Diseño de red celular

7/23/2019 Diseo de red celular

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ESCUELA POLITCNICA NACIONALFACULTAD DE INGENIERA ELCTRICA

TESIS DE GRADO

"PLANIFICACIN DE TELEFONA CELULAR Y DISEO DEAPLICACIN PARA LA CIUDAD DE TULCAN"

TESIS PREVIA LA OBTENCIN DEL TITULO DEINGENIERO ELECTRNICO EN LA ESPECIALIDAD DETELECOMUNICACIONES

EDISON FERNANDO NARVAEZ GOMEZCOELLO


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CERTIFICO QUE EL PRESENTETRABAJO FUE REALIZADO POR ELSEOR EDISON FERNANDO NARVAEZGOMEZCOELLO BAJO MI DIRECCIN

3. PATRICIO OBOE


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AGRADECIMIENTOQuiero expresar mi sincero agradecimiento a la empresaEricsson de Ecuador C.A., representada por el Sr. Ing. BoWestman, Gerente General, que hizo factible larealizacin de este trabajo. De manera muy especialquiero agradecer tam bin al Sr. Ing. Niklas Heuveldop,Gerente del Departamento de TelecomunicacionesMviles, quien me brind todo su apoyo.As mismo quiero expresar mi agradecimiento al Sr. Ing.Patricio Ortega, Directo\de Tesis.Adems quiero agradecer a todos los profesionalesamigos y familiares, as como tambin al personal deEricsson, que colaboraron en la ejecucin de esta trabajo.


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NDICEPgina

INTRODUCCIN 1A.- PARTE TERICA1. GENERALIDADES DE PLANEACION CELULAR

1.1 Introduccin 21.2 Conceptos B sicos de Telefona Celular 41.2.1 Concepto Celular 4

1.2.2 Configuracin de un Sistema Celular 41.2.3 Centro de Conmutacin 51.2.4 Estacin Base y la Clula o Celda 51.2.4.1 Clula Om nidireccional 51.2.4.2 Clula Sectorial 61.2.5 Estacin Mvil 61.2.6 Canales de radio 6

1.2.6.1 Canal de voz (VC) 71.2.6.2 Canal de control * 81.2.7 Patrn Celular 91.2.8 Re-uso de Frecuencia 91.2.9 Distancia de Reuso de Frecuencia 101.2.10 Kand-off . 101.2.11 Voceo 11

1.3 Funcionamiento de un Sistema Celular 111.3.1 Llamada hacia un abonado mvil 121.3.2 Llamada desde un abonado mvil 121.3.3 Liberacin de llamada 131.4 Sistemas celulares estndares en el pas 141.4.1 Sistema de Telefona Mvil Avanzado (AMPS) 141.4.2 Sistema Digital de Telefona Mvil Avanzado (D-AMPS) 14

1.5 Beneficios de la telefona celular digital _ , 151.6 Mercado celular en el Ecuado r 162. PARMETROS DE DISEO DE LA CELDA

2.1 Introduccin 202.2 Teora de Trfico 202.2.1 Definicin de Trfico 202.2.2 Clculo de la capacidad., nmero de estaciones basesy radio de la celda 222.3 Revisin de mapas para la ubicacin de una estacin base 232.4 Caractersticas tcnicas en sitio 262.5 Balance del sistema y seleccin de antenas y torres 272.5.1 Frmula de balance 282.5.2 Seleccin de antenas 29


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Pgina2.5.3 Seleccin de torres 30

2.6 Predicciones de cobertura de los sitios escogidos 302.6.1 Modelo de Okumura 302.6.2 Modelo de Hata 322.6.3 Modelo Ericsson 332.7 Simulacin de cobertura con transmisor de prueba 342.8 Niveles de seal utilizados en la celda 35

2.9 Plan de frecuencias utilizado en la celda " 37

3. ESTUDIO DE LA RED DE ACCESO3.1 Introduccin 403.2 Formas de acceso 403.3 Anlisis de los enlaces de microondas 413.3.1 Revisin de mapas para ubicacin de posibles sitios 41

3.3.2 Banda de frecuencias utilizadas 4]3.3.3 Anlisis de perfiles 423.3.4 Anlisis del enlace 443.3.5 Equipo recomendado 51B.- PARTE PRACTICA4. DISEO DE APLICACIN, CIUDAD DE TULCAN4.1 Introduccin . 534.2 Objetivos 53

4.3 Clculo para el nmero de canales 534.4 Caractersticas tcnicas de los sitios 554.4.1 Urbina 564.4.2 Calle Larga 564.4.3 El Barrial 564.4.4 Tanques de Agua 564.4.5 Chapuel 574.4.6 Las Juntas 574.4.7 Conclusin 57

4.5 Balance del sistema y seleccin de antenas y torres 574.5.1 Balance del sistema 574.5.2 Seleccin de antenas 584.5.3 Seleccin de torres 59

4.6 Resultados de las predicciones de cobertura y de las pruebascon el transmisor 594.6.1 Resultado de las predicciones de'cobertura 594.6.2 Pruebas con el transmisor 604.6.3 Conclusin 64

4.7 Niveles de seal utilizados 654.8 Definicin del plan de frecuencias utilizado 654.9 Proyeccin 66


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Pgina5. DISEO DE LA RED DE ACCESO HACIA LA CIUDAD DE TULCAN

5.1 Introduccin5.2 Revisin de los posibles sitios5.3 Banda de frecuencias a utilizar5.4 Anlisis de perfiles5.5 Clculo de enlaces5.6 Alternativas de acceso5.7 Conclusin

6. EQUIPAMIENTO Y COSTOS6.1 Introduccin6.2 Estacin base6.3 Red de acceso6.4 Equipamiento adicional en la central para canales digitales6.5 Costo total

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES7.1 Conclusiones f7.2 Recomendaciones

ANEXOS1. Tablas de Erlang2. Programa para el clculo del nmero de canalesbasado en la frmula de Erlang3. Tipos de antenas4. Orientacin de antenas5. Predicciones de cobertura6. Resultados grficos dek pruebas con transmisor7. Resultados numricos de las pruebas con transmisor8. Mapa de acceso al sitio Tanques de Agua9. Grficos de proyeccin en Tulcn10. Perfiles11. Clculos de enlace12. Tipos de antenas para microondas

REFERENCIASBIBLIOGRAFAABREVIACIONES

68686969697070

7171717172

7373

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1. GENERALIDADES DE PLANEACION CELULAR1.1 Introduccin

Las comunicaciones a lo largo de la historia han jugado un papel muy importante.La necesidad del hombre de comunicarse a largas distancias ha generado muchosavances tecnolgicos. Uno de los retos fue llegar a comunicarse con las personas enmovimiento.La primera demostracin de comunicacin en movimiento por medio de radio,desarrollada por Guglielmo Marconi, que provea contacto continuo con barco s de vela,

sucedi en 1897. Desde entonces nuevos mtodos y servicios de comunicacionesinalmbricas han sido desarrollados a travs del mundo. Histricamente el crecimientodel campo de las comunicaciones mviles fue lento y ha estado estrechamente unido a lasmejoras tecnolgicas.

En 1946 el primer sistema pblico de telefona mvil se introdujo en 20 ciudadesde Estados Unidos. Cada sistema utilizaba una sola estacin base, con alta potencia y enun sitio alto, diseada para cubrir distancias sobre los 50 km en un mercado particular.

La tecnologa utilizada para sistemas de comunicaciones mviles a travs delmundo fue la frecuencia modulada (FM5 Frequency Modulation). Los primeros sistemastelefnicos, a finales de la dcada de los 40., conocidos como "push-to-talk" (pulse parahablar) utilizaron FM y tenan un ancho de banda en RF (Radio Frequency) de 120 kHz.Estos sistemas eran half-duplex (una sola persona poda hablar a la vez). Utilizaron ungran ancho de banda debido a la dificultad de producir gran cantidad de filtros de RF debanda angosta y bajo ruido. En 1950 mejoras tecnolgicas permitieron reducir a la mitadel ancho de banda, esto es 60 kHz. y para mediados de la dcada de los 60 el ancho debanda se disminuy a 30 kHz.

En la dcada de los 50 y 60, los laboratorios AT&T Bell y otras compaas portodo el mundo desarrollaron la teora y tcnicas de la telefona celular, que consista endividir la zona de servicio en reas pequeas: cada rea utilizaba una parte del espectrode frecuencia y se podan volver a utilizar las mismas frecuencias cuando la distanciaentre los transmisores era suficiente para prevenir interferencias. AT&T propuso elconcepto de sistema de telefona mvil celular a la Comisin Federal de Comunicaciones(FCC, Federal Communications Commission) en 1968. Tecnolgicamente, sin embargo,no ue posible introducir esta tcnica sino hasta finales de los 70.En 1979 el primer sistema de telefona celular entr en servicio en el reametropolitana de Tokio . El sistema trabaj en la banda .de los 800 MHz, tuvo 600

canales y utiliz un ancho de banda de 25 kHz por canal. Lo introdujo la compaaNTT(Nippon Telephone and Telegraph). Posteriormente, en 1981, el sistema NMT450(Nordic Mobile Telephone a 450 MHz) trabaj en la banda de los 450 MHz y utiliz unancho de banda de 25 kHz por canal.En 1983, la Comisin Federal de Comunicaciones (FCC) ubic 666 canalesdplex, para el sistema de telefona mvil avanzado (AMPS, Advanced Mobile PhoneSystem). Cada canal tena 30 kHz de ancho de banda en un sentido, es decir 60 kHz para


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un canal dplex, utilizando un to tal de 40 MHz en la banda de los 800 MHz. AMPS fuee] primer sistema de telefona celular Americano. En 1989, la FCC concede aum entar166 canales (10 MHz) para el servicio celular, conocida como la banda extendida, parasatisfacer las necesidades del rpido crecimiento. En la figura 1.1 podemos apreciarcomo est distribuido actualmente el espectro de frecuencia para el sistema AMPS.

Mvil - Estacin Base Estacin Base - Mvil

991 992 1023 1 2 799

824-849 MHz

991 992 1023 1 2 799

869-894 MHzFig. 1.1 Divisin del espectro de frecuencia para sistema AMPSFrecuencias delMvil a la Estacin Base

Nmero de Canal1


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EstndarNTTNMT-450AMPSETACSC-450NMT-900JTACSGSMD-AMPSNAMPSPD CNTACS

Ao deintroduccin197919811983198519851986198819901991199219931993

AccesoMltipleFDMAFDMAFDMAFDMAFDMAFDMAFDMATDMATDMAFDMATDMAFDMA

Banda de Frec.(MHz)800450-470824-894890-960450-465890-960860-925890-960824-894824-894810-1501843-925

ModulacinFMFMFMFMFMFMFMGMSK7T/4DQPSKFM7T/4DQPSKFM

Ancho BandaCana l (kHz)2525302520/1012.52520030102512.5

Tabla 1.1 Principales sistemas celulares a travs del mundo.En nuestro pas incursiona la telefona celular a finales de 1993, con el sistemaAMPS, Posteriormente se incorpora el sistema D-AMPS. En la actualidad se trabaja conel sistema dual AMPS/D-AMPS.A continuacin se definirn algunos de los conceptos ms utilizados en el mundo

de la telefona celular.1.2 Conceptos Bsicos de Telefona Celular

1.2.1 Concepto CelularEl concepto celular ue ideado para reemplazar una sola estacin de alta potencia

de transmisinpor muchas estaciones de baja potencia de transmisin, las cuales proveencobertura solamente a una pequea parte del rea de servicio CI"2) . La idea apareci por elproblema que se tena con el espectro de frecuencia, que es un recurso limitado muyutilizado por aplicaciones tales como la televisin, las emisoras de radio y los enlaces demicroondas. El objetivo era reutilizar las mismas frecuencias aprovechando el alcancelimitado de la propagacin de radio, a frecuencias elevadas, pudiendo aumentar el reade servicio en forma ilimitada.

