DISEÑO PRELIMINAR DE UNA RED DE ACCESO CON TECNOLOGIA WIMAX MOVIL EN LA CIUDAD DE AREQUIPA:

Indicadores para la selección de la ciudad a brindar cobertura:

Dado que Arequipa es predominantemente urbana, la industria, el comercio y la construcción que se desarrollan en la capital del departamento tienen un rol central en el devenir de la localidad. Sin embargo, la presencia de valles fértiles y zonas alto-andinas permite que la actividad agropecuaria tenga gran importancia para el desarrollo de la ciudad: Un eje central de las demandas arequipeñas es la construcción de irrigaciones para mejorar su productividad.

Como indicadores económicos tenemos : Que la contribución de la ciudad de Arequipa en el PBI de la región Arequipa es del 74,2 % de su PBI según estudios de la Universidad Nacional de San Agustín, asimismo el PBI de la región Arequipa es el más alto después de Lima. Además en el periodo 2003-2008 fue la «Ciudad con mayor crecimiento económico en Latinoamérica» según el reporte del año 2009 de «América Economía» presentando una variación porcentual del PBI per capita del 66,1 %. Asimismo en el periodo 2007-2008 fue la ciudad con mayor variación porcentual del PBI en Latinoamérica con una variación de 9,59 %.

Arequipa tiene una estructura productiva fuertemente sesgada al sector del comercio y servicios, el sector primario de agricultura y minería representan el 29,6 % del PBI, el sector secundario de industria y manufactura el 20,7 % de este y el sector terciario de comercio y servicios el 49,7 %, ello se fortaleció en los últimos años por falta de inversiones productivas.

El departamento de Arequipa, tiene una superficie de 63 345,39 km2 que incluye 1,46km2 de superficie insular oceánica. Esta superficie representa el 4,9% del territorio nacional, ocupando el sexto lugar en extensión a nivel nacional. Arequipa, presenta un variado aspecto físico por la irregular topografía determinada por la cordillera occidental y los ramales que de ellas se desprenden, así como por majestuosos nevados o volcanes que se elevan aisladamente.

A continuación presentamos una tabla que bosqueja el crecimiento de Líneas de abonado de servicio telefónico fijo en la ciudad de Arequipa de 2002-Setiembre 2012.

Ciudad/Año 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010** 2011**Septiembre

2012***

AREQUIPA 104,062 111,968 116,926 125,784 132,878 145,929 157,785 166,309 171,054 175,861 179,583

Tabla N° 1: Crecimiento Líneas de abonado en el Departamento de Arequipa

Fuente: Página de Osiptel sobre líneas de servicio de telefonía fija de la Empresa Telefónica del Perú S.A.A.

Se puede notar que las líneas de abonado del servicio telefónico de la empresa Telefónica del Perú va creciendo gradualmente , esto es debido a que la ciudad se encuentra en continuo crecimiento por lo tanto sus niveles de comunicación se van haciendo cada vez más necesarios en todos los niveles.

En el análisis sobre la cobertura a tomar en cuenta también se considera la cantidad de población a la cual se le brindará el servicio, a continuación se muestra la cantidad de habitantes por provincia.

Departamento de Arequipa población total 1’245 200 habitantesProvincia Porcentaje respecto al departamento Población(habitantes) Arequipa 75.2 936 400Caylloma 7 86 600Camaná 4.6 57 200

Islay 4.3 53 000Caravelí 3.2 39 300Castilla 3.1 39 000

Condesuyos 1.5 18 500La Unión 1.2 15 200

Tabla N° 2: Cantidad de población en el departamento de Arequipa y provincias

Fuente: Página de Compañía Peruana de Estudios de Mercados y Opinión Pública S.A.C (CPI)

Figura N° 1: Mapa Provincial del departamento de Arequipa

Análisis de la cobertura de los servicios en Arequipa metropolitana

Como se muestra de la Tabla N° 2, se nota que la cantidad de población en la provincia de Arequipa es el 75.2 % del departamento de Arequipa, por lo tanto se colige que la cobertura, en principio, será otorgada a ésta provincia en su totalidad.

