INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD PROFECIONAL “ADOLFO LÓPEZ MATEOS” ZACATENCO

“DISEÑO DE UNA RADIO BASE CON COBERTURA 3G PARA BRINDAR SERVICIO DE VOZ Y DATOS AL POBLADO DE EL SALTO, EN

EL ESTADO DE VERACRUZ”

SEMINARIO

PARA OBTENER EL TÍTULO DE:

INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA

PRESENTAN:

MICHELLE KASSANDRA FRANCISCO JUAREZOSCAR ENRIQUE CEDOMIO JARAMILLO

PATRICIA GARCIA ALMARAS

ASESOR

ING. EDGAR ROMO MONTIEL

CIUDAD DE MÉXICO. JUNIO 2019

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Índice

Objetivo General. .............................................................................................................6

Objetivos Específicos.......................................................................................................6

Justificación. ....................................................................................................................6

Introducción .....................................................................................................................7

CAPÍTULO 1 CONCEPTOS DE TELEFONÍA MÓVIL .............................................................8

1.1 Antecedentes de la telefonía celular. ...................................................................... 9

1.1.1 Historia de los sistemas móviles. ............................................................................9

1.1.1.1 Reutilización de las frecuencias. ........................................................................10

1.1.1.2 Handoff ..............................................................................................................10

1.1.2 Conceptos básicos de las comunicaciones. ..........................................................10

1.1.2.1 Ondas electromagnéticas...................................................................................11

1.1.2.2 Modulación ........................................................................................................12

1.1.2.3 Microondas ........................................................................................................13

1.1.3 Descripción de la telefonía Móvil. ..........................................................................14

1.1.3.1 Primera generación. ...........................................................................................14

1.1.3.2 Segunda generación. .........................................................................................14

1.1.3.3 Generación 2.5. .................................................................................................15

1.1.3.4 Tercera Generación. ..........................................................................................15

1.1.3.5 Cuarta Generación. ............................................................................................15

1.1.3.6 LTE ....................................................................................................................15

1.1.3.7Quinta Generación. .............................................................................................16

1.2Tercera Generación (3G) ..........................................................................................16

1.2.1 Tercera Generación ..............................................................................................16

1.2.1.1 El sistema UMTS ...............................................................................................16

1.2.2 Bandas de frecuencia ...........................................................................................17

1.2.2.1 Telcel .................................................................................................................17

1.2.2.2 AT&T .................................................................................................................17

1.2.2.3 Movistar .............................................................................................................17

1.2.3 Velocidad de transferencia ....................................................................................18

1.2.4 Características ......................................................................................................19

1.3 Radio bases .............................................................................................................19

1.3.1 Concepto ..............................................................................................................20

1.3.2 Parámetros de la Radio Base ...............................................................................22 1.3.3 Estudio técnico de la zona geográfica de El Salto, Veracruz. ................................22

1.3.3.1 Población. ..........................................................................................................22

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1.3.4 Simuladores para diseño de radio base ................................................................23

CAPÍTULO 2 ANÁLISIS GEOGRÁFICO DE LA ZONA .........................................................23

2.1 Ubicación de la radio base .......................................................................................24

2.2 Sectorización de la radio base .................................................................................26

2.3 Tipo de celda ...........................................................................................................26

2.4 Alimentación eléctrica ..............................................................................................27

2.5 Radio base punto B .................................................................................................27

2.6 Revisión de zona geográfica (Relieves) ...................................................................28

2.7 Modelos de propagación. .........................................................................................29

CAPÍTULO 3 PROPUESTA DE DISEÑO Y CÁLCULO DEL ENLACE ..................................30

3.1Ubicación de la radio base ........................................................................................30

3.2 Tipo de celda ...........................................................................................................30

3.3 Alimentación de radio base ......................................................................................31

3.4 Antena para 3G .......................................................................................................31

3.5 Zona geográfica .......................................................................................................31

3.6 Modelo de propagación............................................................................................32

3.7 Cálculos para el diseño de la radio base con tecnología 3G. ...................................32

3.7.1 Enlace de subida para voz ....................................................................................32

3.7.2 Enlace de subida para datos .................................................................................35

3.7.3 Enlace de bajada ..................................................................................................38