1.2.2 Configuracin de un Sistema CelularEn un sistema celular se pueden distinguir cuatro partes que son: la central

(MSQ, Mobil Switching Center), la estacin base, la estacin mvil y la red de accesodesde la central hasta la estacin base.En la figura 1.2 se visualiza en forma rpida un sistema de telefona mvil.


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MSC 1 PSTN 1

Figura 1.2. Sistema de Telefona Celular, Las torres representan las estaciones bases, losvehculos los mviles y las lneas punteadas la red de acceso.

1.2.3 Centro deConmutac inEl centro de conmutacin de servicios mviles (MSC, Mobil Switchrng Center),consiste de una central telefnica a la cual se le incorpora un subsistema de telefona

mvil (MTS? Mobil Telephone Subsystem)(3J). El MSC realiza la conmutacinautomtica entre las estaciones mviles y controla la interconexin de estas -y el abonadode la red pblica de conmutacin telefnica (PSTN, Public Switching TelephoneNetwork).

1.2.4 Estacin Base y la Clula o CeldaEstacin base es un punto de transmisin y recepcin, que se encuentra encontacto directo con los abonados mviles. El rea cubierta por una estacin base sedenomina clula o celda. El tamao de la celda depende principalmente de los siguientesfactores: potencia de los transmisores, sensibilidad de los receptores, altura de la antenay topografa del terreno.

Entre los tipos m s comunes de clulas estn las siguientes:- Clulas omnidireccionales- Clulas sectoriales

1.2.4.1 Clula OmnidireccionalEn este caso la estacin base est equipada con una antena omnidireccionaltransmitiendo igualmente en todas las direcciones. Entonces una rea en forma circularser cubierta, con la estacin base localizada en el centro (Fig.l.Sa). Normalmente la

representacin de esta clula es un hexgono (Fig. L3b)C3 '2).


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Fig 1.3a.Radio de cobertura de unaclula omnidireccional.1.2.4.2 Clula Sectorial

Fig 1.3b.Representacin grfica de unaclula omnidireccionaL

En este caso, la estacin base est equipada con varias antenas direccionales,cada una cubriendo una rea que depende del ngulo horizontal del lbulo de radiacinde la antena. Cada rea cubierta por una antena se denomina clula sectorial. En elgrfico de la Figura 1.4a y 1.4b se puede ver un ejemplo de la representacin de clulassectoriales.

C3'3) Fig 1.4aRadio cobertura de tresclulas sectoriales

Fig 1.4bRepresentacin grfica detres clulas sectoriales

1.2.5 Estacin Mvil

Estacin mvil es el equipo del abonado, que por lo general es transportable (enforma personal o en un vehculo)., pero tambin puede ser ubicado en lugares fijos.1.2.6 Canales de radioEl canal de radio es una trayectoria bidireccional de transmisin de radio entre la

estacin mvil y la estacin base. Un canal de radio usa frecuencias de radio separadas,una para la transmisin de la estacin mvil y otra para la transmisin de la estacinbase. Cada canal es llamado canal dplexC3>4). Cuando este procedimiento es simultneose dice que es un canal ull-duplex.


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Cada canal de radio tiene su unidad fsica, que son transmisor y receptor, en laestacin base. Las estaciones bases trabajan normalmente a frecuencias planificadas ydiferentes tanto en la misma celda como en celdas vecinas. Esto es porque podranocurrir interferencias debido a que las clulas vecinas se superponenExisten dos tipos de canales:

- Canales de voz (VC)- Canales de control (CC)1.2.6.1 Canal de voz (VC)En forma general cuando un abonado mvil realiza una llamada ocupa un canalde voz que ser seleccionado por el MSC, el cual llevar la conversacin. Cuando la

conversacin finalice, el canal estar libre para la prxima conversacin.Aparte de la voz, se pueden agregar otras informaciones en este canal, como son:a) Tono de supervisin de Audio (SAT, Supervisory Audio Tone) 3 '5) .- Este

tono es usado para la supervisin de la calidad de transmisin. Adems es utilizado paraidentificar el trfico de la celda local cuando se utiliza la misma frecuencia en otra celda.El SAT se enva siempre que el transmisor de la unidad de voz ha sido iniciado, en otraspalabras es enviado continuamente, durante la transmisin de voz. Puesto que lafrecuencia del SA T est muy separada de la frecuencia de la voz, no habr interferencia.El SAT es enviado desde la Unidad de canal de voz en la estacin base y regresado por laestacin mvil. En el sistema AMPS se utilizan tres frecuencias para el SAT 5970, 6000y6030JjHz.

b) Datos(3-6).- Los datos son enviados en.situaciones especficas y estos puedenser enviados por:

- La estacin mvil- El M SC va la unidad de canal en la estacin base.- La unidad de canal en la estacin base.

\En la transmisin de datos, un canal de voz en la direccin la estacin base -estacin mvil es llamado Can al de voz hacia ad elan te (FVC, Forward VoiceChannel), mientras que en la direccin contraria, es llamado Can al de voz hacia atrs(RVC, Reverse Voice Channel). Figura 1.5C3'7).


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RVC

Figura 1.5 Canal de voz, en la direccin hacia adelante y hacia atrsf O\ ) Tono de Sealizacin ST Signaling To n e ) ^ ' . El ono de sealizacin que

sirve como "sealizacin de lnea" se enva slo desde el abonado mvil, por ejemplodurante el establecimiento de una llamada, o cuando finaliza la conversacin el abonadomvil.

1.2.6.2 Canal de ControlNormalmente existe un. canal de control en cada clula. Actualmente existe un

canal de control analgico y con la nueva tecnologa se incorpora un canal de controldigital. El canal de control es usado para:a) Datos.- Sirve para mantener a la estacin mvil siempre sintonizada al canal de

control de la clula que tenga mejor seal, supervisando el flujo continuo de datos(3'9). Sila calidad de seal se deteriora el mvil se sintonizar a un nuevo canal de control, deotra clula con buena calidad, todo esto mientras el abonado mvil no ha efectuadoninguna llamada.

El canal de control en la direccin desde la estacin base es llamado canal decontrol hacia delante (FOCC, Forward Control Channel), y la informacin se envacomo un flujo continuo de mensajes de datos. El canal de control en la direccin desde laestacin mvil es llamado canal de control hacia atrs (RECC, Reverse ControlChannel) , y la informacin es enviada slo cuando cualquiera de las estaciones mvilesque estn sintonizadas por el canal de control genera un mensaje de datos. Figura1.60JO).


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FOCC

RECC

Figura 1.6 Canal de control, en la direccin hacia delante y hacia atrs1.2.7 Patrn CelularSe denomina patrn celular a un grupo de clulas, que puede ser de 3, 4, o 7

celdas. Las cuales pueden subdividirse en clulas sectorizadas. En el siguiente grfico setiene un ejemplo de patrn celular. Figura 1.7.

Figura 1.7 Patrn Celular. En este ejemplo de 7 celdas1.2.8 Reuso de Frecuencia(u)Los sistemas de radio celular cuentan con una distribucin inteligente y reuso de

canales a travs de la regin de cobertura. A cada estacin base celular se le asigna iongrupo de canales de radio para que sean usados dentro de la celda. En estaciones basesadyacentes son asignados grupos de canal completamente diferentes que los asignados alas celdas vecinas. El mismo grupo de canales puede ser usado en diferentes celdas queestn separadas una de otra por vina distancia lo suficientemente grande como paramantener los niveles de interferencia dentro de los lmites tolerables, permitiendomanejar gran capacidad de trfico, por unidad de rea. Esto se denomina reuso defrecuencia.


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1.2.9 Distancia de Reuso de Frecuencia

La distancia entre dos celdas que utilizan el mismo grupo de frecuencias sedenomina "distancia de reuso de frecuencia" o tambin "distancia Co-canaT. Paradeterminar la distancia Co-canal en un patrn celular regular se debe aplicar la siguientefrmula:i j+ j 2 =N (1-1)

donde CN" es el nmero de'celdas totales de un patrn celular, por ejemplo en unpatrn 7/21, N = 21; i e j son enteros positivos. Para encontrar la celda ms cercanadonde se reusa la frecuencia se debe considera que: i representa el desplazamiento endimetros desde el centro de la un clula en forma radial por cualquier lado delhexgono., y j representa el desplazamiento en dimetros a partir de donde termina i conuna direccin de 60 antihorarios, con respecto a la direccin de i, como se puede ver enla figura 1.8. Por ejemplo siN = 21 entonces los valores de "i" y "j" que cumplen con laecuacin (1.1) sern i = 4 y j = 1.

Figura 1.8. Ubicacin de las celdas que reusan la frecuenciaAplicando la geometra de los hexgonos, se demuestra que la distancia de reusode frecuencia eeD", en funcin al patrn utilizado y al radio de la celda, es igual a:

(1.2)1.2.10 Hand-off

Cuando un mvil tiene una llamada en proceso, y la seal comienza a deteriorarsedebido a que la estacin mvil se est alejando de la estacin base, se realiza un cambioautomtico de estacin base o de clula, pasando a ocupar un canal de la otra estacinbase. Este cambio automtico se conoce como hand-off. Todo este proceso esconmutado en la central (MSC).El proceso puede ser aclarado con la figura 1.9. Msadelante se indicarn los niveles necesarios para que se produzca este proceso.

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Figura 1.9. Las estaciones vecinas miden el nivel de seal del canal en uso y envan a laMSC, la misma que hace el cambio a la estacin con mejor seal.

1.2.11 VoceoEs el proceso por el cual se trata de localizar a un abonado mvil por medio de

las estaciones bases.

1.3 Funcionamiento de un Sistema CelularLa com unicacin entre el MSC y la estacin base se realiza a travs de diferentesmedios tales com o cable coaxial, fibra ptica, o los ms utilizados, sistemas de radioC3'u) .

Este proceso se produce en los siguientes casos( '12 ):- Cuando el MSC origina un mensaje para la estacin mvil que ser enviadotanto por un canal de control como por un canal de voz.- Cuando el MSC recibe un mensaje desde la estacin base, com o por ejemplo un

requerimiento de hand-off.- Cuando el MSC recibe un mensaje de alarma por una falla de radio, como porejemplo falla de transmisin, falla de alimentacin o por falla de algn equipo.

- Cuando el MSC recibe un mensaje originado por el personal que utiliza unterminal de entrada y salida (I/O) en una estacin base, emitido por comandos.- Cuando una alarma externa es detectada porque hubo una falla importante, porejemplo ingreso en la estacin base o fuego,- Cuando se tiene otros mensajes de mantenimiento, como por ejemplo la cargade una unidad de canal desde el banco de memoria en el MSC , pruebas de rutina de lasunidades de memoria, etc.

