuestros sectores. Mediante estos datos mensuales se obtendrán los canales de voz necesarios para cada uno de los meses y cada uno de nuestros sectores. Estos datos se obtienen mediante la distribución Erlang B y para una probabilidad de bloqueo pb que se suele tomar como un 2%. La opción de elegir el dimensionamiento de estos canales puede ser variada. Se puede obtener el promedio de canales necesarios de voz en un año completo o se puede elegir el valor más alto de los canales necesarios para dimensionar nuestro sector. Una vez obtenido el número de canales de voz necesarios y teniendo en cuenta que hay que incluir tanto los canales de control como los dedicados a GPRS, en el caso que aplique, se obtienen las portadoras o TRXs necesarios por sector. A continuación se ilustrarán las operaciones de un ejemplo de cálculo de portadoras necesarias tomando como valores iniciales el tráfico medio mensual bruto de las celdas vecinas de cada uno de mis sectores. Aplicaremos un coeficiente de incremento de tráfico diferente para cada sector, ya que supondremos que cada uno dará servicio a más o menos habitantes: Sector 1: incremento del tráfico del 15% Sector 1: incremento del tráfico del 10% Sector 1: incremento del tráfico del 20%

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Capítulo 4

Se opta por dimensionar cada uno de los sectores mediante el promedio de portadoras de los meses del año. Para el caso en el que el promedio resulte un número decimal, se opta por el entero superior para que nuestra celda no quede subdimensionada y provoque más bloqueos de los previstos. Hay que decir que el dimensionamiento mediante el cálculo del número de portadoras inicial puede no corresponderse con el tráfico realmente exigido para alguno de los sectores de nuestro emplazamiento. Esto se ajustará en la fase de optimización, redimensionando las portadoras mediante los datos reales obtenidos en nuestro emplazamiento. Práctica común en las operadoras es tender a sobredimensionar ligeramente los emplazamientos para disminuir la tasa de bloqueos, ya que está relacionada, y dar una mejor calidad de servicio a sus clientes.

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Capítulo 4

4.6.- Datos radio.

Una vez tengamos nuestro emplazamiento definido y dimensionado es necesario generar unos datos radio para incorporarlo a la red a la que lo deseamos integrar. Estos datos radio definen el funcionamiento de nuestro emplazamiento dentro de la red móvil a la que pertenece. Es necesario generar y definir multitud de parámetros para que tanto la red conozca la existencia del nuevo emplazamiento, como nuestro emplazamiento conozca a la red a la que se incorpora. Parámetros indispensables a definir en nuestro emplazamiento son los siguientes: •

Asignar frecuencias, según las portadoras dimensionadas en sistema GSM

•

Asignar scrambling codes a cada uno de los sectores en emplazamientos UMTS

•

Definir las vecinas tanto entrantes como salientes y tanto en GSM como en UMTS

Existen muchos más parámetros de red a definir, que normalmente las operadoras tienen prefijados según cada caso concreto. Como ejemplo, existe un parámetro que define cuándo debe realizar handover un terminal que recibe cobertura de varias celdas o existe otro, denominado prioridad de capa o “priority layer”, que define qué celda tiene prioridad para dar servicio a un usuario móvil en el caso de que el terminal móvil reciba cobertura de varias celdas de distinta tecnología. En este apartado nos centraremos en explicar cómo se realiza la elección de las frecuencias portadoras o scrambling codes y cómo se definen las vecinas. Hay que tener en cuenta que en nuestro caso no estamos planificando una red móvil entera o parte de ella, sino que estamos integrando un nuevo emplazamiento dentro de una red existente, por lo que la elección de estos parámetros difieren ligeramente de cómo se definirían caso de planificar y diseñar una zona de la red en concreto.

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Capítulo 4

4.6.1.- Asignación de frecuencias / scrambling codes

Uno de los datos a generar más importantes es la asignación de frecuencias en el caso de tecnología GSM. Lo primero que hay que tener en cuenta es que no estamos realizando un plan de frecuencias de una zona o región en concreto ya que únicamente estamos integrando un nuevo emplazamiento dentro de un red ya existente. El objetivo del plan de frecuencias es hacer homogéneo el nivel de interferencia en toda la red radio, con el fin de garantizar un nivel de calidad uniforme a los usuarios. Caso de que nuestro emplazamiento haya sido dimensionado dentro de un estudio de planificación de toda la red de la zona o región, es posible que ya se hayan reservado o estudiado cuáles frecuencias serían las óptimas para asignar a cada uno de los TRXs que se vayan a colocar. Como en la mayoría de los casos las redes ya están desplegadas desde hace años, se tratará este caso como no dimensionado previamente por lo que será necesaria la asignación de frecuencias de acuerdo con las frecuencias que ya estén asignadas en su entorno. Para la asignación de frecuencias, cada operadora tiene asignado un rango por tecnología por lo que el primer problema con el que nos encontramos es con el número de canales disponibles dentro de la banda en cuestión de GSM (tanto hablando de la tecnología DCS1800 o GSM900). Debido a esto, la asignación de frecuencias que realizaremos en nuestro emplazamiento deberá ser de tal manera que no se reutilice ningún canal ya usado en estaciones del entorno común de nuestro site debido a que esto provocaría interferencias. Tampoco sería posible reutilizar la misma frecuencia dentro de nuestro propio emplazamiento, en distinto sector, incluso es necesario dejar una separación mínima entre canales. En sistemas donde los canales son reutilizados, debido a la limitación del número de canales concedidos, la interferencia siempre existe por lo que hay que tener cuidado en la elección de los canales para minimizarla lo máximo posible sin sobrepasar los niveles exigidos que están en torno a una relación C/I mayor de unos 14dB u 11dB para control y tráfico respectivamente.

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Capítulo 4

Resumiendo pues, tenemos dimensionado nuestro emplazamiento y debemos asignar frecuencias a los TRXs que hemos decidido instalar teniendo en cuenta las siguientes limitaciones e indicaciones: •

Frecuencia dentro del rango concedido.

• •

Evitar frecuencias ya asignadas a vecinos. Separación mínima de al menos una frecuencia con respecto a los vecinos.

•

Evitar frecuencias asignadas en mi emplazamiento (cosites).

•

Separación mínima de al menos una frecuencia con respecto a las de mi emplazamiento.

En el caso de que nuestra asignación provoque unas interferencias mayores a las permitidas, se podrá optar por un análisis algo más detallado, realizado con medidas, para asignar una nueva frecuencia para el canal que supere las interferencias. Si esto no soluciona nuestro problema de interferencias sería necesario realizar un nuevo plan de frecuencias de la zona teniendo en cuenta todos los emplazamientos de dicha región. Este paso solo se daría en casos extremos en los que no fuese posible asignar una frecuencia libre de interferencias o en un proceso de optimización de la red independiente a la integración del nuevo emplazamiento. Siendo fieles al alcance y contenidos de este proyecto, vamos a ilustrar, a modo de ejemplo un supuesto caso en el que se buscarán las frecuencias más convenientes para nuestro emplazamiento. Tras esto usaremos este mismo ejemplo para el siguiente apartado de asignación de vecinas. Ilustraremos un caso en entrono rural-vehicular en el que el número de vecinos no sea excesivo para explicar de manera menos tediosa la elección de frecuencias. Nos encontramos entonces en el siguiente supuesto marco: •

Nuestro emplazamiento: o Integramos un nuevo emplazamiento con la tecnología GSM900. o Posee dos sectores de GSM900 con los siguientes azimuts, sector 1: 60º y sector 2: 320º. o Lo denominaremos EBx_001. Sustituyendo la letra “x” por 1800, 900 o UMTS según la tecnología. En este caso será EB900_001. o La denominación de los sectores serán EBx_001_s1 y EBx_001_s2. o Suponemos que hemos dimensionado nuestro site de GSM900 para instalar dos TRXs por sector por lo que es necesario buscar dos frecuencias para cada sector.