Conclusiones .................................................................................................................42

Anexos ..........................................................................................................................43

Apéndices ......................................................................................................................48

Bibliografía .....................................................................................................................51

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Índice de Ilustraciones Figura 1.1 Representación de una onda electromagnética [F1.1]. ........................................12 Figura 1.2 Comparación de modulaciones analógicas [F1.2]. ...............................................12 Figura 1.3 Comparación entre modulaciones digitales [F1.3]. ..............................................13 Figura 1.4 Sistema de radio bases [F 1.4] .............................................................................20 Figura 1.5 Comparación entre modulaciones digitales. [F 1.5] .............................................21 Figura 2.1 Mapa de cobertura 3G de Telcel y ubicación del poblado. [F 2.1] ........................25 Figura 2.2 Mapa de cobertura 3G de Movistar y ubicación del poblado. [F 2.2] ....................25 Figura 2.3 Mapa de cobertura 3G de AT&T. [F 2.3] .............................................................26 Figura 2.4 Mapa donde se muestra la zona a cubrir en El Salto, Veracruz. [F 2.4] .............27 Figura 2.4 Vista de cable de electricidad del poblado El Salto, Veracruz. [F 2.5] .................27 Figura 2.6 Mapa de cobertura en Túxpam De Rodríguez. [F 2.6] ........................................28 Figura 2.7 Imagen satelital de El salto, Veracruz. [F 2.7] ......................................................28 Figura 3.1 Ubicación del punto donde se colocará la radio base. [F 3.1]...............................30 Figura 3.2 Características de la antena. [F 3.2] .....................................................................31 Figura 3.3 Perfil orográfico de la distancia de los 5Km hacia el norte. [F 3.3] .......................32 Figura 3.4 Perfil orográfico de la distancia de los 5Km hacia el sur. [F 3.4] ...........................32

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Objetivo General. Diseñar una radio base que brinde cobertura de voz y datos basados en la tecnología 3G al poblado El Salto, Veracruz, ya que actualmente es una zona con nula cobertura de red celular y tiene un crecimiento turístico prometedor.

Objetivos Específicos.

● Documentación de los antecedentes de telefonía móvil (1ª, 2 ª y 3 ª Generación). ● Verificar que la red 3G será la más adecuada para cubrir las necesidades de voz y

datos en esa zona geográfica. ● Diseñar la propuesta de una radio base para dar cobertura de voz y datos con

tecnología 3G al poblado El Salto Veracruz.

Justificación. Se sabe que la comunicación hoy en día es una base principal para el desarrollo de las comunidades; y dependiendo de las necesidades se han hecho mejoras en estas redes de telefonía celular, por ejemplo, la red de tercera generación, la cual se considera rápida y eficaz para la transferencia de voz y datos. El diseño de esta radio base es una propuesta que nos permitirá ofrecer el servicio de voz y datos a la zona geográfica de El Salto, con el fin de brindar comunicación a la comunidad. Se espera que el lugar tenga un desarrollo turístico en algunos años y con esto el número de visitantes e incluso de pobladores pueda crecer por lo que se considera importante que se tengan estos servicios debido a que se ha detectado que en dicha zona no se cuenta con cobertura. Esta comunicación facilitará que los usuarios tengan el acceso a internet para que usen todas las herramientas tecnológicas que ofrece esta generación, ya sea para ocio, ubicación, una comunicación del día a día incluso para emergencias, puesto que, se ha detectado que en esta zona se tiene un crecimiento potencial, de igual forma se encuentra muy cerca de la carretera Tuxpan - Tamiahua lo que se hace más viable tener este servicio en dicha zona. Existen 3 razones específicas por las cuales diseñar una radio base para dicho lugar es justificable:

● Es un lugar con potencial de crecimiento, se encuentra cerca del centro de Tuxpan, Veracruz, lugar que en los últimos años se ha desarrollado principalmente en el aspecto turístico. Estos lugares continúan expandiéndose debido a la demanda de usuarios por lo que se espera que, en algunos años El Salto, Veracruz se convierta en un lugar turístico, debido a la llegada de nuevos clientes.