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1.3.1 Llamada hacia un abonado mvil

Una llamada hacia un abonado mvil, puede proceder desde otro mvil o de lared fija. Esta llamada es recibida por el MSC S efectundose los siguientesprocedimientos: la estacin mvil es voceada en todas las clulas dentro del rea deservicio y por los canales de control3"13), esta es la razn de que la funcin del canal decontrol en la direccin hacia una estacin mvil sea comnmente llamada Voceo en elcanal de control(3*14l Detectado el mvil, una respuesta del voceo se recibe en el canalde control que monitorea la estacin mvil. El MSC asigna un canal de voz al mismo quese le ordena sintonizarse a la estacin mvil. La informacin de la conexin directa esregresada al abonado que llama. La seal de llamada se inicia en la estacin mvil.Cuando el abonado llamado contesta, se inicia la conversacin(3'I5>.

Las siguientes figuras daneventos(3gl : una explicacin ms detallada del curso de los

15

El mvil eonteiti.S suspende envi* tona * flatorin.Comiera a la convereacion

Figura 1.10-1.13 Proceso de llamada hacia un abonado mvil.1.3.2 Lla ma da desde un ab on ad o mvilUn intento de llamada desde un abonado mvil, hacia otro mvil o un abonado dela red fija, se recibe en el canal de control de la clula correspondiente^'17l Por estarazn a la funcin del canal de con trol en la direccin desde la estacin mvil es llamadaAcceso en el canal de control(3"18 ).La seal de acceso lleva el nmero de la estacin7mvil., el nmero de serie (propio de cada aparato) y el nmero del abonado llamado. Uncanal de voz es seleccionado,, al cual debe de sintonizarse la estacin mvil por medio deuna orden desde la central'. La trayectoria del canal de voz es conectada en el MSC y lallamada es activada.

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Las siguientes figuras dan una explicacin ms detallada del curso de los(3 191eventos^ ' :

5n mov axt* en epeta ^IOTC el canil ae control. El utuano haca

i o Mfecciu iando al.cora ei tedado J praiionindaribatn'SEND* ,

VOI enb nttaoo bsinvIaISAT

PE,

Figura 1.14 - 1.17 Proceso de llamada desde un abonado mvil.1.3.3 Liberacin de llamadaCuando el mvil que tiene una llamada en proceso, da por finalizado, enva untono de sealizacin por 1.8 segundos. Este tono es detectado en la estacin base, elcanal de transmisin es desconectado y el MSC libera la llamada.La siguiente figura ilustran lo explicado:3"20

"~" ' fL nanwnaon'"""""V cfcyctt MdM

! laotxan b*3 ^-

Figura 1.18 Proceso de liberacin de Damada.

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1.4 Sistemas celulares estndares en el pasEn nuestro pas existen dos estndares que son AMPS (Advanced Mobile PhoneSystem) y D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone System), que se detallan acontinuacin.1.4.1 Sistema de Telefona Mvil Avanzado (AMPS)(U)AMPS fue el primer sistema producido para trabajar en la banda de 800 MHz yentr a operar por primera vez a finales de 1983. Actualmente AMPS tiene el mayormercado (especialmente uera de Europa), es muy popular en los Estados Unidos,Sudamrica, Australia y China.En el sistema AMPS el patrn celular de reuso ms comnmente utilizado es elde 7 celdas con prevencin para sectorizacin y divisin celular para incrementar lacapacidad cuando sea necesario. Despus de varias pruebas se encontr que el canal de

30 kHz AMPS requiere una relacin de seal-interferencia (SIR) de 18 dB para undesarrollo satisfactorio del sistema. El factor de reuso ms pequeo que satisface esterequerimiento es usando antenas direccionales de 120.El sistema AMPS utiliza modulacin en frecuencia (FM) para transmisin devoz. El rango de frecuencia de transmisin desde el mvil a la estacin base es de 824MHz y 849 MHz, mientras el rango de frecuencias desde la estacin base a la estacinmvil est entre 869 MHz y 894 MHz. Cada canal de radio, llamado canal dplex,consiste de un par de canales simples separados 45 MHz, llamada distancia dplex. Lamxima desviacin del modulador FM es 12 kHz. La sealizacin de datos en latrayectoria de radio tiene lugar en los canales de control y puede ocurrir en los canales devoz. El flujo de datos es generado en el rango de 10 kbps segn especificacin de la FCC(Federation Communication Comit). Estos datos tienen un mximo de desviacin de

frecuencia de + 8 kHz.El flujo de datos binarios es modulado en el transmisor acorde al principio FSK(Frequency Shift Keying), lo cual significa que un "1" da una frecuencia constante sobrela frecuencia portadora del transmisor y un "O" da una frecuencia constante por debajode la frecuencia portadoraf3 '21 ).El sistema AM PS ha sido diseados para un mercado compartido (esto es, aquelen que dos operadoras compiten por un mercado)1.4.2 Sistema Digital de Telefona Mvil Avanzado (D-AMPS)CU3)La primera generacin de sistemas analgicos AMPS no fue diseada parasoportar la actual demanda en las grandes ciudades. Los sistemas celulares que usantcnicas de modulacin digital ofrecen gran mejora con respecto a capacidad y desarrollodel sistema. A finales de la dcada de los 80 fue desarrollado el sistema D-AMPS para

soportar ms usuarios con el mismo espectro que utiliza AMPS. El D-AMPS es unsistema que utiliza tecnologa TDMA (time divisin mltiple access) en el cual un canalAMPS soporta tres usuarios a velocidad completa y 6 usuarios a velocidad media.

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D-AMPS utiliza la misma distancia dplex que AMPS, 45 MHz. El modo dualAMPS/D-AMPS est normalizado en IS-54 por la Asociacin de Industrias Electrnicasy por la Asociacin de Industrias de Telecomunicaciones (EIA, Electronic IndustrysAsociation/TIA, Telecommunication Industrys Asociation).

D-AMPS utiliza el mismo rango de frecuencias que AMPS tanto para transmisinde la estacin mvil, como para transmisin de la estacin base.

Para mantener compatibilidad con los telfonos AMPS, D-AMPS utiliza lasmismas tcnicas de sealizacin en los canales de control hacia adelante (FOCC) y elcanal de control hacia atrs (RECC) como AMPS. Mientras los canales de voz utilizan lamodulacin a 4 niveles, ir/4 DQPSK con una velocidad de 48,6 kbps, el canal de controlhacia adelante (FOCC) y el canal de control hacia atrs (RECC) no son diferentes que enAMPS y usa la misma sealizacin a 10 kbps y el mismo estndar de canal de control.Una nueva norma, IS-136 incluye modulacin 7i/4 DQPSK para el canal de controldigital en D-AMPS.1.5 Beneficios de la telefona celular digital

Con la migracin del sistema analgico (AMPS) al sistema digital (D-AMPS) lascaractersticas y beneficios se han incrementado, basndose en las normas IS-54 e IS-136de EIA/TIA, entre otros podemos mencionar los siguientes:

- TDMA suministra capacidad de realizar hand-off asistidos por el mvil (MASO[Mobile Assisted Hand-off]), los mviles son capaces de sensar las condiciones del canaly reportar esta informacin a la estacin base.

- CNI (Calling number Identification) cuando un abonado mvil es llamado, en lapantalla de su telfono aparece el nmero de la persona de donde es llamado.

- MWI-4 (Messaje waiting indicator) cuando un abonado se encuentra fuera delrea de servicio o tiene apagado su telfono y ha recibido mensajes, al momento en queregresa o encienda su telfono, encontrar un mensaje en la pantalla de su telfonoindicando cuantos mensajes tiene.

- Otra de las facilidades que se puede mencionar es la Autenticacin, proceso enel cual la informacin es intercambiada entre el mvil y la central para la confirmacin delabonado. Este proceso evita el uso de mviles robados o abonados desautorizados. Lasfacilidades mencionadas anteriormente estn basadas en la norma IS-54B de EIA/TIA.

- Modo de dormido (sleep-mode) para mviles capacitados segn norma IS-136de EIA/TIA, que consiste en dar intervalos en los cuales el telfono desactiva la mayorade sus componentes internos permaneciendo en un estado similar al apagado, estosintervalos pueden ser por ejemplo de 2,5 seg. Esta facilidad extiende la duracin de labatera de 3 a 5 veces ms.

- Estructuras celulares jerrquicas - estructuras celulares en capas para manejarlos hand-off entre las clulas micro (clulas con reas de cobertura muy pequeas) ymacro. Esta facilidad funciona para mviles bajo la norma IS-136.

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- Estructuras de identidad - soporta para discriminacin y acceso al sistemaprivado/publico. Esta facilidad consiste en tener dentro del sistema celular un sistemaprivado, similar a una PBX, donde se puede comunicar con abonados pertenecientes alsistema privado con un nmero menor de dgitos. Otra ventaja de este servicio es que latarifacin dentro del sistema privado es distinta que la pblica. Esta facilidad tambinest bajo la norma IS-136.

- Servicio de mensaje corto (SMS [Short Message Service]) - mensaje punto apunto. Esto consiste en utilizar el telfono como un beeper, donde se pueden recibirmensajes con una longitud mxima de 219 caracteres. Este servicio resulta mseconmico que hacer una llamada normal. Para este servicio se utiliza el canal de controldigital bajo la norma IS-136.- Otra facilidad, bajo k norma IS-136, denominada EBroadcast" que consiste enenviar un mensaje a todos los abonados que se encuentran bajo la cobertura de unamicrocelda. Por ejemplo en un centro comercial, que tenga una microcelda, si un

almacn quiere promocionar un cierto producto, puede enviar un comercial para todoslos abonados que se encuentren dentro del centro comercial. En esta facilidad se enva unmensaje corto por medio del canal de control digital.- Aumentan las funcionalidades para poder diferenciar los abonados.- Una ventaja de esta migracin es que se puede utilizar la estructura actual sinhacer cam bios considerables.

1.6 Mercado celular en el Ecuador

El mercado de la telefona celular en el Ecuador se est desarrollando conbastante velocidad, como resultado, principalmente de dos operadoras. Conecell(empresa que tiene como proveedor a la empresa norteamericana Nortel) y Otecel(empresa que tiene el soporte tcnico de la empresa sueca Ericsson). La primera empeza operar a finales de 1993 y para el primer trimestre de 1994 ya contaba con los primeros3000 abonados. La segunda empresa entr a operar a mediados de 1994 y para finales de1995 entre las dos empresas lograron sumar 50000 abonados.En el cuadro 1.1 que va acompaado de la figura 1.19, se observa el crecimientodel mercado celular en el Ecuador, (informacin facilitada por la Superintendencia deTelecomunicaciones, hasta junio de 1996) y su proyeccin para finales de 1997. Como sepuede ver, hasta diciembre del 95 el crecimiento es exponencial. La poca de enero yfebrero de 1995 registra un pequeo estancamiento, debido al conflicto blico con elPer. La situacin econmica durante el conflicto fue grave y el mercado celular comotodos los otros mercados fue afectado. Desde enero del 1996 el mercado comienza adecaer lentamente, debido a la situacin econmica en el pas y tambin debido a laproximidad del cambio de gobierno.Desde junio de 1996 hasta finales de diciembre de 1997, se hace una proyeccinconsiderando que, con la nueva facturacin (llamadas entrantes sin costo), se triplicar elnmero de abonados para finales del 1997 (situacin que ocurri en el Per); es decir,126600 abonados. En los meses intermedios se hace una aproximacin, con referencia al

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comportamiento del ao anterior, tomando en cuenta que los meses de mayorcrecimiento son alrededor de diciembre y de mayo.