Una de las principales ventajas de la red de acceso WIMAX es la facilidad de despliegue debido a su naturaleza inalámbrica. Por tal motivo, no necesita de una infraestructura fija en comparación con el servicio ADSL que si lo requiere. Esto quiere decir que aún existen muchos lugares en el Perú donde las empresas de Telecomunicaciones aún no han tendido cobre y por lo tanto no puede brindar los diferentes servicios de banda ancha.

Por tal motivo, la solución que propone el despliegue de una infraestructura inalámbrica, como la que propone la red de acceso WIMAX, es la mejor alternativa para países en vías de desarrollo como el nuestro. La red de acceso WIMAX, además de poder acortar la brecha real que existe en nuestro país, podrá ofrecer una mayor velocidad de transmisión, tanto en la subida como en la bajada, comparándola con las velocidades que nos ofrecen los servicios actuales que en la mayoria de los casos no llega ni a 1Mbps por cliente. Otra de las principales ventajas de la red de acceso WIMAX son los bajos costos de instalación y por ende de los servicios que se ofrecerán con dicha red ya que la inversión necesaria para el despliegue de esta red inalámbrica es menor a la que se tendría que realizar con el despliegue de una infraestructura fija. Basta con entrar a cualquiera de los foros de Telecomunicaciones que existen en nuestro país para darse cuenta de la insatisfacción de los clientes de banda ancha debido a los elevados costos de los servicios y a que estos no son proporcionales al ancho de banda que les ofrecen.

En tal sentido, WIMAX resultaría una interesante alternativa no solo porque brinda altas tasas de transmisión, calidad de servicio, escalabilidad, seguridad y movilidad, sino porque además nos impulsa a la convergencia de las Telecomunicaciones debido a que es, precisamente, una tecnología basada en IP.

Figura N° 2: Ancho de banda requeridos según aplicación

Como se puede observar en el grafico anterior, los servicios de Telecomunicaciones se vuelven cada vez más exigentes y esto se refleja en el aumento del ancho de banda que requieren. Un mayor ancho de banda para los clientes implica una mayor inversión en las redes.

Determinación de los servicios a ofrecer:

Los principales servicios a ofrecer son telefonía e internet. Sin embargo, a través del acceso a Internet se pueden utilizar servicios adicionales como IPTV, Skype, entre otros, por lo que la calidad de dichos servicios va a depender de la tasa de transmisión que el cliente contrate y de la disponibilidad de los servidores de dichos servicios.

Determinación del número de BTS’s en base a la necesidad de conexión de usuarios:

La red será dimensionada para soportar a los usuarios en la hora pico; por tal motivo, primero es necesario realizar una estimación del mercado inicial para después determinar cuántos de estos usuarios estarán conectados al mismo tiempo en la hora cargada. Tomando como referencia a las experiencias de las empresas de Telecomunicaciones en nuestro país, fijaremos un mercado inicial de 10% y un mercado final de 20% respecto al mercado meta fijado para la banda ancha en Arequipa metropolitana , en referencia a Arequipa Metropolitana nos avocaremos al cálculo de las estaciones base de la ciudad de Arequipa.

Provincia Mercado Meta Mercado Inicial Mercado FinalArequipa 936400 93640 187280

Tabla N° 3: Mercado Meta, Inicial (10%) y Final (20%)

Para la determinación del número de BTS’s a utilizar es necesario saber el throughput de la red, por lo tanto debemos crear planes de acuerdo al requerimiento común del usuario, los cuales citamos a continuación.

PLAN BASICO:El plan básico consta de 300 minutos libres además de acceso a internet a un respectivo costo, como lo muestra la tabla siguiente:

Paquete Líneas Telefónicas Minutos libres

Acceso a internet

Tarifa Mensual

Básico 1 1 100 128 Kbps 20 dólaresBásico 2 1 100 512 Kbps 40 dólaresBásico 3 1 100 1 000 Kbps 50 dólares

Tabla N° 4: Plan Básico y sus parámetros de servicio

PLAN EMPRESARIAL:El plan empresarial consta de paquetes que dependiendo del requerimiento del usuario varía en número de líneas telefónicas y capacidad de acceso a internet.