● El Salto, Veracruz se encuentra a un costado de la carretera Tuxpan - Tamiahua y actualmente tener señal en todo momento para los automovilistas se ha convertido en

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una necesidad ya que es susceptible a incidentes, por ejemplo: Un accidente en carretera, una llanta ponchada, utilizar GPS para buscar algún lugar en caso de encontrarse perdido, entre muchas otras.

● En el presente se sabe que la mayoría de usuarios ya cuenta con un dispositivo de comunicación inalámbrica, particularmente celulares y esto hace que sea importante que dichos dispositivos cuenten con señal de voz y datos en cualquier lugar.

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Introducción Se sabe que la comunicación hoy en día es parte fundamental de la vida diaria de las personas, gracias a ella las ciudades, comunidades, poblados y personas pueden estar en contacto para llevar a cabo sus labores diarias. A pesar de la gran importancia que tienen las comunicaciones actualmente, existen poblados con escaza comunicación móvil. En la actualidad se utiliza para toda la cobertura de red, ya sea para seguridad, comunicación, servicios de emergencia e incluso entretenimiento. La gran mayoría requiere de comunicación de voz o servicio de datos para desarrollar sus actividades. Las radios bases apoyan a que las zonas donde no existe cobertura, o bien, donde lo capacidad de la misma no es la suficiente para los usuarios, sea capaz de cubrirla. De esta manera en caso de emergencia o necesidad, las personas podrán disfrutar de los servicios de comunicación Considerando estas zonas de baja cobertura, se fomenta la inclusión de las comunidades, el turismo, la educación y la transmisión de la información

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CAPÍTULO 1 CONCEPTOS DE TELEFONÍA MÓVIL

1.1 Antecedentes de la telefonía celular. En la actualidad los sistemas de telecomunicaciones han pasado a ser una necesidad más que una comodidad, se detecta que se ha tenido un crecimiento considerable de dispositivos con uso de voz y datos en los últimos años, según un artículo del periódico “El Economista” publicado el 17 de octubre de 2017, el cual menciona que en 2018 se tenía previsto un crecimiento del 2% a nivel global, porcentaje que representa “su mayor crecimiento interanual desde 2015, según un informe elaborado por la consultora tecnológica Gartner”. [1] Este artículo nos provee un predictivo dónde menciona: “En concreto, la consultora prevé que en el 2017 se vendan un total de 2.307 millones de dispositivos, aunque la recuperación prevista del mercado anticipa que la cifra aumentará hasta los 2.352 millones en 2018 y hasta los 2.361 millones en 2019.” [1] Los usuarios optan por una forma más fácil de comunicación, movilidad, rapidez y eficacia, para atender esta demanda se han encontrado distintas tecnologías, 1a, 2a, 3a y 4a generación, incluso los expertos ya se encuentran revisando la viabilidad de la 5a generación. Este reporte técnico propone el diseño de un modelo de radio base para cubrir la zona geográfica de El Salto, Veracruz como una propuesta para expandir los servicios de voz y datos en dicha zona geográfica, durante el reporte se llevarán temas como la mención de la teoría electromagnética que es la base fundamental de las comunicaciones inalámbricas, se hará referencia a los conceptos básicos de comunicaciones, así como las radio bases. Se determinarán los conceptos de los parámetros necesarios para una red de tecnología 3G implementada en una radio base de igual forma se presentará una comparación entre simuladores, herramientas que son el apoyo para el diseño de la radio base. 1.1.1 Historia de los sistemas móviles. Cómo ya se ha mencionado en el presente reporte, se enfocará en el diseño de una radio base apoyada en la tecnología 3G sin embargo es importante mencionar los antecedentes de la telefonía móvil a partir del momento de su implementación. Se comenzará por mencionar que las comunicaciones móviles inicialmente fueron creadas como una necesidad militar, sin embargo, con el paso de los años se dio acceso a esta tecnología para el público en general, dicha tecnología era básicamente un lujo ya que era demasiado costosa e incluso difícil de transportar. Es importante hacer mención que el avance de la tecnología móvil es posible debido a que en 1873, Clerk James Maxwell implementó 4 ecuaciones, mismas que utilizaría en el año 1888 Heinrich Rudolf Hertz, personaje que realizó una demostración de los fenómenos estudiados por Maxwell matemáticamente, sin embargo, no fue hasta 1901 año en que Guillermo Marconi formula la posibilidad de enlaces de comunicación de radio entre 2 bases con un alcance de 1000 KM por medio de un mensaje en código morse.