En el cuadro 1.1 se observa tambin la penetracin (nmero de abonados pornmero de habitantes), en porcentaje, para la telefona celular, basados en datos depoblacin del INEC, que tienen como referencia el ltimo censo de 1990, tomando comoreferencia los datos de las proyecciones para los aos de 1993 a 1997 (considerando queel crecimiento de la poblacin es lineal como se puede ver en el cuadro 1.2 que vaacompaado de la figura 1.20, se puede obtener la poblacin mes mes). Con estosdatos y el nmero de abonado, se obtiene la penetracin.Cuadro 1.1 Crecimiento celular en el Ecuador y su relacin con el nmero de habitantes.

FECHAmar-94abr-94may-94jun-94jul-94ago-94sep-94oct-94nov-94dic-94ene-95feb-95mar-95abr-95may-95jun-95jul-95ago-95sep-95oct-95nov-95dc-95ene-96feb-96mar-96abr-96may-96jun-96Jul-96ago-96sep-96oct-96nov-96dc-96ene-97feb-97mar-97abr-97

TOTALABONADOS

380044005400630068007600950012400147001790020400217002450025800326003670040100413004280045200491005240051500470004390042800425004220043400447004590047200560006490073800771008050083900

TOTALHABITANTES110390461105847311077933110974281111695711136520111561181117575011195417112151181123485411254625112744311129427111314147113340571135400311373983113939991141405011434136114542571147441411494607115148351153509811555397

Penetracin(%)0,030,040,050,060,060,070,090,110,130,160,180,190,220,230,290,320,350,360,380,400,430,460,450,410,380,370,37

11575732 | 0,3611596103116165101163695211657431116779451169849611718359117382231175808611777950

0,370,380,390,400,480,550,630,660,680,71

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FECHAmay-97jun-97jul-97ago-97sep-97oct-97nov-97dc-97ene-98

TOTALABONADOS

8730094500101700104000106200108400110600118500126600

TOTALHABITANTES117978131181767711837540118574041187726711897131119169941193685811956721

Penetracin(%)0,740,800,860,880,890,910,930,991,06

oco

CRECIMIEm'O CELULAR EN EL ECUADOR140000 T120000 - -

w 100000 --Og 80000 - Z 60000 --

40000 - .20000 - -

O t** i i i :: i : i i i : i ; i

FECHA

co h- r-- O) Cp.

Figura 1.19 Crecimiento celular en el Ecuador, y proyeccin a finales de 1997.Cuadro 1.2 Proyeccin de la poblacin en el Ecuador hasta el ao 2000.(1u )

ANO

19901991199219931994199519961997199819992000

HABITANTES(Millones)

10,2610,5010,7410,9811,2211,4611,7011,9412,1712,4112,65

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PROYECCIN DEL CRECIMIENTO POBLACIONAL EN EL ECUADOR

ANO

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2. PARMETROSDE DISEO DE LA CELDA2.1 Introduccin

En este captulo se revisa los parmetros necesarios para el diseo de una celda,cuando se ampla la cobertura de un sistema celular.

Despus de haber analizado el mercado celular en el captulo anterior, esnecesario analizar la capacidad, relacionada directamente con el trfico y la demanda.2.2 Teora de Trfico

La comprensin de la teora de trfico es necesaria para entender losprincipios dediseo de un sistema celular, en trminos de nmero de canales requeridos en una readefinida. El nmero de canales disponibles para voz y datos determinan la capacidad delsistema.

La teora de trfico en sistemas celulares, est basada en suposiciones de laconducta de los abonados y como el sistema maneja a los abonados.Para la cobertura se requiere determinar el mnimo nmero de estaciones basesnecesarias, y especificar la capacidad de trfico. A veces el nmero disponible de canalesde radio no es suficiente para llenar la capacidad requerida. Entonces es necesarioreducir la cobertura para las estaciones bases, en orden, para efectuar un eficiente reuso

de frecuencias, incrementando la capacidad del sistema4J\1 D efinicin

El trfico por abonado es definido por el nmero de llamadas y el promedio deduracin de cada llamada. Existen tres definiciones de Trfico: Poisson, Erlang B yErlang C; definicionesque difieren en la suposicin bsica, que es la consideracin sobrela conducta de las llamadas fallidas para encontrar un canal de voz libre.a) Poisson.- Las llamadas bloqueadas esperarn un tiempo, no ms largo deltiempo predestinado para la llamada. Si un canal se libera antes del tiempo predestinado,la llamada se efectuar por el tiempo restante del tiempo predestinado.b) Erlang B.- Las llamadas bloqueadas no estn dispuestas a esperar yabandonan el intento de llamada inmediatamente. El usuario no har otro intento dellamada.c) Erlang C.- Las llamadas bloqueadas esperan un tiempo indefinido paraobtener un canal.En sistemas celulares se adopta la frmula de Erlang B, como un estndar dondeintervienen los siguientes parmetros:Tiempo de conversacin promedio T [segundos]

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Nm ero de llamadas por hora y abonado nEl producto n x T especifica el tiempo por hora en que un abonado promedio usael sistema. Ya que el trfico tiende a variar con la hora, una red celular es dimensionadapara la hora de ms congestin,

La frmula de Erlang B es la siguiente:n*TA=^^ (2.1)3600

"A" representa el trfico ofrecido desde uno o varios usuarios en un sistema.La frmula de Erlang B describe el grado de servicio (GOS) como la probabilidad

de que un usuario cualquiera experimente un bloqueo de llamada, en un sistema dondelas llamadas bloqueadas son instantneamente desbloqueadas, lo que quiere decir quepodrn ser intentadas nuevamente, en cualquier momento(U).

El modelo de.ErlangB, esta basado sobre las siguientes suposiciones bsicascu):- Las llamadas requeridas son borradas de memoria, esto implica que todos los

usuarios, incluyendo los usuarios bloqueados, pueden requerir un canal en cualquiertiempo.- Todos los canales libres estn disponibles para servir llamadas, hasta que todos

sean ocupados.- La probabilidad de que un usuario est ocupando un canal (llamado tiempo deservicio), es distribuida exponencialmente. Llamadas ms largas son menos probablesque ocurran, como se describe en una distribucin exponencial.- Existe un nmero finito de canales disponibles.- El trfico requerido es descrito por la distribucin de Poisson, que implica unadistribucin exponencial de los tiempos de llegada de las llamadas.- Los tiempos de llegada de las llamadas requeridas son diferentes unos de otros.- El nmero de canales ocupados es igual al nmero de usuarios ocupados, y laprobabilidad de bloqueo esta dado por:

ya

v^ T (2.2)

donde N es el nmero de canales, y A Tes el trfico total requerido para el sistema.

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Para la frmula de probabilidad de bloqueo, se han realizado tablas para poderobtener el nmero de canales directamente. Las tablas se adjuntan en el anexo 1 .

Programa en BASIC de la frmula de probabilidad se adjunta en el anexo 2.2.2.2 Clculo de la capacidad, nm ero de estaciones bases y radio de laceldaPara el clculo de la capacidad primero se deben asumir los siguientes datos:- El tiempo promedio de conversacin T- El nm ero de llamadas por abonado en la hora pico n- El grado de servicio GOSUsando n y T y la ecuacin (2.1) se obtiene el trfico ofrecido "A" por unabonado. Para obtener el trfico total es necesario el nmero total de abonados.Para obtener el nmero de abonados, se parte del valor de penetracin delservicio celular en el pas y con el nmero total de habitantes del sector que se quierecubrir se puede obtener un estimativo del nmero de abonados. Se puede representarlecon la siguiente frm ula:

SNBT=^XHT - (2.3)donde SNBT es el nmero total de abonados, p es la penetracin y HT es el nmerode habitantes totales del sector.Entonces el' trfico total ofrecido (AT) es igual a:

(2.4)Con el trfico total (A-f) y el grado de servicio (GOS), utilizando la ecuacin (2.2)o las tablas de Erlang, que se obtienen de la misma frmula, se obtiene el nmero decanales necesarios.Con el trfico total (Ar), tambin se puede calcular el nmero de estaciones bases.Para este clculo se asumir los siguientes datos:- Nmero total de canales de voz proyectados para una celda NT- El grado de servicio GOSCuando se utiliza el patrn 7/21 es recom endable utilizar por celda 20 canalesdplex (incluidos los canales de control). Pueden estar repartidos en analgicos ydigitales (un canal dplex soporta 3 canales digitales). El valor de NT variardependiendo de la distribucin de los canales analgicos y digitales.Con los datos asumidos (NTy GOS),utilizando la ecuacin (2.2) o las tablas de

Erlang, se obtiene el trfico total proyectado por celda (ATO)- Con este valor y el trficototal, se puede calcular el nmero de estaciones bases (# BS), utilizando la siguientefrmula:

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TC(2.5)

Con este resultado y considerando el rea total a cubrir (Areaj) se puede obtenerel rea por celda (Area), utilizando la siguiente frmula:. AreaT _ ^Areac= T- (2.6)

c #BS V }De la frmula del rea de un hexgono (representacin terica de la celda)

Areahex =2,6*R2 =reac (2.7)se puede despejar el radio de la celda (R)

(2.8)

Si se tiene una rea muy grande y la capacidad es muy baja, es probable que elradio sea demasiado grande. El criterio que se debe tener en estos casos es que un radioaceptable para una estacin base tenga un mximo de 15 km.Luego de esto se procede a buscar los sitios, como se explica en el siguientepunto.

2.3 Revisin de mapas para la ubicacin de una estacin baseUna herramienta importante constituyen los mapas del sector, conocidos tambincomo cartas topogrficas. En nuestro pas el organismo encargado de realizar estosmapas es el Instituto Geogrfico Militar.Entre otras, las escalas ms comunes son: 1:250.000, 1:100.000, 1:50.000 y1:25.000. Generalmente las escalas ms grandes (1:250.000 y 1:100.000) sirven para

tener una visin general del rea. La ms utilizada es la escala de 1:50.000.En los mapas de escala 1:50.000 se tiene curvas de nivel con intervalos de 40 m,

20 m y hasta de 10 m Estos intervalos dependen del tipo de terreno, y varan de unacarta a otra. Esta informacin es muy til para determinar la altura de un sitio escogido,obtener perfiles punto a punto, analizar cobertura, etc..En estos mapas tambin se detallan las vas principales, vas secundarias, caminosde verano, caminos de herradura y lneas frreas, adems constan poblaciones grandes y

pequeas, as como tambin las escuelas, colegios, edificios importantes y fincasprincipales. Tambin se puede divisar los ros grandes, .pequeos, esteros y quebradas;adems se tiene informacin sobre vegetacin, minas, etc.. Esta informacin es muy til,porque facilita la ubicacin y el acceso a un determinado sitio, ayuda tambin a laorientacin.