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•

Capítulo 4

Emplazamientos vecinos: o Repartidos en tres poblaciones en los que existe: ƒ

Población 1: Dos emplazamientos, uno de ellos con dos sectores y otro con tres sectores. En ambos emplazamientos existen las tecnologías DCS1800 y GSM900. Denominados: • EB1800_101 y EB900_101 para el caso del site de dos sectores. • EB1800_102 y EB900_102 para el caso del site de tres sectores.

ƒ

Población 2: Un emplazamiento con tres sectores en los que existen las tres tecnologías DCS1800, GSM900 y UMTS. Denominado: •

ƒ

EB1800_201, EB900_201 y EBUMTS_201.

Población 3: Un emplazamiento con tres sectores en los que existe DCS1800 y GSM900. Denominado: •

EB1800_301 y EB900_301.

Notas importantes: Se supondrá lo siguiente: •

La nomenclatura por sector será aplicando “_s” seguido del número del sector.

•

Suponemos que nuestros emplazamientos vecinos de GSM900 solamente tienen un TRX por sector, es decir, una sola frecuencia por sector. Nuestro plan de frecuencias de GSM900 concedidas está entre los canales ARFCN 975 y 1005. Frecuencias correspondientes a la extensión de esta banda, es decir a E-GSM900 (31 frecuencias).

•

Con todo esto solo nos queda ilustrar nuestro supuesto marco para asignar las frecuencias. En realidad se asigna un ARFCN (Número de Canales de Radio Frecuencia Absolutos) que denotan un par de canales “uplink” y “downlink” de 200Khz. Como nuestro caso se trata de integrar un emplazamiento con la tecnología GSM900, debemos fijarnos en las frecuencias de GSM900 asignadas en los emplazamientos de nuestro entorno.

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Capítulo 4

Nuestro caso inicial es el siguiente:

Figura 4.26.- Marco inicial búsqueda frecuencias Ubicamos nuestro emplazamiento y observamos una región lo suficientemente amplia para no reusar ninguna de las frecuencias que estén asignadas en los emplazamientos existentes en esta zona respetando además la separación mínima de frecuencias. Esta visión de nuestro emplazamiento y emplazamientos vecinos nos servirá en el siguiente apartado para definir las vecindades de nuestro emplazamiento analizando cuales serán los sectores vecinos, de distintas tecnologías, a definir en cada uno de nuestros sectores. Este ejemplo simula emplazamientos vecinos de poblaciones cercanas pero se trataría de la misma forma si en lugar de poblaciones próximas, fuesen zonas cercanas, incluso de la misma población o el mismo barrio. Haciendo zoom sobre los emplazamientos de nuestra zona y ubicando cada uno de los distintos emplazamientos que hay en las poblaciones vecinas, tenemos el marco por cada población cercana.

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Capítulo 4

Figura 4.27.- Emplazamiento Población 1

Figura 4.28.- Emplazamiento a integrar

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Capítulo 4

Figura 4.29.- Emplazamiento Población 2

Figura 4.30.- Emplazamiento Población 3

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Capítulo 4

Realizado este acercamiento a cada uno de los emplazamientos que nos afectan, analizamos las tecnologías que implementan o van a implementar en el caso del nuevo emplazamiento a integrar. Como nuestro emplazamiento a integrar usa la tecnología de GSM900, tenemos que identificar cuál de los demás emplazamientos también tienen esta tecnología y cuales son las frecuencias que tienen asignadas. Una vez tengamos estos datos, deberemos asignar una frecuencia por cada TRX de cada uno de nuestros sectores teniendo en cuenta las limitaciones anteriormente descritas. Con esto tenemos el siguiente marco:

Figura 4.31.- Marco final búsqueda frecuencias Tras el análisis se decide elegir los siguientes ARFCN: •

Sector 1: TRX0 (BCCH) = 995, TRX1 = 997

•

Sector 2: TRX0 (BCCH) = 987, TRX1 = 999

Se observa que esta elección cumple con los requisitos y limitaciones descritas anteriormente ya que, entre otras cosas, estas frecuencias no son utilizadas por los emplazamientos del entorno, están separadas al menos en un salto de frecuencias y están en el rango de frecuencias válidas concedidas.

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Capítulo 4

Como ejemplo de reutilización de frecuencias se puede observar que el sector 3 del emplazamiento EB900_102 de la población 1 y el sector 1 del emplazamiento EB900_301 de la población 3 usan la misma frecuencia. Esto no supone ningún problema importante de interferencias puesto que ambos sectores, aun estando en una zona o región relativamente cercana (en este caso la separación es bastante importante), están orientados en sentidos opuestos por lo que aunque sus haces de cobertura alcancen distancias largas lo harán en sentidos contrarios no llegando a solaparse nunca. Tampoco es ningún problema para la definición de vecindades puesto que ambos sectores con la misma frecuencia no serán definidos como vecinos para un mismo sector de nuestro emplazamiento. Es muy importante optimizar al máximo la asignación de frecuencias puesto que el espectro concedido es limitado y el crecimiento de la red hace necesario que el plan de frecuencias esté correctamente asignado para que no existan interferencias. La asignación de estas frecuencias se recoge en una documentación a generar necesaria para cargarla en la red móvil, tanto para configurar el propio emplazamiento como para definirlo en la BSC a la que pertenezca. Los datos a generar serían de esta manera, donde identificamos a lo que hace referencia las diferentes columnas:

BSC BSC01 BSC01

Tipo de Bastidor bastidor BTS BS240XLII BS240XLII

21 21

BTSid 0 1

Emplazamiento BSIC EB900_001_s1 EB900_001_s2

10 11

TRX_0 (BCCH)

TRX_1

995 987

997 999

• •

BSC: El código de la BSC área a la que pertenece este emplazamiento. Tipo de bastidor: El modelo del bastidor instalado.

•

•

Bastidor BTS: Código que identifica a un bastidor dentro de una BSC. Es posible que los sectores de un mismo emplazamiento estén ubicados en bastidores distintos ya que poseen una limitación en su capacidad. BTSid: Código que identifica al sector dentro de un bastidor.

•

Emplazamiento: Código del emplazamiento y sector afectado.

•

BSIC (Base Station Identification Code): Diferencia estaciones base con el mismo valor para el BCCH. TRX0: ARFCN elegido para el primer TRX del sector, en este primer TRX es donde se encuentra el canal BCCH. TRX1: ARFCN elegido para el segundo TRX del sector.