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En el año de 1930, enlaces de comunicación de un equipo transmisor y uno receptor fueron diseñados para operar en las frecuencias de 30 - 40 MHz, posteriormente los sistemas de comunicación inalámbricos fueron operados en las frecuencias 100-200 MHz. En 1960 se empiezan a desarrollar los enlaces de comunicación de radio, mismos que se comenzaron a trabajar en la frecuencia de 450 MHz, el concepto de la radio celular se da a finales del año de 1970 y son desarrollados en los laboratorios Bell, con la finalidad de suministrar a un área geográfica, la radio para dar servicio. Los sistemas móviles fueron referenciados como sistemas de telefonía móvil utilizando las siglas STM sin embargo dichos sistemas fueron mejorados y ocuparon las siglas STMM (Sistemas de telefonía móvil mejorados). Los problemas que se suscitaron con estos sistemas era el hecho de no poder realizar transferencias entre radio bases sin la pérdida de la comunicación. Para la solución de este problema se utilizan el concepto de reutilización de las frecuencias, así como las llamadas entre estaciones base (Handoff). 1.1.1.1Reutilización de las frecuencias. Para el uso eficiente del ancho de banda se crea el concepto de reusó de frecuencia, su función es permitir a un mismo radio canal ser usado simultáneamente en múltiples transmisores mientras estén suficientemente separados para evitar interferencia. 1.1.1.2Handoff Cuando se habla de “Handoff” o “Handover” hacemos referencia en términos generales a la transferencia de llamadas entre celdas, esto ocurre cuando una llamada en proceso comienza a deteriorarse, cuando existe interferencia o para distribuir el tráfico entre celdas. 1.1.2 Conceptos básicos de las comunicaciones. Se define a las comunicaciones como el proceso de intercambio de información entre 2 o más personas. Es importante hacer mención que independientemente cual sea el tipo de comunicación que se generé en todas siempre se tendrán 3 elementos principales para el correcto funcionamiento de este proceso:

● Transmisor ● Medio ● Receptor

Existen 2 tipos de medio de transmisión para el envío del mensaje:

1. Guiado

1

Este medio requiere de algún tipo de conexión física entre los diferentes dispositivos para poder generar la comunicación, por ejemplo:

● Cable coaxial. ● Cable de par trenzado ● Fibra óptica.

2. No guiado (inalámbrico)

A diferencia del anterior medio, este medio no requiere de conexiones físicas y algunos ejemplos de él son:

● Aire ● Agua ● Vacío

Existen 3 conceptos básicos para entender las comunicaciones inalámbricas, ondas electromagnéticas, modulación, microondas. 1.1.2.1 Ondas electromagnéticas. Una onda electromagnética (OEM), es una manifestación de vibraciones de un campo electromagnético fuera de todo soporte material. Dentro de éstas se incluyen ondas radioeléctricas, que son generadas por una corriente oscilatoria pueden ser miriamétricas o kilométricas (VLF/LF, Very LowFrequency / LowFrequency, entre 0 y 315KHz), hectométricas (MF, Medium Frequency, entre 315KHz y 3230KHz), decamétricas (HF, HighFrequency, entre 3230KHz y 27,500KHz), métricas (VHF, Very HighFrequency, entre 27,500KHz y 322MHz), decimétricas (UHF, Ultra HighFrequency, entre 322MHz y 3300MHz), centimétricas (SHF, entre 3300MHz y 31.8GHz) o milimétricas (WHD, entre 31.8GHz y 400GHz). Para efectos de telecomunicaciones son importantes las ondas radioeléctricas (comunicación inalámbrica) y las ondas luminosas (comunicación vía fibras ópticas). [2] Se puede observar en la Figura 1.1 la representación de una onda electromagnética.