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Los mapas cuentan con dos tipos de coordenadas: rectangulares (UTM) ygeogrficas. Las coordenadas UTM estn basadas en una divisin cada kilmetro, ensentido vertical y en sentido horizontal, a partir del meridiano de Grenwich y de la lneaecuatorial respectivamente. A las coordenadas en sentido vertical se les denomina Kl y alas coordenadas en sentido horizontal se las denomina K2, con estas coordenadas es muyfcil ubicar un punto. Esta5coordenadas son utilizadas tambin en la digitalizacin de losmapas que sirven para realizar las predicciones de cobertura, que se vern ms adelante.La figura 2.1 aclarar lo anotado.

Las coordenadas geogrficas son una divisin en grados y minutos a partir delmeridiano de Grenwich y de la lnea ecuatorial. La divisin se encuentra realizada cada 5minutos en sentido vertical y horizontal. A las coordenadas en sentido vertical se le. denomina Longitud y a la coordenada en sentido horizontal se le denomina Latitud (Fig.2.1). Estas coordenadas, tambin son utilizadas para la ubicacin de un punto y sonaprovechadas en ciertos programas computacionales que slo aceptan este tipo decoordenadas.

Kl' 9 4 195 ' 96 197 99 20 0 2 01 2 02 2 03

K2

! I km1 94 l 95 l 96 * 97 ' 98 l 99 2 00 2 01 2 02 2 03

Figura 2.1 Ubicacin de las coordenadas UTM y geogrficas en una carta topogrfica.La forma de obtener las coordenadas geogrficas de un punto es muy simple y seutiliza una simple regla de tres, considerando que 5 minutos (5 3) equivalen a 9,2.5 km, en

las cartas topogrficas de escala 1:50.000 equivale a 18,5 cm. En el siguiente ejemplo sepuede divisar grficamente, para una carta de escala 1:50.000.

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" 9 4 ' 95 ' 96 ' 97 ' 9 8 l 99 2 00 2 0 1 2 02 203

0099

oo 90

oo g?00 86oo

00

85

84.*.

d,1

i

1

95

r-

'

96

di

Punto a ubi

57

ir

98 99

919or

880087

868584

oo* ^ luiajjoo 92

0090oo 890088oo 8700 86oo 8500 o t

77' ,1 km' 9 4 !95 ' 96 '97 l 98 ] 99 2 00 2 0 1 2 02 2 03

Figura 2.2 Ubicacin de un punto para obtener las coordenadas geogrficas.Por ejemplo, si se asume que:

di = 4 cmd2 = 7,6 cmhaciendo una regla de tres, se obtiene

di (en minutos) = 4 cm x 57 18,5 cmdi (en minutos) = 1,081'

esto se suma al valor que se toma de referencia, en este caso 7740500" y seobtiene: Longitud = 774134,86" O

De manera similar se realiza para la latitud, utilizando la distancia 2 y se obtiene]o siguiente:

sumado esto, al valor de referencia, se obtiene:Latitud =0052'3,24"N

Las cartas topogrficas estn orientadas con dos nortes que son: norte decuadrcula y norte magntico. El norte de cuadrcula esta orientado con las coordenadasUTM verticales y el norte magntico esta orientado con la polaridad de la tierra y tieneuua diferencia con el norte de cuadrcula en el orden de las unidades de grados y varadependiendo de las cartas. Cuando se utiliza brjula, para obtener direcciones, se tieneque referir al norte magntico.

Con todas las ayudas que se tienen en los mapas, se procede a ubicar posiblessitios que podran servir para una estacin base, ya sea por su altura, por su proximidadal sitio que se quiere cubrir, por no tener obstculos cercanos y principalmente porque elrea que se quiere cubrir tenga buena visibilidad.

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Es recomendable determinar las coordenadas y alturas, en los mapas, de todos losposibles sitios, para luego en el terreno -con la ayuda de un GPS (Global PositionSystem), que por medio de satlites da la posicin y altura- comprobar que es el sitioescogido. Dependiendo del tipo de GPS, las coordenadas sern ms menos exactas.El proceso para seleccionar un buen sitio para la estacin base es mitad arte y

mitad ciencia. Para el cliente, k caracterstica vital de un sistema celular es la cobertura.Por lo tanto es importante para un sistema hablar sobre lo que quiere el cliente, buenacobertura dentro de una rea lgicamente definida. El proveedor del servicio estusualmente interesado en la buena cobertura y en el extenso reuso de frecuencia. Laseleccin del mejor sitio para lacelda es esencial*2'1\4 Caractersticas tcnicas en sitio

Despus de analizar los mapas en escritorio es necesario hacer una visita de lossitios, debido que en papel no se puede tener una idea muy clara de las condicionesreales, ya que se pueden pasar por alto algunas condiciones, por ejemplo, altura de lavegetacin, caminos de acceso, etc.. La mayora de los mapas no tienen lasmodificaciones actuales, por lo que las circunstancias de las carreteras es variable.Para el estudio del terreno, mejor conocido como "survey", es muy recomendablela utilizacin de un vehculo 4x4 ya que los sitios a los cuales se debe acceder por lo

general estn en lomas.Las principales observaciones que se deben hacer en los posibles sitios son las

siguientes:- Ver las condiciones de cobertura sobre el rea deseada, para lo cual seprocurar subir al sitio ms alto del punto escogido y con binoculares o a simple vista-chequear la zona. Se debe determinar los sitios de sombras.- Otra caracterstica importante es observar el acceso existente, si es o nonecesario construir una camino de acceso, y aproximadamente en que longitud serequiere construir. Se debe indicar que, una vez instalada la estacin base, es necesarioque el acceso quede en buenas condiciones, ya que en el fituro se realizar

mantenimiento en operacin.- La existencia de energa elctrica de alta tensin, para distribucin (a la cual sepueda instalar un transformador de donde se pueda obtener 220 voltios), y a quedistancia del sitio escogido se encuentra.- Disponibilidad de espacio para la construccin de una torre y para la ubicacinde un contenedor construccin de una caseta para los equipos de radio mvil y equiposde microondas. Tambin disponibilidad de espacio para la caseta del generador y si esnecesario la construccin de la vivienda del guardia.- Se debe observar si existen antenas en los alrededores, averiguar las frecuenciasa las que trabajan y determinar las alturas a las que se encuentran: 'sto ser un factorque ayudar a definir la altura de la torre que se necesite. ^

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2.5 Balance del sistema y seleccin de antenas y torresUna vez escogido algunos sitios, es necesario realizar un clculo del balance del

sistema (considerar que en el borde de la celda, tanto la potencia de la estacin base,como la potencia de la estacin mvil son iguales), para definir la potencia de lostransmisores, definir las antenas que se van a utilizar y la altura de las torres, informacinque ser til para realizar laspredicciones de cobertura.

Cuando se tiene una comunicacin en dos direcciones, la cobertura esta limitadapor el transmisor de menor potencia, que es el mvil.

Para el clculo del balance del sistema es necesario realizar las siguientessuposiciones y simplificaciones^4'35:

- El ruido causado por el hombre no afecta al sistema.- La estacin base utiliza diversidad de espacio (dos antenas en recepcin).- Las antenas de transmisin y recepcin en la estacin base tienen la misma

ganancia.Cuando se usa diversidad de espacio en recepcin, la seal de radio es recibida

por dos antenas separadas. La seal recibida por las antenas normalmente varafuertemente, debido a atenuaciones. Si las antenas se encuentran separadas en el espacio,las variaciones no estarn completamente correlacionadas^'l\s decir los puntosmnimos y mximos de la seal son distintos para las dos antenas. La diversidad deespacio es utilizada para evitar las variaciones rpidas de la seal. Si se utiliza diversidadde espacio con combinadores, es decir si se suman las dos seales, se tiene una mejora de6dB y si se utiliza un comparador,para escoger la mejor seal, se tiene una mejora de 3dB(2-2). Estos valores son obtenidos experimentalmente.

La distancia (d) entre las dos antenas esta relacionada con la altura de la torre ytiene que cumplir con la siguiente condicin

10 (2.5)donde H es la altura de la torre. El montaje se puede observar en la figura 2.3.

Esta separacin para distancias mayores de 3 m no puede ser prctico para suimplantacinC2'3).

d = separacin entre las antenas RxH = Altira mMma de la antena

Figura 2.3 Distancia entre las antenas de recepcin con respecto a la altura de la torre.

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A continuacin se presentan los parmetros que intervienen en el balance del(4.4).PARM ETRO DESCRIPCIN UNIDAD

(A A)sistema^ ' .PASET Potencia de salida del canal de transmisin (dBm)PB R Nivel de recepcin en la estacin base (dBm )PMT Potencia de salida del transmisor mvil (dBm)PMR Potencia de recepcin del mvil (dBm)GB Ganancia de la antena de la estacin base (dB)GM Ganancia de la antena del mvil (dB)GD Ganancia por diversidad (dB)GR Ganancia en recepto r en estacin base (dB)LP Prdidas por propagacin (dB)LC Prdidas en el combinador (estacin base) (dB)LBF Prdidas del cable de antena en la estacin base (dB)LMF Prdida en el cable de antena del mvil (dB)

2.5.1 Frmula de balance(4'5)El nivel de seal en el mvil viene dado por la siguiente frmula:PMR = PASET - LC - LBF + GB - LP + GM - LMF (2.6)anlogamente para la estacin basePBR = PMT - LMF + GM - LP + GD + GB - LBF + GR (2.7)entonces igualando las dos ecuaciones se tiene:PASET - LC - LBF + GB -LP +GM - LMF =PMT - LMF + GM - LP + GD -h GB - LBF + GReliminando LBF3 GB, LP, GM y LMFse tiene que:

PASET - LC = PMT + GD + GRLa frmula de balance quedara:

PASET = PMT + GD + LC + GR (2.8)en donde la potencia del mvil PMT, la ganancia por diversidad GD 5 las prdidas

del combinador LC y la ganancia del receptor GR son conocidas.En el siguiente grfico se puede apreciar claramente lo explicado.

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Mvil BasePASET

PB R

LBF

Figura 2.4 Diagrama del Balance del sistema2.5.2 Seleccin de antenasSe pueden emplear varias configuracio nes alternativas de antenas, dependiendode la disposicin de las clulas requeridas. Las antenas normalizadas son, tantoomnidireccionales (para clulas circulares) como direccionales (para clulas sectoriales)

(Tig. 2.5)(3'1}.1

Omnidreccional Sector

aFigura 2.5 Tipos de antenas, omnidireccioneales y sectoriales

Cuando se quiere ampliar la cobertura de un sistema celular, por lo general secomienza con antenas omnidireccionales; aunque puede darse el caso que se necesiteinstalar solamente antenas direccionales, esto ocurre cuando se quiere cubrir una zona encierta direccin. A menudo las antenas omnidireccionales son usadas en poblacionespequeas, reas suburbanas y reas rurales, donde el objetivo es tener cubierta la mayorrea posible. La sectorizacin se utiliza, por lo general, cuando se quiere aumentar lacapacidad de un sistema. Esto sucede en poblaciones grandes do nde el trfico ha crecidoconsiderablemente. En esta tesis se revisar el primer caso.