• •

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Capítulo 4

En este ejemplo hemos supuesto que nuestro rango de canales concedidos está en la banda de GSM900 ampliada, es decir, la banda E-GSM900. Tal como indicamos en el capítulo 2, Las bandas de frecuencias superiores e inferiores se dividen en canales de 200 KHz llamados ARFCN (Absolute Radio Frequency Channel Number ó Números de Canales de Radio Frecuencia Absolutos). El ARFCN denota un par de canales "uplink" y "downlink" separados por 45 MHz y cada canal es compartido en el tiempo por hasta 8 usuarios usando TDMA. Los canales ARFCN se corresponden con las frecuencias asignadas a cada banda. A modo de ejemplo se ilustra la siguiente figura que indica la correspondencia entre el valor del ARFCN y su respectiva frecuencia para el caso de los canales “uplink” y “downlink” para la frecuencia de GSM900 extendida, es decir, E-GSM900.

Figura 4.32.- ARFCN / Frecuencia. Canales Uplink y Downlink E-GSM900

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Capítulo 4

Para el caso en el que se tratase de la integración de un emplazamiento con la tecnología de DCS1800 se realizaría la asignación de frecuencias de la misma forma que la que hemos ilustrado teniendo en cuenta un par de diferencias: •

Rango de frecuencias concedido para esta tecnología.

•

Tamaño de celdas de DCS1800 más reducido que el de GSM900.

En el caso en el que se trate de la integración de un emplazamiento de la tecnología UMTS, al ser distinta tecnología que GSM, no precisa de rango de frecuencias para asignar a cada TRX como en esta última sino que usa solamente una frecuencia.

Figura 4.33.- Diferencia UMTS y GSM La tecnología de acceso radio utilizada en UMTS es WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), la cual permite que todos los usuarios usen la misma frecuencia al mismo tiempo pero diferenciándola en códigos. La solución que se maneja para diferenciar los diferentes sectores de una red UMTS es la asignación de códigos scrambling. Estos códigos no se pueden repetir por RNC y amplia zona (por ejemplo una provincia completa) pero esto no es impedimento para asignarlos puesto que el número de scrambling válidos, aunque limitado, es bastante amplio (512 en DL). El objetivo es evitar que puedan llegar a cualquier punto de la red dos celdas con el mismo código de scrambling. Por lo tanto tenemos diferente marco que en GSM.

Figura 4.34.- Reutilización frecuencias GSM

Figura 4.35.- Misma frecuencia UMTS 107

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Capítulo 4

4.6.2.- Definición de vecinas

Otro de los datos a generar más importantes es la definición de celdas vecinas a cada uno de los sectores del emplazamiento a instalar. Siguiendo con el mismo marco del ejemplo anterior vamos a explicar cuál es el objetivo que queremos conseguir y cómo será el método a utilizar para la definición de celdas vecinas. Centrándonos en nuestro caso del ejemplo, pretendemos integrar un emplazamiento de GSM900 en el que en su zona de influencia alrededor de él existen varios emplazamientos que incluso poseen distintas tecnologías. Debido a esto, deberemos buscar las vecinas 2G-2G, es decir, las vecinas entre celdas 2G. Nuestras celdas son 2G (GSM900) y debemos encontrar celdas vecinas también de 2G, ya sean de DCS1800 o de GSM900. Es necesario definir las vecinas recíprocas, es decir, si defino una vecina desde mi sector a otro sector vecino tengo que definir la misma relación de vecindad en sentido contrario, desde el otro sector vecino a mi sector. Es necesario definir las vecinas 2G-3G y las 3G-2G si queremos que se produzca handover a la tecnología UMTS. De esta manera debemos definir los sectores vecinos de UMTS que estén en nuestra zona de influencia. Para la definición de vecinas, es necesario conocer la ubicación de nuestro emplazamiento, los azimuts de nuestros sectores y la tecnología que integramos. Mediante esto podemos observar cual será el área de cobertura de nuestros sectores y por lo tanto definir como vecindad todos los sectores a los que afecte mi haz de cobertura. Una apreciación importante es que no solo nos podemos detener en definir como vecinos a todos los sectores a los que los haz de cobertura de mi emplazamiento afectan, sino que también hay que tener en cuenta los sectores cuyos haces afectan a mi emplazamiento. Para ello es necesario conocer la ubicación, los azimuts y las tecnologías de todos los emplazamientos de nuestra zona de influencia.

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Capítulo 4

Para explicarlo de manera más clara lo ilustraremos en diferentes imágenes que iremos explicando. Nuestro marco inicial que corresponde a nuestro ejemplo en el que se pretenden integrar dos sectores es el siguiente:

Figura 4.36.- Vecinos afectados En esta imagen anterior podemos observar a todos los emplazamientos a los que afectan los haces de mis dos sectores.

Figura 4.37.- Vecinos que me afectan

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Capítulo 4

Pero, tal y como se acaba de comentar, no es suficiente con los emplazamientos a los que afectamos, sino también hay que tener en cuenta que otros emplazamiento pueden afectarnos a nosotros puesto que sus haces de cobertura solapan a los de nuestros sectores. Lo vemos en la ilustración anterior en la que se observa que algunos de los sectores del emplazamiento EBx_201 afectan a mis sectores por lo tanto también es necesario definirlos como vecinos. Una vez tengamos claro el proceso de elección de vecinas hay que conocer las tecnologías de los emplazamientos que son potenciales vecinos para definir la relación de vecindad tanto de 2G como la de 3G. Haciendo un zoom sobre nuestro marco ejemplo podemos observar las tecnologías que aplican en cada emplazamiento:

Figura 4.38.- Tecnologías de los vecinos Con todo lo anterior claro solamente tenemos que identificar a las vecinas. A modo de ejemplo, identificaremos las vecinas de nuestro sector 1. Podemos observar que tenemos que definir como vecinos 2G todos los sectores, tanto de DCS1800 como de GSM900 de los emplazamientos EBx101 y EBx102 ya que nosotros afectamos a ellos. Además de esto observamos que existen otros sectores 2G que nos afectan a nuestro sector 1, por ejemplo el sector 3 del emplazamiento EBx_201 tanto el de DCS1800 como el de GSM900 y podemos incluir incluso el sector 2 y 3 del emplazamiento EBx_301 tanto de DCS1800 como el de GSM900 aunque estén bastante alejados.