Figura 1.1 Representación de una onda electromagnética [F1.1].

1.1.2.2 Modulación

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Se detecta que en las señales de banda base que generan diferentes fuentes de información, no puede realizarse la transmisión directa sobre un canal dado, para la solución a esta problemática se debe variar algún parámetro en la señal portadora de alta frecuencia en función de la señal de banda base. Este proceso es llamado modulación. Se tienen 2 tipos de modulación:

● Modulación analógica. Se presenta cuando se emplea una señal continua como portadora, se utiliza cuando se desea transmitir la señal analógica a una frecuencia diferente o con un ancho de banda menor. En la Figura 1.2 se puede apreciar la comparación de las diferentes modulaciones analógicas:

Figura 1.2Comparación de modulaciones analógicas [F1.2].

● Modulación Digital.

Este término de modulación digital se refiere a hacer cambios en la portadora que pueden ser en la fase, frecuencia, amplitud o una combinación de éstos para enviar datos digitales.

1. Envolvente constante: hay tres subclases: ● FSK: fueron de las primeras técnicas utilizadas en la industria de las

comunicaciones inalámbricas. ● PSK: transiciones discontinuas de la fase de símbolo a símbolo. ● CPM: transiciones continuas de la fase de símbolo a símbolo.

2. Envolvente no constante: hay tres subclases:

● ASK: no se aplica cuando se usan amplificadores no lineales. ● QAM: con una gran señal en su plano constelacional puede ser muy

eficiente. [3] En la Figura 1.3 se puede apreciar la comparación entre las diferentes modulaciones digitales:

1

Figura 1.1Comparación entre modulaciones digitales [F1.3].

1.1.2.3Microondas Las microondas llamadas así porque la longitud de onda de esta banda es muy pequeña, se definen como ondas electromagnéticas que se desplazan y se caracterizan por tener un elevado nivel de energía, trabajan en frecuencias que comprenden desde los 300 MHz a los 3 GHz con una longitud de onda muy corta. Es importante hacer mención de los enlaces de microondas terrestres, estas microondas suelen sustituir el cable coaxial y la fibra óptica ya que se ocupan menor infraestructura, aunque requieren antenas perfectamente alineadas. Ventajas de los enlaces de microondas terrestres: ●

No hay necesidad de cables. ● Múltiples canales disponibles ● Antenas relativamente pequeñas.

Desventajas de los enlaces de microondas terrestres:

● En línea de vista se verá afectado si cualquier objeto tal como algún edificio obstaculiza la vista entre antenas.

● Es costosa la construcción de las torres. ● Presentan atenuaciones debido a las condiciones de la atmósfera.

1.1.3Descripción de la telefonía Móvil. La telefonía móvil ha tenido distintas etapas a las que se les denomina generaciones, así desde el comienzo de la era de la telefonía celular las comunicaciones móviles han experimentado un enorme crecimiento desarrollándose diversas tecnologías y sistemas para dar servicios de comunicación inalámbrica.