En antenas omnidireccionales se tiene algunos tipos que varan en ganancia y ellbulo de radiacin en sentido vertical principalmente. En el anexo 3 se pueden ver losvarios tipos de antenas que se utilizan (omnidireccionales y sectorizadas).

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En antenas omnidireccionales se tienen normalizadas ganancias entre 6 dB hasta11 dB. Varan dependiendo de la fbrica, el ngulo del lbulo de radiacin en sentidovertical vara segn la ganancia, mientras aumenta la ganancia se reduce el ngulo en elplano vertical. El criterio para escoger una u otra depende del radio del rea que sequiere cubrir: por lo general en reas donde el sistema no tiene cobertura se escoge laantena de m ayor ganancia.

Es importante, adems, definir la orientacin de las antenas. Considerando que elplano formado por las dos antenas de recepcin, debe estar dirigido al rea de mayorimportancia a cubrir.2.5.3 Seleccin de torresUna vez ubicados los posibles sitios y escogidas las antenas, se puede definir la

altura de la torre, considerando las caractersticas del sitio, obstculos cercanos,existencia o no de antenas de otros sistemas de comunicacin. Se debe anotar que en laseleccin de la altura de la torre se debe utilizar mucho criterio.

Existen algunas entidades que pueden influenciar sobre la altura de las torrescomo son: Aviacin Civil, Empresa Elctrica y Municipio.Para el diseo de la estructura de la torre se deber tomar en cuenta algunos

aspectos como son: peso que va a soportar la torre, posibles ampliaciones futuras,condiciones ambientales (fuerza de los vientos, densidad de lluvias, etc). Este diseo serrealizado por una empresa particular dedicada a este trabajo.Una vez definido el sitio, los transmisores, las antenas y la altura de la torre, seprocede a obtener las predicciones

2.6 Predicciones de cobertura de los sitios escogidosLa radio transmisin en sistemas de comunicacin mviles a menudo se hacesobre lugares de terreno irregular. El perfil del terreno de una rea particular necesita sertomado en cuenta para la estimacin de las prdidas del trayecto. El perfil del terrenopuede variar desde una simple curvatura de la tierra a un perfil con altas montaas. La

presencia de rboles, edificios y otros obstculos tambin deber ser tomada en cuenta.Un nmero de modelos de propagacin permite predecir la prdida del trayecto sobreterreno irregular. Mientras el fin de todos estos mtodos es predecir el nivel de la sealen un punto de recepcin particular o en una rea local especifica (un "sector"), losmtodos varan enormemente en sus aproximaciones, complejidad, y exactitud. Lamayora de estos modelos son basados en una interpretacin sistemtica de datosmedidos obtenidos de una rea en servicio. Algunos de los modelos de propagacinexterna ms com unes sern discutidos a continuacin*1'35.

2.6.1 Modelo de Okuraura CM }El modelo de Okumura es uno de los ms usados para predicciones de seal enreas urbanas. Este modelo es aplicable para frecuencias en el rango de 150 MHz a 1920

MHz (aunque se hace interpolacin hasta 3000 MHz) y distancias de 1 km a 100 km.

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Puede ser usado para estaciones bases con alturas de antena en el rango de 30 m a 1000m.Okumura desarroll un grupo de curvas dando atenuaciones promediosrelacionadas a espacio libre (Amu) en una rea urbana sobre y un terreno casi plano conuna altura de antena de la estacin base (hfe) de 200 m y una altura de antena del mvil(hre) de 3 m. Estas curvas fueron desarrolladas a base de un extenso nmero demed iciones usando antenas ornnidireccionales verticales tanto para la estacin base como

para la mvil, y son dibujadas como una funcin de frecuencia en el rango de 100 MHz a1920 MHz y como una funcin de distancia desde la estacin base en el rango de 1 km a100 Km. Para determinar la prdida usada en el modelo de Okumura, primero sedetermina la prdida de espacio libre entre los puntos de inters, y luego el valor de Amu(f,d) (como se lee en las curvas) es aadido a lo largo de este, con factores de correccinpara cuantificar el tipo de terreno. E l modelo puede ser expresado como:

L5o (dB) = LF+ - G(hte) - - GAREA (2.9)donde Lso es el valor medio de las prdida de propagacin, LF son los prdidas depropagacin en espacio libre, AmU es la atenuacin media de acuerdo al espacio libre,G(hte) es el factor de ganancia de la antena de la estacin base, G(hre) es el factor deganancia de la antena del mvil y GAREA es la ganancia de acuerdo al tipo de medioambiente. Note que la ganancia de la antena es estrictamente una funcin de la altura yno tiene relacin con el patrn de antena.

G(hte) = 201og(hte/200)= 101og(hre/3)= 201og(hre/3)

1 0 0 0 m > h t e > 1 0 m (2.10)h r e < 3 m (2.11)10m>h r e>3m (2.12)

Los grficos de AniU(f,d) y GAREA para una amplio rango de frecuencias sonmostrados en la figura 2.6 y figura 2.7.100

oO)

rea Urbanoht = 200 m

70 100 200 300 500700100020003000Frecuencia f (MHz)

Figura 2.6 Atenuacin media relativa alespacio libre (A mu(td))3 sobre terreno, casiplano(-5)

o

200300 5007001000 20003000Frecuencia f (MH z )

Figura 2.7 Factor de correccin, GAREApara diferente tipos de terreno*1'5'

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Otras correcciones pueden ser tambin aplicadas al modelo de Okumura. Algunosde los parmetros importantes relacionadas con el terreno son las altas ondulaciones delterreno (Ah), crestas altas aisladas, porcentaje de bajadas de los terrenos y la mezcla delos parmetros tierra-agua. Una vez que los parmetros relacionados con el terreno soncalculados, los factores necesarios de correccin pueden ser aadidos o substradoscomo se requiera. Todos estos factores de correccin estn disponibles en las curvas deOkumura.

El modelo de Okumura est totalmente basado en datos de medicin y no proveeninguna explicacin anaKtica. Para muchas situaciones, se pueden hacer interpolacionesderivadas de las curvas para obtener valores fuera del rango de medicin; aunque lavalidez de dichas interpolaciones dependa de las circunstancias y la exactitud de lascurvas en cuestin.

El modelo de Okumura, esta considerado entre los ms simples y mejores entrminos de exactitud con respecto a las predicciones de cobertura, para los sistemascelulares avanzados y sistemas de radio mvil-tierra en medios ambientes irregulares. Esmuy prctico y en Japn es considerado un sistema de planificacin estndar en lossistemas modernos de radio mvil-tierra. La mayor desventaja de este modelo es su bajarespuesta a los cambios rpidos en el terreno, por lo tanto, el modelo es bueno en reasurbanas y suburbanas, pero no tan bueno en reas rurales. Las desviaciones estndarescomunes entre los valores predichos y medidos de las prdidas estn alrededor de 10 dBa!4dB.

2.6.2 Modelo Hatacl6)

El modelo Hata es una formulacin emprica de los grficos de prdida de enlaceprovedos por Okumura, y es vlido desde 150 MHz a 1500 MHz. Hata presenta lasprdidas de propagacin en rea urbana como una frmula estndar y proveecorrecciones de la ecuacin para aplicaciones en otras situaciones. La frmula estndarpara el promedio de prdidas de enlace en reas urbanas esta dado por

Lso(urbana) (dB) = 69,55 + 26,16 log - 13,82 log h* - a (h)+ (44,9- 6,55 loghte)logd (2.13)donde es la frecuencia (en MHz) desde 150 MHz a 1500 MHz, hte es la alturaefectiva de la antena transmisora (estacin base) (en metros) en el rango desde 30 m a200 m, hre es la altura efectiva de la antena receptora (mvil) en el rango de 1 a 10 m, des la distancia de separacin entre transmisor y receptor (en km), y a(hrc) es la

correccin del factor para la altura efectiva de la antena del mvil que es una funcin deltamao del rea de cobertura. Para una pequea o mediana ciudad, el factor decorreccin del mvil esta dado por

= (1,1 log - 0,7)h - (1,56 log - 0,8) dB (2.14)y para una gran ciudad, esta dado por

= 8,29 (log l,54hre)2 - 1,1 dB para < 300 MHz (2.15)

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a(h) = 3,2 (log llJSlv)2 - 4,97 dB para > 300 MHz (2.16)Para obtener la prdida de enlace en una rea suburbana el estndar de la frmulade Hata es modificado como sigue:L50 (dB) = L5o(urbana) - 2[log(/28)]2 - 5,4 (2.17)y para las prdidas en reas rurales, la frmula es modificada como sigueL50 (dB) =L50 (urbana) - 4,78 (log )2 - 18,33 log - 40,98 (2.18)Aunque el modelo de Hata no tiene ninguna de las correcciones especficas detrayecto las cuales estn disponibles en el modelo de Okumura, las expresionesanteriormente mencionadas tienen un significativo valor prctico. Las predicciones delmodelo de Hata son comparadas muy estrechamente con el modelo original de Okumura,en tanto que d exceda 1 Km.. Este modelo est bien adecuado para sistemas mviles de

celdas grandes, pero no para sistemas de comunicacin personal (PCS, PersonalCommunication System), los cuales tiene celdas en el orden de 1 km de radio.2.6.3 Modelo Ericsson

El modelo que utiliza Ericsson para la prediccin de propagacin, es unaadaptacin de la frmula de Hata y est basado en la digitalizacin de mapas y los datosdel uso del suelo. Toda la informacin es ingresada a computadoras de alta velocidad,donde dicha informacin es procesada, obteniendo predicciones con una exactitud de O a5 dB; dependiendo del tipo de terreno.La forma que utiliza el modelo Ericsson para analizar el nivel seal en la zona deestudio, es dividiendo la superficie en cuadrados muy pequeos (de 250 m por lado),considerando a cada cuadrado como un punto. Esto hace que el anlisis sea bastanteexacto.En el algoritmo usado por Ericsson se pueden definir varios tipos, para losdiferentes uso del terreno. Estas definiciones variarn de un pas a otro. Para Ecuadorexisten nueve tipos del uso del terreno que son:a) Suburbanob) Urbanoc) rea abierta y secad) rea abierta hmeda y pantanosae) Bosquef) rea semi-abiertag) Plantaciones, matorrales y manglaresh) Aguai) Poblaciones pequeasUno de los inconvenientes es el no disponer de mapas actualizados, ya que el usodel suelo es variable e influye en la prediccin. Esto hace que los resultados en ciertoscasos se aproximen menos a la realidad. Otro de los problemas es el disponer slo decopias de los mapas, en los cuales no se puede distinguir los diferentes usos del suelo.Otra desventaja, aunque poco frecuente, son ciertos errores en los mapas (referentes a

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las alturas del terreno). Adems, en los mapas no se cuenta con cotas en las reaspobladas, para definir las distintas alturas, lo que ocasiona pequeos errores en laspredicciones para poblaciones con una topografa irregular.

El factor econmico tambin es un inconveniente ya que estas predicciones tienenun alto costo. Por tal razn, los estudios de campo y los clculos deben ser analizadoscuidadosamente.Ericsson tiene su central en Suecia, y es all donde los mapas deben ser enviadospara que sean procesados. Para esta tesis se cuenta con el apoyo de Ericsson Suecia, y sepresentarn predicciones de los sitios que presentan las mejores caractersticas.