Paquete Líneas Telefónicas

Minutos libres

Acceso a internet

Tarifa Mensual

Empresarial 1 1 200 1 Mbps 60 dólaresEmpresarial 2 2 300 2 Mbps 80 dólaresEmpresarial 3 4 400 4 Mbps 90 dólares

Tabla N° 5: Plan Empresarial y sus parámetros de servicio

Si realizamos el diseño de la red asumiendo que todos estos usuarios se conectarán al mismo tiempo en la hora pico, estaríamos cometiendo un error debido a que en la realidad solo un porcentaje de estos lo hace. Por tal motivo, es preciso determinar un porcentaje óptimo de tal forma que en momentos de saturación la red puede soportar a todos los usuarios calculados sin desperdiciar tantos recursos. Según los expertos, una concentración recomendable de usuarios en la hora cargada es de 30% (para datos), con lo cual obtenemos:

Provincia

Cliente por paquete básico en la hora pico

Cliente por paquete empresarial en la hora pico

Throughput Total (Kbps)

Basico 1 Basico 2 Basico 3Empresa

rial 1Empresari

al 2Empresar

ial 3 45766.26Arequipa 2510 4832 5070 5589 4026 6065

Tabla N° 6: Cantidad de clientes por paquete en hora pico

Ojo: Los valores determinados en la Tabla N°6 son referenciales.

Para la evaluación hacemos uso del Overbooking , que se puede definir como la reventa o cuanto se asegura , se entiende como en cuantos clientes dividiremos el ancho de banda dedicado/efectivo , recurriendo a los parámetros teóricos para una comunicación aceptable obtenemos un overbooking de 8:1 asegurando a nuestros cliente el 12.5% del ancho de banda que les rentamos, ya que si estamos considerando una penetración de usuarios del 30% en la hora cargada, no podemos darnos el lujo de sobredimensionar nuestra red.El Throughput máximo que ofrece una estación base (BTS) una vez aplicado el overbooking de 8:1 es el que se muestra en la siguiente tabla para dos tipos de canalizaciones. Este Throughput es el que realmente será repartido entre los usuarios conectados en la hora de mayor congestión de la red. El throughput, que es la capacidad de transferencia real que fluye por un sistema, podemos tomar un 10% como aceptable (estandar) y un 15% para usuarios premium.En el cálculo a realizar lo haremos de acuerdo al estándar con un trhoughput de 10%.

El Throughput máximo (ABw) que ofrece una estación base (BTS) una vez aplicado el overbooking de 8:1 es el que se muestra en el siguiente cálculo. Este Througput es el que realmente será repartido entre los usuarios conectados en la hora de mayor congestión de la red.

ABw = {throughput / overbooking} x USUARIOS

ABw= (128/10)/8*2510 + (512/10)/8*4832 + (1000/10)/8*5070+ (1000/10)/8*5589 + (2000/10)/8*4026 + (4000/10)/8*6065

ABw=572078.3Kbps

De acuerdo a lo establecido en el plan nacional de atribución de frecuencias, la banda comprendida entre 3 400 y 3 600 MHz esta atribuida a titulo primario para la prestación de servicios públicos de telecomunicaciones utilizando sistemas de acceso fijo inalámbrico. Para una concesión de espectro de 50MHz (Banda A: 3400 – 3425MHz y E: 3500 – 3525MHz), se podrían manejar canales de 5 o 10MHz sin tener inconvenientes en el planeamiento de RF. Sin embargo, al tratarse de los inicios de la red no se requiere de tanta capacidad en las estaciones base por lo que una canalización de 5MHz será suficiente.

Dividiendo el Throughput total necesario por fase entre el Throughput máximo que ofrece una BTS utilizando un ancho de banda del canal de 5MHz, obtenemos el número de estaciones base necesarias.