1.1.3.1 Primera generación.

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Para la primera generación los sistemas móviles realizaban la transmisión analógica exclusivamente de servicios de voz. 1.1.3.2Segunda generación. En el año de 1991 surge segunda generación, esta generación a diferencia de su antecesor realiza la transmisión de forma digital.La tecnología predominante en esta generación fue GSM y se implementaron servicios como fax, buzón de voz y sms. GSM (Global Systemfor Mobile communications), corresponde a la segunda generación de telefonía móvil y está caracterizada por ser digital a diferencia de la primera generación. La digitalización trajo consigo la reducción de tamaño, costo y consumo de potencia en los dispositivos móviles, así como nuevos servicios tales como identificador de llamadas, envío de mensajes cortos (SMS Short MessageService), mensajes de voz y conferencia tripartita, entre otros. Además, dentro de los sistemas de telefonía celular de segunda generación se logró soportar una velocidad de información de 9.6 kbit/s, siendo esta velocidad más alta para voz con respecto a la primera generación, pero muy limitada para la comunicación de datos. Otro puntoadestacar de los sistemas de segunda generación es que se tuvo avances significativos en seguridad, calidad de voz y de roaming. [4] 1.1.3.3Generación 2.5. La generación 2.5 ofrece servicios de navegación por internet de una forma limitada contando solo con mensajes de texto y sin formato. 1.1.3.4 Tercera Generación. Cómo ya se mencionó, primera y segunda generación en general fueron diseñadas para el soporte al servicio de voz y aunque se contaba con servicios de datos a baja velocidad no se satisfacen los requerimientos de los diferentes usuarios. Ante el crecimiento de usuarios que requerían no solamente un servicios de voz sino también de datos más eficiente se crea la tercera generación que surge de la necesidad de aumentar la capacidad de los sistemas respecto a las redes móviles de ese momento que permiten un número limitado de usuarios por la técnica de acceso múltiple a utilizar y que en cuanto se sobrepasa ese límite, la congestión no permite que más usuarios puedan establecer comunicación; además el incremento de tráfico ante la paulatina sustitución del tráfico fijo por el móvil al irse modificando los hábitos de los usuarios, necesitando entonces mayor espectro y optimización del mismo para proveer de servicio a más usuarios y por último la aparición de nuevos servicios donde la convergencia con Internet y el aumento de aplicaciones multimedia generará un aumento significativo de tráfico.

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1.1.3.5 Cuarta Generación. La cuarta generación no es una tecnología o estándar definido es una colección de las diferentes tecnologías y protocolos para permitir el máximo rendimiento de procesamiento con la red inalámbrica más barata.

1.1.3.6 LTE La Evolución a Largo Plazo (Long TermEvolution o LTE por su nombre y siglas en inglés) es un estándar para la comunicación inalámbrica de alta velocidad. LTE ofrece velocidades más bajas que una verdadera red 4G puede ofrecer. Comenzó a utilizarse comercialmente después de que el ITU-R se dio cuenta de que las velocidades mínimas establecidas para las redes 4G estaban lejos del alcance de los proveedores de servicio por lo que se inició la comercialización del nombre 4G LTE con el permiso de la autoridad reguladora, una oportunidad que las compañías de telefonía móvil no desaprovechan. [5] 1.1.3.7Quinta Generación. La tecnología 5G al momento solo es una expectativa de lo que se espera se pueda realizar en algunos años.Esta tecnología promete ser mucho más rápida que los sistemas inalámbricos actuales, la velocidad y el rendimiento superiores de las redes 5G desbloquearán características muy solicitadas como los comandos de voz, el reconocimiento facial, el procesamiento de imágenes y vídeo en tiempo real e interfaces basadas en gestos. 1.2Tercera Generación (3G) Se procede a la investigación sobre la tecnología de tercera generación, se verán los temas relacionados como el sistema UMTS, bandas de frecuencia en esta generación (comparativas), velocidad de transferencia y características. 1.2.1 Tercera Generación Se le llama “3G” a la tercera generación de comunicaciones móviles para la transmisión de voz y datos; está basada en el estándar IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000); UMTS (Universal Mobile TelecommunicationSystem) que está basado en tecnología W-CDMA, es el estándar utilizado en un principio en Europa y Japón y es gestionado por la 3GPP. [6] 1.2.1.1 El sistema UMTS