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Capítulo 4

No olvidemos que hay que definir las vecindades recíprocas para que el handover pueda realizarse en los dos sentidos. Al igual que es necesario definir como vecinas nuestros propios sectores cosites. Siguiendo con la definición de vecinos de nuestro sector 1, podemos definir como vecindades 3G el sector 3 del emplazamiento EBUMTS_201 ya que es el único sector 3G cuyo haz afecta o es afectado por mi sector 1. De nuevo recuerdo que no hay que olvidar las vecindades recíprocas si deseamos que se realice el handover en el sentido contrario. La información o datos a generar será pues una especie de tabla donde se definan todas las vecindades elegidas para que éstas sean cargadas en la red. Hay que tener en cuenta que el número de vecindades a definir por sector y emplazamiento es limitado por lo que hay que elegir bien las vecindades sobre todo en entornos urbanos en los que existe gran cantidad de emplazamientos en nuestra zona de influencia. También hay que indicar que en estas zonas urbanas el área de las celdas es mucho menor por lo que no definiríamos vecinas innecesarias. Al igual que comentamos en el apartado de dimensionamiento, si erramos y la elección de vecinas no es acertada existirá una fase de pruebas en la que se realizarán medidas y analizarán estadísticos por la que se podrá observar si falta o sobra alguna vecindad. Esta fase la explicaremos brevemente en el capítulo 6. Los operadores móviles usan habitualmente programas de diseño y simulación para todo el despliegue de su red, tanto para el cálculo de cobertura, el dimensionamiento de la capacidad, la asignación de frecuencias o la definición de vecinas. Estos programas de diseño y simulación facilitan el trabajo y ayudan a tener una visión más rápida del marco en el que nos encontremos pero aunque estos software cada vez están más perfeccionados es necesario contar con la experiencia del ingeniero en casos similares. Además de ello, hay que indicar que estos programas son más útiles, y por lo tanto más utilizados, para la planificación de una red en un entorno o una zona amplia y no en casos individuales como el que nos atañe en este proyecto. Ilustramos un ejemplo de las tablas que deben generarse para la definición de vecindades 2G y 3G para nuestro sector 1. Para el caso del otro sector se realizaría de la misma forma indicada.

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Capítulo 4

VECINAS 2G-2G BSC_Servidor BTS_Servidor

BSC01 BSC01 BSC01 BSC01 BSC01 BSC01 BSC01 BSC01 BSC01 BSC01 BSC01 BSC01 BSC01 BSC01 BSC01 BSC01 BSC01 BSC01 BSC01 BSC01 BSC01 BSC01 BSC01 BSC01 BSC01 BSC01 BSC01 BSC01 BSC01 BSC01 BSC01 BSC01 BSC01 BSC01

21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 x x x x x x x x x x x x x x x x 21

Site_Servidor

Site_Vecino

EB900_001_s1 EB900_001_s1 EB900_001_s1 EB900_001_s1 EB900_001_s1 EB900_001_s1 EB900_001_s1 EB900_001_s1 EB900_001_s1 EB900_001_s1 EB900_001_s1 EB900_001_s1 EB900_001_s1 EB900_001_s1 EB900_001_s1 EB900_001_s1 EB900_001_s1 EB900_101_s1 EB900_101_s2 EB1800_101_s1 EB1800_101_s2 EB900_102_s1 EB900_102_s2 EB900_102_s3 EB1800_102_s1 EB1800_102_s2 EB1800_102_s3 EB900_201_s3 EB1800_201_s3 EB900_301_s2 EB900_301_s3 EB1800_301_s2 EB1800_301_s3 EB900_001_s2

EB900_101_s1 EB900_101_s2 EB1800_101_s1 EB1800_101_s2 EB900_102_s1 EB900_102_s2 EB900_102_s3 EB1800_102_s1 EB1800_102_s2 EB1800_102_s3 EB900_201_s3 EB1800_201_s3 EB900_301_s2 EB900_301_s3 EB1800_301_s2 EB1800_301_s3 EB900_001_s2 EB900_001_s1 EB900_001_s1 EB900_001_s1 EB900_001_s1 EB900_001_s1 EB900_001_s1 EB900_001_s1 EB900_001_s1 EB900_001_s1 EB900_001_s1 EB900_001_s1 EB900_001_s1 EB900_001_s1 EB900_001_s1 EB900_001_s1 EB900_001_s1 EB900_001_s1

BCCH_Vecino BSIC_Vecino

980 983 x x 985 993 990 x x x 978 x 1004 1001 x x 987 995 995 995 995 995 995 995 995 995 995 995 995 995 995 995 995 995

x x x x x x x x x x x x x x x x 11 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

Figura 4.39.- Definición vecinas 2G-2G del Sector 1

VECINAS 2G-3G BSC_Servidor BTS_Servidor

BSC01

21

Site_Servidor

Site_Vecino

SC_Vecino

RNC_Vecino

EB900_001_s1

EBUMTS_201_s3

x

RNC01

VECINAS 3G-2G RNC_Servidor

SC_Servidor

Site_Servidor

Site_Vecino

RNC01

x

EBUMTS_201_s3

EB900_001_s1

BCCH_Vecino BSC_Vecino

995

x

Figura 4.40.- Definición vecinas 2G-3G y 3G-2G del Sector 1 112

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Capítulo 5

Capítulo 5:

Transmisión asociada 5.1.- Red de acceso

Toda red de datos necesita una interconexión entre sus elementos para que de esta manera, como su propio nombre indica, se cree una red para que todos los elementos se puedan intercomunicar. Existen diferentes tipos de redes que usan diferentes topologías para su interconexión. Los ejemplos de estas configuraciones se muestran en la ilustración siguiente:

Figura 5.1.- Topologías de red 113

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Capítulo 5

En cuanto a la topología de la red de acceso, a la hora de interconectar los diferentes elementos de la red, tanto BTS con las BSCs o los nodos B con las RNCs, o incluso entre las propias estaciones bases y entre los elementos de la parte alta de la jerarquía de la red, es posible considerar varias alternativas. Algunas de las configuraciones más habituales y utilizadas en las redes celulares son las siguientes:

Figura 5.2.- Topologías redes celulares Desde una óptica económica, resultan especialmente atractivas las topologías de interconexión que favorecen la concentración de tráfico. Así, por ejemplo, la elección de una configuración en cadena para interconectar varias BTS a una BSC o varios nodos B a una RNC puede conducir a un ahorro considerable de recursos de transmisión. Desde otra óptica, teniendo en cuenta la importancia de la disponibilidad, es mucho más robusta una topología en anillo debido a que si uno de los elementos de red o uno de los vanos falla, es posible la transmisión por el otro lado del anillo sin que la disponibilidad de los elementos de red del anillo se vea afectada. Por otro lado, si la configuración es en estrella o en cadena y uno de los elementos falla, caerían todos los demás elementos que dependan de éste, mermando los recursos de la red desplegada sin que los demás elementos presenten ningún fallo. Hoy día, con la competencia que existe y la exigencia de los clientes, las operadoras intentan obtener una disponibilidad alta para su red móvil ya sea mediante topologías de red que ayuden a ello o mediante algún tipo de protección o redundancia.