2.7 Simulacin de cobertura con transmisor de pruebaUna vez hecha las predicciones de cobertura de los mejores sitios, se procede arealizar una simulacin con un equipo transmisor de prueba, que es de fcil manejo y

transporte. Adems se cuenta con un equipo de medicin que va en el vehculo y losdatos de estas mediciones son grabados automticamente en un computador que cuentacon un programa que procesa los datos para que luego puedan ser presentados bajo elformato de una hoja electrnica (ej. Excel).La instalacin de la antena del transmisor se coloca en el parte ms alta, y si setiene una construccin, se debe procurar colocar la antena encima para que la prueba seaproxime ms a la realidad, ya que el soporte cuenta con pocos metros de altura (7 m).Luego, se procede a instalar el equipo de medicin en el vehculo. Una vez hechoesto se recorren las rutas que sean necesarias, realizando mediciones, para poderobservar como se comporta la seal en el rea a cubrir.Normalmente se toman varias m uestras en el rea que se quiere cubrir, ubicandolos puntos de las muestras en los mapas del sector. En reas pobladas es recomendabletomar muestras en intervalos ms cortos, ya que la seal vara con las edificaciones.En carreteras de acceso a las poblaciones por lo general se toman muestras cadakilmetro, esto puede variar dependiendo de la topografa del terreno: en terrenos muy

irregulares se puede bajar las muestras a cada 500 m. En poblaciones, que la mayora deveces son el objetivo de la cobertura, se toman muestras cada 100 m. Es importantetener una idea muy clara de lo que pasa con la seal en estos sitios para poder tomar unadecisin adecuada.Luego de procesar las mediciones, se procede a ubicar, en los mapas, los nivelesmedidos en los puntos donde se tomaron las muestras. Luego se analiza el reaaproximada de cobertura para telfonos con potencia de 0,6 Wy de 3,0 W , considerandoque el nivel aceptable para un telfono de 0,6 W es de - 92 dBm y para uno de 3,0 W esde-102dBm.Se debe hacer un reajuste de los datos medidos, debido a que el transmisor no

tiene la mismas caractersticas (con respecto a potencia, prdidas en los cables y altura)que en la realidad. Para esto se debe analizar la potencia efectiva radiada (ERP, Efectiveradiated Power), que se la puede definir de la siguiente forma:34


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para el transmisorERP = Pout - LBF - Un + GAtx (2.19)para el caso real (estacin base)ERP = PASET - LBF - LC + GB (2.20)donde,Pont Potencia de salida del transmisorLBF = Prdidas en el cableLen ~ Prdidas en los conectoresGAIX = Ganancia de la antena del transmisorPASET = Potencia de salida del canal de transmisin (estacin base)LC = Prdidas en el combinador (se incluye las prdidas de los conectores)GB = Ganancia de la antena de la estacin baseEs recomendable analizar los datos que se obtienen del transmisor, sin lacorreccin, para determinar el caso ms crtico. Teniendo siempre en mente que en larealidad sern algunos dBm's ms.Una vez analizados los resultados de las predicciones de cobertura y las pruebascon el transmisor, se define un sitio. El siguiente paso ser definir los parmetros con loscuales va a trabajar la estacin base.

2.8 Niveles de seal utilizados en la celdaExiste un nmero de parmetros que determinan el comportamiento de laestacin base. Los ms importantes son los siguientes:a) SSD (Signal Strenght Decrease).- Este parmetro especifica el nivel umbralde la intensidad de seal de Radiofrecuencia (RF), requerido para inicializar eldecremento de la potencia de transmisin de la estacin mvil. El rango del parm etroSSD est entre -118 dBm y -55 dBm4"6). Este parmetro es utilizado para que el mviltrabaje con la potencia necesaria para la comunicacin y as no desgaste su batera msde lo debido cuando se encuentra cerca de la estacin base.b) SSI (Signal Strenght lacrease).- Este parmetro especifica el nivel umbral dela de la intensidad de seal de RF, bajo el cual se inicia un incremento de la potencia de

transmisin de la estacin mvil. El rango del parmetro SSI est entre -118 dBm y -55dBmc4'7. Este parmetro es utilizado para cuando el mvil se est alejando de la estacinbase y el nivel de seal comienza a disminuir.c) SSH (Signal Strengh t Han d-of).- Este parmetro especifica el nivel umbral

de la intensidad de seal, bajo el cual un requerimiento de hand-offes iniciado. El rangodel parmetro SSH est entre -118 dBm y -55 dBm(4'8J. Este parmetro intervienecuando se tienen celdas vecinas y un mvil se encuentra en movimiento en la direccinde una a otra celda.

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d) SSB (Signal Strenght Blocking).- Este parmetro especifica el nivel umbralde la intensidad de seal de RF, por encima del cual se ordena bloquear a un canal de vozlibre (encapsulndole). Cuando el receptor en el canal de voz detecta una seal portadora"no deseada" por encima del parmetro establecido de SSB, el canal de voz permanecerbloqueado. El rango del parmetro SSB est entre -118 dBm y -55 dBmC4'9). En otraspalabras este parmetro da la sensibilidad de los canales, es decir mientras disminuyeaproximndose a -118 dBm el canal es ms sensible a interferencias.

e) SSHY (Signal Streng ht H ysteresis).- Este parmetro especifica la diferenciade intensidad de seal en dB entre la celda vecina y la celda en uso, requerida paraescoger una celda vecina como candidata para realizar el hand-off. El rango delparmetro SSHY est entre + 63 a - 63C4>10).f) SNH (Signal to Noise Hand-of).- Este parmetro representa el nivel umbralde la relacin seal a ruido, bajo el cual se iniciar un requerimiento de hand-off . UnSAT (Supervisory Audio Tone) es incluido en la transmisin del canal de voz, el mismo

que es recibido y enviado por la estacin mvil.El canal de voz evala la relacin seal a ruido (S/N) del SAT retornado. Si larelacin est debajo del valor SNH asignado, un requerimiento de hand-off ser iniciado,aunque la medicin del nivel de seal sea mejor que SSH. El rango del parmetro SNH

estentreOy63dBC4 'nlg) SNR (Signal to Noise Relase).- Este parm etro especifica el nivel umbral dela relacin seal a ruido, bajo el cual una liberacin de llamado es iniciada. El sistemadar primero una oportunidad a la llamada en proceso, para continuar en otra celda pormedio de un requerimiento de hand-off. En caso que el hand-off no tenga xito lallamada es liberada. El rango del parmetro SNR est entre O y 63 dB f4 'l2 l Este es un

parmetro que da la sensibilidad con respecto al ruido: mientras el valor es ms grande,el canal es ms sensible.

h) STJH (Supress Hand-of).- Este pa rmetro representa el intervalo de tiempoen el cual ser suprimida la iniciacin de una nueva solicitud de hand-off. Las solicitudesde hand-off sern iniciadas con el intervalo especificado por SUH, mientras que laintensidad de seal de RF sea menor que SSH y/o S/N en el SAT sea menor que SNH. Elrango del parmetro SUH es de 1-20 segundos(4"13).

Todos los niveles de estos parmetros tienen valores recomendados, que fueronobtenidos como resultado de varias mediciones. A continuacin se presenta una tabla delos valores recomendados.

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Tabla 2.1 Niveles recomendados para los distintos parmetros.Parmetro

SSDSSISSHSSBSSHYSNHSNRSUH

Nivel de seal-70 a -85-80 a -95-85 a -95-115a-105

3 a 525 a 3510 a 1512 a 17

UnidaddBmdBmdBmdBmdBdBdBseg

Estos valores son muy variables y dependern de varios factores, como porejemplo: instalacin de una o varias estaciones bases, distancia entre las estaciones bases,reuso o no de frecuencias, tipo de rea a cubrir (urbana, suburbana o rural), etc..Luego de su instalacin se debern realizar mediciones de campo para observar eldesempeo de la estacin base y -si es necesario- se debern realizar cambios en susparmetros, que variarn dentro de los valores anotados.

2.9 Plan de frecuencias utilizado en la celda

Una vez definidos la capacidad y los niveles de seal, es necesario definir lasfrecuencias a las cuales van a trabajar los canales de voz y los canales de control.Primero se revisar como estn distribuidos las frecuencias.

Los canales dplex que cuentan con dos frecuencias, una para transmisin y otrapara recepcin, estn enumerados del 1 al 799 y del 991 al 1023, y se encuentrandivididos en dos bandas A y B. La banda A consta de tres grupos que son: del 1 al 333,del 667 al 716 y del 991 al 1023 y la banda B consta de dos grupos que son: del 334 al666 y del 717 al 799. Cada banda cuenta con 416 canales.

Para sistemas AMPS, como se indic anteriormente, el patrn celular msutilizado es el conocido como patrn 7/21, y es la base que se viene utilizando en el pas,lo que indica tambin que los 416 canales, de cada una de las bandas, se dividen en 21grupos, obteniendo as 17 grupos de 20 canales y 4 grupos de 19 canales. Cada gruposer asignado con una letra y un nmero empezando en Al y terminando en G3.

fLa manera ms apropiada para distribuir los canales es como siguek -3 T \

Canal 1 para Al, canal 2 para Bls canal 3 para Cl, canal 4 para DI, ..... y canal21 para G3 de igual forma el canal 22 para Al, canal 23 para Bl, etc. Se puede ver quelos nmeros usados en cada grupo irn separados por 21 canales. En las tablas 2.2 y 2.3se puede observar la distribucin de los canales para la bandas A y B respectivamente.La distribucin de los grupos en las celdas ser de la siguiente manera: (Fig. 2.8)

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Figura 2.8 Distribucin de los grupos de frecuencia.