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UMTS es considerada como el estándar para la tercera generación de telefonía celular. El “Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles” (UMTS por sus siglas en inglés) es la tecnología sucesora de GPRS. [7] Éste se caracteriza por una mayor velocidad de acceso a internet, ya que la transmisión de datos puede alcanzar velocidades de 2Mbps. Debido a esta velocidad se permite transmitir audio y video en tiempo real y se tienen grandes capacidades multimedia como videoconferencias, descarga de video juegos, etc. Además, al ser diseñado como un sistema global, el roaming o “cambio de red” se hace de manera instantánea. [8] Hablando de la tecnología empleada por UMTS, WCDMA (Wide Code Division Multiple Access) es el principal avance tecnológico de esta tercera generación. Se diferencia de GSM y GPRS debido a que estas dos utilizaban FDMA (Frecuency Division Multiple Access) y TDMA (Time Division Multiple Access). [9] En WCDMA, mediante el uso de técnicas de ensanchado por códigos, la señal se expande en frecuencia. Estos códigos se programan en el transmisor y el receptor utiliza los mismos códigos para reconstruir la señal [10]. Las ventajas que muestra esta nueva tecnología son [11]:

● Altas velocidades de transmisión de hasta 2 Mbps, al usar todo el espectro. ● Alta seguridad debido a la utilización de técnicas que permiten acercarse a la

capacidad máxima del canal. ● Acceso múltiple de canal de eficacia máxima, mientras no coincidan las secuencias de

saltos. ● Alta resistencia a las interferencias. ● Posibilidad de trabajar con dos antenas simultáneamente ya que siempre se usa todo

el espectro y lo importante es la secuencia de salto, lo que facilita el handover (proceso de traspaso de la señal de una antena a otra).

● La cobertura a nivel mundial que ofrece UMTS permite la realización de roaming de una manera más rápida.

1.2.2 Bandas de frecuencia Inicialmente, las bandas de frecuencia que fueron asignadas para la IMT-2000 son las bandas de 1885-2025 MHz y 2110-2200 MHz. Después, debido al crecimiento y la alta demanda de servicios, se tuvieron que añadir las bandas de 806-960 MHz, 1710-1885 MHz, 2500-2690 MHz. [12] En México, existen tres espectros para la telefonía celular y son operados por sus propietarios: Telcel, AT&T y Movistar. 1.2.2.1Telcel Es la compañía comunicaciones móviles con mayor cobertura a nivel nacional (México) y también la preferida con el 60% de los usuarios de telefonía móvil.

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Para fines del año 2007, Telcel lanzó la tecnología 3G que opera bajo los estándares UMTS y HSPA agregados a su red GSM para la transmisión de datos, y que alcanza un máximo de 2.0 Mbps de velocidad de bajada. En 2011 Telcel lanzó la tecnología HSPA+ que es llamada comercialmente, por ellos mismos, 3.5G. Esta red alcanza una velocidad de hasta 7.2 Mbps.Para 3G, usa la banda de frecuencia: B2 / 850/1900MHz [13] 1.2.2.2AT&T Esta compañía, después de haber comprado Iusacell y Nextel, se lanzó oficialmente en el 2015 como “AT&T México”. Actualmente se posiciona como la segunda compañía con más usuarios en México, moviendo a Movistar a la tercera posición. Para 3G, usa la banda de frecuencia: B5 /850/1700 MHz. [14] 1.2.2.3 Movistar La presencia de Movistar en México data del año 2000 cuando la compañía adquiere los 4 operadores del norte del país: Cedetel, Bajacel, Norcel y Movitel (que operaban principalmente en redes AMPS y CDMA). Posteriormente en mayo de 2002, Movistar amplía su presencia a nivel nacional adquiriendo el 92% de las acciones de la compañía Pegaso PCS de Grupo Pegaso. Desde entonces y hasta la llegada de AT&T, se mantuvo como la segunda compañía con más usuarios en México. Cabe mencionar que en el ramo de Operadores Móviles Virtuales (OMV) es quien más contratos tiene al día de hoy (Maxcom, Virgin Mobile, etc.). Para 3G, usa la banda de frecuencia: B2 / 1900 MHz. En la Tabla 1 podemos ver las diferentes bandas que ocupan las empresas para trabajar en 3G. [15]