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Capítulo 5

5.1.1.- Red propia: red fija / red móvil (microondas)

Los operadores móviles que poseen infraestructuras de red tienen sus redes de acceso propias desplegadas. Mediante esta interconexión de toda su estructura de red, al disponer de recursos propios, no dependen de ningún tercero para el transporte de información de sus elementos, teniendo de esta forma una red móvil completa, independiente y de uso exclusivo. Además de las diferentes configuraciones en las topologías de la red de acceso, ésta puede ser de distintos tipos ya que puede ser una red fija o una red móvil mediante la transmisión por microondas. Operadores que poseen infraestructuras desplegadas para tener toda, o gran parte de su red, interconexionada mediante una red fija son los menos habituales puesto que el coste económico es muy alto ya que existe la necesidad de realizar un despliegue de cableado muy amplio y cablear físicamente todos los vanos que se pretendan enlazar. No por ello no dejan de existir, puesto que estos operadores móviles, además de ofrecer servicios de telefonía móvil, ofrecen a su vez otros servicios fijos, ya sea telefonía, internet a alta velocidad, etc. Uno de los ejemplos en el territorio español es la compañía de telefonía Telefónica, que posee un gran despliegue de red cableada debido a que desde que comenzó su andadura como compañía estatal y en su día en manos privadas, ofrecía servicios de telefonía fija en prácticamente el 100% del territorio nacional mediante su línea de cableado fijo. Esta compañía, al poseer la filial de telefonía móvil Movistar, cuando despliega su red mediante las estaciones base, interconexiona muchos de sus elementos mediante su línea fija debido a que dispone de ella en prácticamente todas las zonas. Otra opción de interconexión de elementos es mediante una red de transmisión móvil, mediante microondas. Esta es la opción elegida por los operadores que no tienen el despliegue de la red fija en muchos lugares.

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Capítulo 5

En el caso de una red de transmisión mediante microondas, es necesario interconexionar los elementos de red mediante parábolas realizando un enlace punto a punto. Como cabe esperar, al ser el medio de transmisión el aire, el enlace debe de tener visibilidad entre los puntos a enlazar debido a que se trata de elementos de transmisión y recepción muy directivos. A su vez hay que tener en cuenta las afecciones que puede sufrir este enlace, ya sea a modo de atenuación o interferencia.

5.1.2.- Red alquilada

En este apartado no se pretende entrar en el amplio abanico del alquiler de redes móviles, entendiendo por ello la proliferación de operadoras móviles virtuales, las cuales no tienen desplegada una red sino que mediante un acuerdo comercial alquilan los servicios de radio y transmisión a un operador que posee infraestructura de red desplegada. Nos referimos a los casos puntuales en los que un operador de red, que posee su infraestructura de red desplegada, llega a la imposibilidad de interconectar algunos de sus elementos a su red existente. En estos casos, en los que por ejemplo no se pueda instalar un enlace mediante microondas puesto que al ser un enlace punto a punto no exista visibilidad entre los dos elementos a enlazar, los operadores móviles se ven obligados a alquilar un enlace. Los casos más habituales, en los que una estación base no pueda interconectarse con ningún elemento de su propia red de su entorno, se llega a la contratación de una línea fija en los casos en los que el cableado de algún despliegue fijo lo permita. Existen otro tipo de alquileres de la red de transmisión que consisten en alquilar un enlace de otro operador debido a que mediante este enlace es posible enlazar el nuevo emplazamiento con algún elemento de su propia red. Esta solución no se suele dar muy a menudo, sino que lo que se hace es usar algún emplazamiento de otro operador móvil o incluso de alguna otra infraestructura como repetidor entre los dos elementos de red a enlazar llegando a un acuerdo de alquiler o coste económico por la compartición de la infraestructura.

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Capítulo 5

5.2.- LoS: Líneas de Vista

Centrándonos en la creación de una red de transmisión mediante microondas, comenzaremos a explicar el proceso para poder realizar esta interconexión, aplicando esto a la finalidad de este proyecto, enlazando nuestra estación base a integrar con la red móvil que existe a su alrededor y analizando el proceso del diseño del enlace de microondas. Comenzamos pues, por la primera premisa que debe cumplir un enlace punto a punto mediante microondas, que es la visión directa entre los dos puntos a enlazar.

Figura 5.3.- Elementos de un radioenlace Para la comprobación de la LoS (Line of Sight) o línea de vista existen diversidad de programas los cuales poseen bases de datos topográficas que permiten elaborar un supuesto perfil del terreno entre los dos elementos a enlazar pudiendo ser de utilidad para descartar o considerar el enlace viable. Los propios programas que las operadoras utilizan para diseñar los vanos, permiten la elaboración de perfiles orientativos del terreno. Muy importante resaltar que estos perfiles elaborados por los programas de diseño o programas topográficos, aun siendo muy precisos, solo deben servir como orientación para considerar la posibilidad de que el enlace pueda ser viable o no. Por lo tanto es necesario corroborar la visibilidad insitu, es decir, es necesario un trabajo de campo que asegure que existe línea de vista entre los dos elementos. Los programas de diseño elaboran perfiles entre dos puntos previamente insertados mediante sus coordenadas incluyendo una posible altura sobre el terreno debido a la infraestructura donde se vaya a colocar el enlace.

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Capítulo 5

Figura 5.4.- Perfil elaborado por programa de diseño Sobre este perfil y tal como se acaba de comentar, es necesaria la confirmación de la línea de vista. Esta confirmación se realiza mediante un trabajo de campo que consiste en acudir a ambos emplazamientos y asegurar la visión entre ellos. La documentación a generar en este tipo de trabajo es bastante simple. Se trataría de posicionar los dos emplazamientos mediante sus coordenadas e indicar a la altura mínima a la que existe visibilidad directa en cada uno de los emplazamientos. Esta documentación se completaría con fotos que corroboren estas declaraciones. Una posible foto que asegura la visibilidad de un emplazamiento, realizada desde su remoto puede ser la siguiente:

Figura 5.5.- Foto visibilidad 118

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Capítulo 5

5.3.- Diseño Vano MW

Una vez tengamos claro que el enlace tiene visibilidad, es necesario diseñarlo de manera que definamos los elementos del radioenlace y sus características. Será necesario definir elementos como los receptores y transmisores, las parábolas a instalar, la frecuencia, canal y capacidad a utilizar y la configuración del sistema. Todo ello se define influido por unos niveles de potencia y calidad que debe cumplir el radioenlace.

5.3.1.- Programa diseño / datos de partida

Las operadoras de red usan un programa para el diseño de radioenlaces de su red. Estos programas permiten realizar los cálculos de potencia y calidad de un radioenlace según unos datos de partida y atendiendo a unas recomendaciones de la ITU. Existen muchos software para diseño de radioenlaces mediante los cuales introduciendo unos datos de partida que definen la configuración del radioenlace, se realizan los cálculos necesarios para obtener parámetros de calidad, disponibilidad e interferencia y de esta manera discernir si esos parámetros están dentro de las especificaciones que se pretenden obtener con el radioenlace a diseñar. Ejemplos de programas de diseño de radioenlaces pueden ser ACPLINK o IQlink. Este último, de la compañía Comsearch, filial de Allen Telecom, es uno de los más usados por operadores de redes europeas. IQlink, al igual que sus homólogos, es un software o herramienta de ingeniería de asignación de espectro que soporta el diseño completo de redes de microondas fijas. Esta herramienta permite predicciones de fiabilidad y análisis rápido y preciso de interferencias que ha sido usado para poner en marcha más de 100.000 enlaces de microondas en todo el mundo.