Tabla 2.2 Distribucin de canales para la bandaA(4"14)A1313

122436485106127148169190211232253274295

670691712

1007

B1314

223446586107128149170191212233254275296

671692713

1008

C1315

324456687108129150171192213234255276297

672693714

1009

D1316

425466788109130151172193214235256277298

673694715

1010

E1317

526476889110131152173194215236257278299

674695716

1011

F1318

627486990111132153174195216237258279300

675696

9911012

G1319

728497091112133154175196217238259280301

676697

9921013

A2320

829507192113134155176197218239260281302

677698

9931014

B2321

930517293114135156177198219240261282303

678699

9941015

C2322

1031527394115136157178199220241262283304

679700

9951016

D2323

1132537495116137158179200221242263284305

680701

9961017

E2324

1233547596117138'159180201222243264285306

681702

9971018

F2325

1334557697118139160181202223244265286307

682703

9981019

G2326

1435567798119140161182203224245266287308

683704

9991020

A3327

1536577899120141162183204225246267288309

684705

10001021

B3328

16375879100121142163184205226247268289310

685706

10011022

C3329

17385980101122143164185206227248269290311

686707

10021023

D3330

18396081102123144165186207228249270291312

687708

1003

E3331

19406182103124145166187208229250271292

667688709

1004

F3332

20416283104125146167188209230251272293

668689710

1005

G3333

21426384105126147168189210231252273294

669690711

1006

38


44/142

Tabla 2.3 Distribucin de canales para la banda BC4'14)A1334

355376397418439460481502523544565586607628649

720741762783

B1335

356377398419440461482503524545566587608629650

721742763784

C1336

357378399420441462483504525546567588609630651

722743764785

D1337

358379400421442463484505526547568589610631652

723744765786

E1338

359380401422443464485506527548569590611632653

724745766787

F1339

360381402423444465486507528549570591612633654

725746767788

G1340

361382403424445466487508529550571592613634655

726747768789

A2341

362383404425446467488509530551572593614635656

727748769790

B2342

363384405426447468489510531552573594615636657

728749770791

C2343

364385406427448469490511532553574595616637658

729750771792

D2344

365386407428449470491512533554575596617638659

730751772793

E2345

366387408429450471492513534555576597618639660

731752773794

F2346

367388409430451472493514535556577598619640661

732753774795

G2347

368389410431452473494515536557578599620641662

733754775796

A3348

369390411432453474495516537558579600621642663

734755776797

B3349

370391412433454475496517538559580601622643664

735756777798

C3350

371392413434455476497518539560581602623644665

736757778799

D3351

372393414435456477498519540561582603624645666

737758779

E3352

373394415436457478499520541562583604625646

717738759780

F3353

374395416437458479500521542563584605626647

718739760781

G3354

375396417438459480501522543564585606627648

719740761782

Una vez terminados los grupos, se deber utilizar la distancia de reuso paraasignar frecuencias repetidas a las siguientes celdas. Para esto se deben usar diferentesSAT's, en los canales de voz, y diferente cdigo de color digital (DCC) en los canales decontro l (en las celdas que tengan reuso de frecuencia).

Se debe indicar que esta distribucin funciona cuando se tiene en cada celda unmximo de 20 canales. Pero en ciertos casos es necesario instalar ms de 20 canales enuna celda, debido al aumento de trfico, por lo que se deben tomar algunasconsideraciones:- Si se utiliza una misma antena de transmisin la separacin mnima, entrecanales debe ser mnimo de 270 kHz, es decir, 9 grupos.- Si se utilizan antenas distintas en transmisin, la separacin mnima debe ser de60 kHz, es decir, saltando un grupo .- En celdas vecinas no pueden ir canales adyacentes, debe existir una separacinmnima de 60 kHz, es decir, saltando un grupo.La planificacin de frecuencias se debe realizar cuidadosamente, ya que estoinfluye mucho en la calidad del servicio y la satisfaccin del cliente.

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3. ESTUDIO DE LA RED DE ACCESO3.1 Introduccin

En este captulo se revisa en forma muy general las distintas formas de acceso yse analiza brevemente los enlaces de microondas. Estudios a fondo sobre enlaces demicroondas ya han sido realizados en otras tesis. Por tal razn se analiza los criteriosprcticos para dichos enlaces y los clculos necesarios.3.2 Formas deacceso

Una vez ubicado el sitio para la estacin base es necesario hacer el estudio de lared de acceso., la misma que servir para enlazar la estacin base con el centro deconmutacinMSC (Fig. 3.1).

Figura 3.1. Ubicacin de la red de acceso en un sistema celular.Existen varias formas de acceso, que pueden ser utilizadas, como son:- Cable coaxial- Fibra ptica- Cable multipar- MicroondasSus caractersticas principales se puede analizar en la tabla 3.1

Tabla 3.1 Caractersticas principales de las diferentes formas de acceso.CaractersticasCapacidadDistanciasDist. entre repet.InterferenciasInstalacinCosto

Cable coaxialmedia y bajacortas3 kmbajasdificultosamediano

Fibra pticaalta, media y bajalargas40 kmmnimasdificultosaalto

Cable multiparbajacortas2kmmedianasdificultosabajo

Microondasalta, media y bajalargas100km(2-8GHz)medianasfcilmediano

En nuestro pas, debido a su realidad topogrfica, los sistemas de microondas sonlos ms utilizados.

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3.3 Anlisis de los enlaces de microondasUn anlisis de los enlaces de microondas, se hace necesario a fin de obtener

caractersticas que proporcionen el mejor desempeo del sistema.En la actualidad se dispone de un nmero de programas para calcular el

desempeo de los enlaces con rapidez y confiabilidad. A continuacin se analizan losprincipales factores que intervienen en un estudio de enlace de microondas.3.3.1 Revisin de mapas para ubicacin de posibles sitiosIgualmente como para la ubicacin de una estacin base, lo primero que se debe

realizar, para la ubicacin de una estacin repetidora de microondas, es revisar losmapas, y escoger los posibles sitios. Mientras ms se analicen los mapas, se disminuir eltrabajo en el campo. Para escoger los sitios se deben considerar los siguientes criterios:

- Ubicar sitios altos, sin considerar nevados ya que estos sitios son de difcilacceso.

- Disponer de camino de acceso, puesto que en un lugar alto y sin camino deacceso resultara muy costoso la instalacin de una repetidora.

- Averiguar si existen repetidoras de otros sistemas de comunicacin en los sitios,esto dar la posibilidad de que exista energa elctrica y camino de acceso.

- Hacer una observacin general, en los mapas, de como ira toda la red, desde laestacin base hasta la central.- Calcular los ngulos que se tienen de un sitio a otro, esto servir para cuando se

visite los sitios, ubicarlos rpidamente con los ngulos definidos, y si existe o no lnea devista de uno a otro sitio.

Todas estas observaciones sern realizadas en las cartas topogrficas. Suscaractersticas se detallan en el numeral 2.3.

Una vez ubicados los sitios, ser necesario realizar una visita para observar suscaractersticas reales y escoger el mejor. Para estas observaciones es necesario llevarbinoculares, brjula, altmetro, GPS y los mapas del sector. As mismo, se recomiendautilizar un vehculo 4x4.

3.3.2 Bandas de frecuencias utilizadasPara sistemas celulares (enlaces de microondas) las bandas de frecuencias

adecuadas estn en el rango de 2 a 23 GH zC2>1\l la tabla 3.2 se indican las bandas y susaplicaciones.

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Tabla 3.2 Frecuencias de Microondas para celularFrecuencia GHz

271011151823

Utilizacinaltaaltabajabajabajamediamedia

Capacidadbaja y mediamedia y alta

bajamediabajabajabaja

Distanciaslarsaslargasmediasmediascortascortascortas

Redescelular, PSTN, privadascelular, PSTN, privadasPSTN, telefona fijaPSTN, telefona fijacelular, privadasprivadasprivadas

Es necesario definir las frecuencias de los enlaces, antes de analizar los perfiles.En el pas los sistemas celulares., para los enlaces de microondas, utilizan las

bandas de 2 y 7 GHz para los enlaces largos y para los enlaces cortos y dentro de ciudadutilizan la banda de los 15 GHz.

Debido que la tendencia en el mundo es hacia los Sistemas de ComunicacionesPersonales (PCS, Personal Communication System) que trabajan en una banda de 1,85 a1,99 GHz, muy prxima a 2 GHz, es recomendable no utilizar esta banda para losenlaces de microondas para no tener que hacer cambios en el rturo.

3.3.3 Anlisis de perfilesSe entiende por perfil a un corte vertical del terreno que se realiza, grficamente a

lo largo del enlace, desde un sitio a otro. Figura 3.2. Los perfiles son una de lasprincipales herramientas para la planificacin de enlaces de radio.

Figura 3.2. Explicacin del perfil de un terreno.El perfil es dibujado a escala, con respecto a distancia y altitud, (sin embargo,

diferentes escalas son usadas para altitud y para distancia)Cltu). Los datos, para dibujar elperfil, son obtenidos de las cartas topogrficas. Es recomendable utilizar las cartas deescala 1:50000, debido a que tienen mejor detalle de alturas.

Para la construccin del perfil se debe calcular la curvatura del radio aparente dela tierra, para los diferentes puntos referenciales, a lo largo del enlace; usando lasiguiente frmula:

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A/z = (10.3) (3.1)12.74*kA/2 = Curvatura de la tierra en un punto a lo largo del enlace, en m.d\ distancia desde un" sitio al punto en cuestin, en km.di = distancia desde el punto opuesto al punto en cuestin, en km.k = factor de radio efectivo de la tierra.Los perfiles pueden ser dibujados de dos maneras:- Considerando el haz una lnea recta y haciendo correcciones a la curvatura de la

tierra por medio de , Fig. 3.3a.- Considerando a la tierra plana y haciendo correcciones al haz por medio de k,

Fig. 3.3b.

k=i

Figura 3.3a. Haz directo,correcciones en latierra.tlo '4)

Figura 3.3b. Tierra plana,correcciones en el haz.I O '4)

Lo principal que se debe analizar en un enlace de microondas es el despejamientode la primera zona de Fresnel, cuyo radio viene dado por la siguiente frmula:

(2.2) (3.2)donde:

- radio de la primera zona de Fresnel, en m.d distancia de la estacin base A, en km.d = distancia de la estacin base B, en km.d = distancia de todo el enlace (di + d), en km.F = frecuencia, en GHz.

El criterio prctico con el que se deben analizar los perfiles, para enlaces afrecuencias mayores de 2 GHz, es el siguiente: para el valor de k = 2/3 debe estardespejado por los menos el 80 % de la primera zona de Fresnel, y para k = 4/3 debe estarcompletamente despejado^'15.

Si los perfiles cumplen con el criterio anterior, se define los sitios. Caso contrariose busca nuevos sitios y se procede analizar los perfiles.

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3.3.4 Anlisis del enlaceDespus de definir los sitios, es necesario analizar los enlaces. Para ello se

realizarn algunos clculos que se detallan ms adelante.A continuacinse presentan los parmetros qu e intervienen en los clculos:

PARMETRO DESCRIPCIN UNIDADPTX Potencia de transmisin (dBm)PRX Potencia de recepcin (dBm)Gajx Ganancia de la antena de transmisin (dB)GaRX Ganancia de la antena de recepcin (dB)Lfs Prdidas por espacio libre (dB)Lb Prdidas del branching (dB)Lfx Prdidas en gua de onda de la estacin A (dB)Lfs Prdidas en gua de onda de la estacin B (dB)PTH Potencia umbral de recepcin (dBm)Arain Atenuacin por lluvia (dB)FM Margen de desvanecimiento (dB)Por . Probabilidad relativa que la atenuacin sea mayor al FMPMI Probabilidad de corte en el peor mesP'R Probabilidad de indisponibilidad por lluvia al aoPR Probabilidad de indisponibilidad por lluvia en el peor mes

La frmula para analizar el enlace se puede escribir de la siguiente forma:iPR*= PTX - 2Lb - Lf A - LfB - Lfs -i- GaTx + GaRx (3.3)

LA y LB dependen de la longitud de la gua de onda, GaTx y Gaax dependen deldimetro de las antenas y de la frecuencia, Lb es un dato proporcionado por el fabricantedel equipo. Para las prdidas por espacio libre (Lfs) se utiliza la siguiente frmula:

Lfs = 92,4 + 20 log d +-20 log F (ICU) . (3.4)donde:d = longitud del enlace (km)F = frecuencia utilizada en el enlace (GHz)La figura 3.4 aclara lo explicado.

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7/23/2019 Diseo de red c

Diseño de red celular

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