Provincia Throughput Total(Kbps) Throughput Máximo(Kbps) Numero de BTSArequipa 45766.26 572078.3 12.50

El criterio utilizado para determinar el número de BTS’s se basó en la necesidad de cubrir la capacidad estimada de los usuarios en la hora de mayor carga, según éste criterio el número de estaciones es 13 estaciones radioeléctricas. Sin embargo, el numero de BTS’s necesarias para lograr la cobertura deseada de nuestra red de acceso podría ser distinto al determinado aplicando este criterio de capacidad, por lo que la conclusión final del número de estaciones base a utilizar se dará una vez concluido los cálculos de propagación respectivos.

CALCULOS DE PROPAGACION:

Canalización: Se utilizara la técnica de duplexaje TDD, la cual utiliza el mismo canal para el tráfico de subida (Uplink) y para el tráfico de bajada (Downlink) intercalándolos en el tiempo.

Como se explicó anteriormente, se utilizarán canales de tamaño de 5MHz. Por lo tanto, en cada banda de las bandas asignadas (A y E) se tienen hasta 5 canales disponibles para el planeamiento de RF. Si bien las capacidades de las estaciones bases se pueden incrementar fácilmente cambiando el ancho de banda del canal o agregando más radios, en los primeros años de funcionamiento de la red no es conveniente hacerlo. La optimización de la red se hará conforme incremente el número de usuarios.

Como se mencionó anteriormente si se obtiene una concesión de 50Mhz de ancho de banda se tendría con un ancho de canal de 5Mhz pues 10 tipos de frecuencias; además se considera que como es habitual en las empresas de telecomunicaciones en el Perú, se utiliza 3 sectores para una mejor optimización de la red.

Se tiene las siguientes especificaciones a partir de las cuales se realizará el cálculo correspondiente.

Parametros especificado de equipos AlvarionGanancia TX (db) 35Sensibilidad RX (dbm) -80Canal (Mhz) 5Ptx(dbm) 30Perdida por cable LMR 400 (db/metro) 0.217Ganancia RX (db) 3B E R 1.00E-05Perdida por edificaciones (db) 10Distancia de referencia (km.) 0.1Exponente de pérdida 3Frecuencia (Ghz) 3.5

La sensibilidad presentada en la tabla es utilizando la modulación QAM64, además para el cálculo se utilizará una cantidad de 20 metros de cable. El terreno para Arequipa es de tipo “b” para el cálculo. A continuación se muestra el cálculo realizado con las especificaciones que se tiene de equipos Alvarion para telefonía móvil brindando servicios de telefonía e internet.

Parámetros calculados de tabla de especificacionesIRL(dbm) -83PIRE (dbm) 53.49MAPL (dbm) 136.49Dr (distancia referencia en metros) 100S (factor de sombra) 9Hb 30Hm 2.5A 4B 0.007C 17.1ƛ (factor de atenuación) 4.78Xf (factor de corrección de frecuencia) 1.50Xb (factor de corrección para altura del CPE) -1.05a (atenuacion por espacio libre considerando Dr) -db 83.30Distancia entre EB-CPE (metros) 822.36

De la tabla se colige que la distancia máxima entre la estación base y el equipos del usuario debe ser de 822.36 metros para que se realice una comunicación de manera óptima.

Parámetros calculados de tabla de especificacionesIRL(dbm) -83PIRE (dbm) 60.66MAPL (dbm) 143.66Dr (distancia referencia en metros) 100S (factor de sombra) 9Hb 20Hm 2.5A 4B 0.007C 17.1ƛ (factor de atenuación) 4.78Xf (factor de corrección de frecuencia) 1.50Xb (factor de corrección para altura del CPE) -1.05a (atenuacion por espacio libre considerando Dr) 83.30Distancia entre EB-CPE(km) 1.20

Por lo tanto:

Provincia Superficie(km2)Area de cobertura

(km2)Numero de

BTS'sArequipa 3000 1.2 600

Lo cual difiere totalmente en el cálculo realizado por la capacidad.