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Capítulo 5

Creado por y para ingenieros expertos en microondas, este software de Comsearch incorpora la posibilidad de analizar efectos de exposición, acumulativos y de campo con el objeto de localizar rápida y fácilmente canales libres de conflictos, incluso en redes congestionadas con miles de pautas de microondas. Los algoritmos de corte de pauta emplean las recomendaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones. Visto que disponemos de herramientas potentes que nos facilitarán los cálculos de diseño del radioenlace, es necesario comenzar por unos datos de partida que podrán ser modificados por el ingeniero de transmisión para la adecuación del diseño del radioenlace. Los elementos de partida a los que nos debemos enfrentar son los siguientes: •

Distancia vano

•

Características entorno vano

•

Parábola

•

Frecuencia

•

Configuración

Estos elementos son los que nos encontraremos para diseñar el radioenlace. De entre ellos existen elementos ya definidos y fijos, es decir, no es posible modificarlos. Estos son la distancia del vano y las características del entorno. Nuestro reto en este punto es diseñar un radioenlace con unos valores de potencia, calidad, disponibilidad e interferencia deseados y/o aceptables teniendo como premisas invariables los elementos siguientes: •

Distancia vano: se trata de la distancia fija entre los dos extremos del vano, entre los dos elementos a enlazar mediante el radioenlace.

•

Características entorno vano: se trata de identificar y definir un entorno concreto en la zona donde trabajará este radioenlace. Este radioenlace tendrá como medio de transmisión el espacio abierto y este medio puede verse afectado por multitud de características que hay que definir como por ejemplo factor de intensidad de lluvia, factor geoclimático, perfil de la trayectoria…

Con todo esto tenemos, a grandes rasgos, tres márgenes de maniobra para que en las condiciones y datos de partida dados realicemos un diseño de radioenlace con los valores deseados. A continuación explicaremos cómo usar estos elementos para realizar el diseño y cómo puede variar su elección dependiendo de los demás factores.

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Capítulo 5

5.3.2.- Parábolas a instalar

La elección de parábolas a instalar no tiene porqué ser el primer elemento a definir en el diseño de un radienlace, es más, el orden de “asignación” de los diferentes elementos varía según el método de diseño, los valores de contorno o la propia interacción entre ellos puesto que una modificación en alguno de los factores hace que sea necesario un ajuste o modificación en otro de ellos. También es posible que, al ser un elemento físico, el tamaño o tipo de parábolas se nos venga dado de antemano puesto que la infraestructura solo permita cierto tipo o incluso por la propia exigencia de la propiedad del emplazamiento. Los tamaños típicos de parábolas usadas para las distintas frecuencias de radioenlaces son: 0.2m, 0.3m, 0.6m, 0.8m, 1.2m, 1.8m de diámetro. El uso de un tamaño mayor de parábola mejora las características del radioenlace al tener más potencia de transmisión/recepción por lo que a su vez es más robusta frente a otros tamaños menores en calidad y disponibilidad a igualdad de condiciones (frecuencia, distancia…). El problema de usar tamaños mayores de parábola surge sobre todo en coste, peso y espacio en la infraestructura y uso ineficiente del espectro de frecuencia asignado. Por lo tanto, será necesario elegir el tamaño de parábola que más se ajuste eficientemente al diseño del radioenlace intentando usar el tamaño menor para disminuir en la medida de lo posible el coste, volumen y peso del enlace. Estas parábolas se instalan en la infraestructura apropiada del site, donde exista LoS, y además de la propia parábola se instala una unidad exterior u ODU (OutDoor Unit). Esta unidad exterior puede instalarse de manera integrada en la propia parábola o separada, uniendo ambas, parábola y ODU mediante una guía de ondas.

Figura 5.6.- Parábola con ODU integrada

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Capítulo 5

5.3.3.- Frecuencia elegida

La elección de la frecuencia en el diseño de un radioenlace suele ser uno de los primeros elementos a definir. Hay que tener en cuenta que el espectro de frecuencias es muy limitado por lo que hay que usarlo eficientemente. Además de esto y atendiendo a la simple relación entre frecuencia y longitud de onda dada por la siguiente fórmula:

λ=

c f

Podemos deducir que a menor frecuencia mayor longitud de onda y viceversa, pudiendo asignar, en nuestro comienzo del diseño, de forma sencilla una frecuencia mayor o menor dentro del rango de frecuencias dado. Los equipos de transmisión de baja y media capacidad tienen unas bandas típicas de frecuencia desde las bajas frecuencias (0.6, 1.5 y 2 GHz) para enlaces de larga y media longitud y en altas frecuencias (13, 15, 18, 23, 27 GHz) para enlaces de longitudes más cortas. Hay que tener presente que la utilización de bandas de RF bajas (de 0.8 a 2 GHz) para los sistemas de telefonía móvil, que es nuestro caso, nos obliga a trabajar en frecuencias para radioenlaces de microondas superiores a la banda de 7GHz. La modulación que emplean estos equipos de baja o media capacidad es PSK y QAM. Últimamente se están desarrollando equipos de alta capacidad mucho más eficientes en el espectro de frecuencia en el que trabajan. Un equipo llamado de baja capacidad funciona con un ingreso de señal digital de hasta 8x2048 kb/s (8x2 Mb/s). Los canales de servicio de la banda-base en general son reducidos, desde 32 a 2x64kb/s. Debido al aumento del uso de la telefonía móvil y sobre todo a los nuevos servicios de banda ancha ofertados por las diferentes operadoras, la propia red de transmisión tiene que crecer o adaptarse al aumento de capacidad que esto le supone por lo que los enlaces de baja capacidad raramente se utilizan. Las capacidades de 2x2, 4x2 y 8x2 son muy poco usadas en la actualidad, usándose cada vez capacidades más altas por la demanda de la propia red tales como 16x2, 32x2, 35x2, 46x2 y hasta 75x2 mediante enlaces PDH de alta capacidad.

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Capítulo 5

Los equipos que usan los operadores de telefonía móvil para la transmisión en sus radioenlaces son muy variados y diferentes marcas comerciales tienen variedad de modelos que van mejorando progresivamente. Marcas como Nokia, Siemens y Ericsson con sus modelos Flexi, SRAL XD y TN están pujando por el mercado de este tipo de equipos. Como característica importante de estos equipos, al trabajar en alta frecuencia de microondas, se estructuran en dos módulos: •

IDU (InDoor Unit): Módulo interno que contiene las funciones de banda base y frecuencia intermedia.

•

ODU (OutDoor Unit): Módulo extreno que dispone de las funciones de radiofrecuencia y que va acoplado a la antena.

Figura 5.7.- IDU / ODU Siguiendo con nuestra elección de frecuencia para nuestro diseño, hay que tener en cuenta que con los rangos de frecuencia más utilizados (entre 13 GHz y 38 GHz) podemos enlazar puntos entre 0 y unos 30 Km. Como además cada operador móvil tiene asignado por el Ministerio unos rangos dentro de esas bandas de frecuencia, hace que tengamos un número de canales reducidos en las diferentes frecuencias teniendo distinto margen de maniobra en las distintas bandas. Además de esto hay que tener en cuenta que a mayor capacidad deseada del radioenlace, mayor ancho de banda usará por lo que éste será uno de los puntos clave para asignar nuestra frecuencia nominal para el radioenlace. Como norma general “no escrita” comenzaremos a usar la frecuencia mayor posible con la que sea viable el radioenlace y a su vez con el tamaño de parábolas menor posible. A modo de ejemplo ilustrativo, para un vano de capacidad media de pocos kilómetros (no más de 4 Km) usaremos la frecuencia más alta, según los rangos anteriormente descritos, por ejemplo a 38 GHz y con parábolas de 0,3m.

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Capítulo 5

De esta forma, con esta primera asignación de frecuencia mayor, nos estamos asegurando de no ensuciar el espectro con rangos de frecuencia menores que tienen un alcance mucho mayor y pueden interferirnos en otros enlaces más alejados o incluso en futuros enlaces a diseñar. Como segundo paso, y si tras el cálculo de potencia, calidad y disponibilidad no cumplimos unos requerimientos mínimos, aumentaríamos tamaño de parábolas. Si con este cambio tampoco es suficiente, nos veríamos obligados a usar otro rango de frecuencias menor, por ejemplo a 26 GHz. Como hemos podido comprobar, en la medida que vamos realizando nuestro diseño hemos tenido que ajustar y/o modificar parámetros tales como frecuencia y parábolas para cumplir unos requerimientos de potencia, calidad y disponibilidad que nos calculará la herramienta de diseño por lo que el diseño de un radioenlace no es tan trivial como podría parecer. Aún mucho más complicado se nos presentará nuestro diseño puesto que todavía no hemos hablado del efecto de las interferencias y que aunque todo lo anterior lo tengamos perfectamente ajustado y cumpliendo los requisitos mínimos exigidos es posible que dentro del rango de frecuencias elegido no exista un canal libre de interferencias y sea necesario llevar a cabo alguna modificación de nuestro diseño o incluso de alguno de los radioenlaces interferentes. Estos radiocanales tienen un ancho de banda de 7 MHz, 14 MHz y 28 MHz para unas capacidades ya comentadas desde 4x2 hasta 75x2 con equipos PDH.

Figura 5.8.- Potencia en dBm en función de la distancia-frecuencia para un radioenlace

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Capítulo 5

5.3.4.- Configuración

La elección de la configuración en el diseño de un radioenlace depende de diferentes factores. Lo primero es elegir el equipo puesto que es posible que existan modelos diferentes que sean similares para algunas características pero difieren en otras. Por ejemplo, es posible que existan equipos con mayor potencia de transmisión y recepción pero que a su vez tengan un comportamiento menos eficiente en ancho de bando usado. En este apartado se pretende ilustrar las diferentes configuraciones posibles de un radioenlace, que se pueden resumir las más usadas en los siguientes apartados: •

Radioenlace sin protección 1+0

•

Radioenlace con protección 1+1 o Equipos protegidos

•

Radioenlace sin diversidad

•

Radioenlace con diversidad o Diversidad de Frecuencia o Diversidad Espacial de Antenas

•

Otras configuraciones (doble polaridad, N+1…)

Radioenlaces con o sin protección En primer lugar hay que indicar que la configuración por defecto y que más se utiliza es una configuración sin protección 1+0. Se trata de una configuración básica que consta de un equipo con una unidad interior y otra exterior con su parábola. Existen casos en los que se pretende proteger un enlace por su importancia en la red o por la indisponibilidad que provocaría un fallo de éste. Por ejemplo, en el caso de una estructura en cadena, cada enlace se apoya en otro que le precede por lo que si uno de los enlaces falla, todos los site de la cadena caerán aunque sus enlaces estén correctos. Por lo tanto en estos casos se recomienda proteger toda la cadena, a excepción del último salto. 125

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Capítulo 5

La configuración típica para protección es la configuración 1+1 Hot Standby. Se trata de una configuración con un equipo 1+1 (similar a dos equipos en uno), dos cables RF hasta dos ODUs y un Spliter que conectaría las dos ODUs a una misma parábola. De esta manera en caso en el que una de las ODUs fallase, existiría otra ODUs como protección para el enlace. De la misma manera si uno de los módulos del equipo interior, IDU, fallase, conmutaría al otro módulo protegiendo así el radioenlace.

Figura 5.9.- Configuración 1+0 y 1+1 Existiría también la variante de protección con IDU 1+1, dos ODUs, sin Splinter y con dos Parábolas. Este caso solo se aplicaría donde haga falta, además de la protección, la diversidad de antena como veremos a continuación. Radioenlaces con o sin diversidad Las técnicas de diversidad se usan mayoritariamente para transmitir la misma información por dos rutas radioeléctricas diferentes que se vean afectadas de forma independiente por el desvanecimiento. Con esta técnica se pretende aumentar la fiabilidad debido a la redundancia, reducir el porcentaje del tiempo de un desvanecimiento dado y además mejorar la calidad en la proporción de segundos con muchos errores, SESR (Severely Errored Seconds Ratio). Comentaremos dos tipos de diversidad, la diversidad en frecuencia y la diversidad espacial de antenas.

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•

Diversidad de frecuencia: Se emplea una frecuencia más de forma que cuando un desvanecimiento afecta a una frecuencia, no afecte a la otra. Este tipo de diversidad no se utiliza en radioenlaces de comunicaciones móviles (telefonía móvil) puesto que tiene un peor factor de disminución de la tasa de SES, necesita dos portadoras de distinta frecuencia y aumenta la interferencia generada, factores estos últimos que no nos podemos permitir debido a la limitación del espectro de frecuencias que podemos usar.

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Diversidad espacial de antenas: Se utiliza como alternativa a las técnicas de no diversidad. Esta técnica disminuye considerablemente la tasa de SES, absorbe de mejor forma variaciones del factor K y sobre todo que requiere una sola portadora dentro del plan de frecuencias.

Además de esto, la técnica de diversidad espacial de antenas, genera una directividad adicional combinada de antenas. Esta mejora se logra con el grado de descorrelación de las señales que discurren por las ramas de diversidad del sistema. Esta técnica corrige el desvanecimiento multitrayecto producido por la aparición de varios caminos de propagación entre el transmisor y el receptor que produce interferencias entre el rayo directo y el rayo reflejado en el terreno o en las capas atmosféricas.

Figura 5.10.- Espaciado óptimo diversidad espacial de antenas 127

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Capítulo 5

5.3.5.- Criterios calidad y disponibilidad

La elección de una configuración y diseño de radioenlace debe cumplir unos criterios dados de calidad y disponibilidad. Entendemos por disponibilidad una pérdida de calidad durante un largo periodo de tiempo y cuantifica la probabilidad de que el sistema se encuentre en condiciones de funcionamiento en un momento dado. La calidad (o fidelidad) se entiende como la pérdida en un momento pequeño y concreto de la funcionalidad del sistema debido a microinterrupciones y degradaciones ligeras y breves que producen errores en los bits transmitidos (sistemas digitales) y afectan a la nitidez o claridad de la señal recibida. Se cuantifican las degradaciones admisibles y los porcentajes de tiempo en que no pueden superarse. Como dijimos anteriormente, el medio de transmisión es el aire, entre transmisor y receptor. Esta región que rodea la trayectoria desde la antena transmisora a la receptora y que contiene la mayor parte de la potencia que alcanza el receptor se denomina primer elipsoide o primera zona de Fresnel. Cuando esta primera zona de Fresnel queda completamente libre, la atenuación de la onda directa entre las dos antenas es prácticamente idéntica a la de espacio libre.

Figura 5.11.- Primera zona de Fresnel De cualquier manera las ondas radioeléctricas durante su propagación están afectadas por diferentes elementos. Las influencias más significativas son: •

Influencia del terreno.

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Influencia de la atmósfera.

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Influencia del terreno: •

Modelo de tierra plana: Hay que tener en cuenta que el terreno afecta significativamente a la radiación entre dos puntos. Aunque en nuestro caso estemos hablando de un enlace de microondas con un grado muy alto de directividad, no toda la radiación viaja por el rayo directo. Existe un rayo reflejado sobre el terreno, en un punto llamado especular, que llegará al receptor con un cierto desfase (modelo de tierra plana).

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Modelo de tierra curva y rugosidad: Diferente efecto tendrá el terreno aplicando el modelo de tierra curva (esférica lisa) o casos con rugosidad del terreno media o muy rugosa lo cual supondrá una reducción del coeficiente de reflexión de la onda reflejada.

Influencia de la atmósfera: •

Atenuación: debido a los gases atmosféricos, principalmente vapor de agua y oxígeno y fenómenos atmosféricos (lluvia, nieve, niebla, granizo…) se produce un exceso de atenuación (sobre todo en las frecuencias en las que nos movemos, en torno a 10 GHz o superiores)

•

Modificación del camino recorrido: varía en índice de refracción según el tipo de atmósfera, modificando la curvatura de los rayos. Por este motivo y para prevenir estas variaciones con las condiciones más adversas, el radioenlace tiene que tener LoS, que ya deberíamos haber asegurado según comentamos en los apartados anteriores.

•

Creación de direcciones privilegiadas y fluctuaciones: este efecto se denomina conductos. Permite un alcance mucho mayor de lo deseable, y por tanto difícilmente controlable.

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Capítulo 5

5.3.5.1- Atenuación / Indisponibilidad por lluvia

Siendo fieles al alcance del proyecto y tal y como se ha ido realizando en los diferentes apartados de los distintos capítulos, explicaremos cómo afecta la lluvia al diseño del radioenlace, sin intención de entrar en la parte teórica o en el propio cálculo tedioso de dichos datos pudiendo consultarse la formulación para ello en cualquier publicación teórica o en distintos enlaces de la bibliografía de este proyecto. Trataremos de explicar, cómo con el uso de la herramienta de diseño, se pueden ajustar los diferentes factores que afectan al entorno para poder realizar un diseño correcto tras el cálculo de parámetros de la propia herramienta. Tras definir todos los elementos de los que hemos hablado en este capítulo mediante los datos de los que partíamos pasamos al propio diseño del radoenlace. Estos primeros datos de los que ya hemos hablado se introducen en la herramienta en las diferentes aplicaciones que posee tal y como se observa en la figura:

Figura 5.12.- Datos de partida en herramienta de radioenlaces

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En la siguiente figura podemos observar las diferentes opciones que tendríamos para ajustar nuestro diseño a nuestro entorno y calcular la calidad e indisponibilidad de dicho diseño según unos objetivos deseados.

Figura 5.13.- Calculo calidad en herramienta de radioenlaces Para decidir los criterios de atenuación por lluvia e indisponibilidad por lluvia se usan las recomendaciones del IUT. (Rec UIT-R P.838, UIT-R P.530 para atenuación por lluvia y Rec UIT-R F.1493 para objetivos de indisponibilidad). Los criterios de indisponibilidad por lluvia para radioenlaces PDH y SDH suelen ser inferiores al 0,005% para que se consideren buenos niveles. Estos valores de indisponibilidad por lluvia cambiarán, a igualdad de equipos, según la zona climática donde se encuentre nuestro vano. Existen zonas con más probabilidad de lluvia que otras. Por lo tanto necesitamos conocer las estadísticas de lluvia del sitio de interés (Rec UIT-R P.837). También depende de la frecuencia de nuestro vano siendo un factor limitante de la longitud a enlazar por encima de unos 10GHz. Además de la lluvia, existe una indisponibilidad propia de los equipos.

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Figura 5.14.- Ejemplos zonas intensidad de lluvia

5.3.5.2- Desvanecimiento de los radioenlaces

Las diferentes fluctuaciones de señal que un radioenlace puede sufrir hacen que la señal no alcance el receptor con un nivel de potencia constante. Los tipos de desvanecimiento que normalmente se consideran son causados por la precipitación, la propagación multitrayecto y la refracción (reflexión en el suelo y en capas atmosféricas). La probabilidad calculada para la presencia de los diferentes tipos de desvanecimiento en un radioenlace de microondas dado se traslada a los factores de calidad y disponibilidad dimensionados por los estándares de la UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones). El margen de desvanecimiento se trata del valor en dB para diferentes tasas de error (BER: bit error rate) obtenido como la diferencia entre la potencia nominal de recepción y la potencia umbral del receptor. Tratamos como potencia umbral el valor de potencia recibida por el receptor que asegura tasas de error BER menores a 10-3 y 10-6 (vemos que son las dos opciones que disponemos en la herramienta para tasas de BER) Sin tener en cuenta interferencias, el margen de desvanecimiento se calcula con la siguiente expresión: M = PR − PU

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5.3.5.3- Objetivo SESR. Calidad y Fiabilidad

Para el cálculo de los objetivos de calidad (fiabilidad) y disponibilidad, la herramienta realiza los cálculos según recomendaciones de la UIT. Tanto la UIT-T (Unión Internacional de Telecomunicaciones, sección sistemas de telecomunicación) o la UIT-R (Unión Internacional de Telecomunicaciones, sección radiocomunicaciones) han determinado la metodología de cálculo de dichas entidades. En la Recomendación UIT-T G.801 se determina la Conexión Hipotética de Referencia (CHR) o Hypothetical Reference Conection (HRX), en dicha recomendación se determina una conexión ficticia de longitud 27500 Km.

Figura 5.15.- Conexión Hipotética de Referencia (CHR) La recomendación G.821 de la UIT, se aplica a conexiones digitales con una tasa de transmisión de 64 Kbps pero en algunas ocasiones se usa para tasas de transmisión mayores. Esta recomendación define los siguiente términos de calidad: •

EFS (Error Free Second): Segundos libres de errores (BER=0).

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ES (Errored Second): Segundos erróneos. Se define como un segundo que tiene uno o más errores de bit (BER≠0). Se define la tasa como ESR (ES Rate).

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SES (Severely Errored Second): Segundos severamente erróneos. Se define como un período de segundos en el cual el BER>10-3. Se define la tasa como SESR (SES Rate).

Para nuestro caso, un radioenlace de microondas, se deben cumplir unos objetivos para asegurar una SES