Tabla 1.Banda de frecuencias para celulares en México [T.1] Banda Frecuencia 3G

TELCEL B2 B5

1900MHz 850 MHz

AT&T B2 B5 B4

1900 MHz 850 MHz

1700/2100 MHz

Movistar B2 B5

1900 MHz 850 MHz

1.2.3 Velocidad de transferencia

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El objetivo de la tercera generación era facilitar la transferencia de archivos multimedia, tener una conectividad inalámbrica permanente y una velocidad mayor que la generación anterior, de hasta siete veces más que la conexión telefónica estándar. [16] Con una velocidad de transmisión de hasta 2 Mbps, en la tercera generación se tiene la posibilidad de transferir voz, datos (como descarga de archivos, email, mensajería instantánea) o servicios multimedia como videoconferencias. [17] Como mejora de la tercera generación, se tiene una optimización llamada “acceso descendente de paquetes a alta velocidad” o HSDPA por sus siglas en inglés (High Speed Downlink Packet Access). Conocida como 3.5G, es la optimización de la tecnología espectral UMTS/WCDMA, la cual puede alcanzar velocidades máximas de bajada de hasta 14 Mbps. Esta optimización consiste en un nuevo canal compartido en el enlace descendente (downlink) que mejora significativamente la capacidad máxima de transferencia de información. [18] La siguiente mejora de 3G es la llamada “acceso ascendente de paquetes a alta velocidad” o HSUPA por sus siglas en inglés (High Speed Uplink Packet Access). Conocida como 3.75G, es la evolución de HSDPA, la cual ofrece una mejora para el tramo de subida, puede alcanzar velocidades máximas de subida de hasta 7.2 Mbps. [19] Pero, la combinación de ambas tecnologías, HSDPA y HSUPA es llamada como “acceso de paquetes a alta velocidad” o HSPA por sus siglas en inglés (High Speed Packet Access). [20] 1.2.4Características El estándar UMTS, además de ser capaz de manejar un mayor número de usuarios, ofrece las siguientes ventajas:

● Facilidad de uso y costos bajos: el objetivo de UMTS es permitir a los usuarios un fácil acceso a los distintos servicios, de acuerdo a sus preferencias, y sobre todo, a un bajo costo ya que lo que se busca es asegurar un mercado masivo. El roaming internacional y diferentes formas de tarificación son algunos ejemplos de sus ventajas.

● Nuevos y mejorados servicios: Aunque los servicios de voz han sido los dominantes hasta ahora, con UMTS los servicios multimedia y de datos tendrán un fuerte crecimiento, dando lugar a nuevos y mejorados servicios.

● Acceso rápido: Con UMTS se tiene una alta velocidad en la transmisión de datos, que va desde los 144 Kbps sobre vehículos en movimiento, 384 Kbps en espacios abiertos y 7.2 Mbps en interiores. Con estas transferencias de datos se logran prestar servicios multimedia como videotelefonía, videoconferencia, transmisión de audio y video en tiempo real.

Con lo anterior, se puede notar que hay una gran diferencia entre el concepto que se tenía de telefonía móvil, antes y después del sistema UMTS, donde pasó de ser sólo una herramienta de comunicación (en su mayoría voz) a ser un terminal multimedia con servicios, tanto de comunicación como de ocio, acorde a las preferencias de los usuarios. [21]

1.3 Radio bases

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La radio base es un elemento principal de un sistema celular, para comprender su funcionamiento es importante hacer mención de otros elementos:

● MS (Mobile Station): La estación móvil que es el equipo físico, sus elementos principales son el SIM, código IMEI, una interfaz de usuario.

● BSS (Base Station Subsystem): El subsistema de la estación base contiene todos los elementos necesarios para conectar a sus suscriptores. Dentro de este módulo se encuentra la estación base, BTS (Base Transceiver Station) en la cual se va a enfocar este proyecto. También dentro de la BSS se encuentra el controlador de estación base, BSC (Base Station Controller) que es el responsable del establecimiento, emisión y mantenimiento de todo tipo de comunicación de todas las celdas que están conectadas a ella. Otro elemento de la BSS es el Abis, que es la interfaz que conecta la estación base a la red.

● MSC (Mobile Switching Center): El centro de conmutación es el elemento central de la red de telecomunicaciones, se encarga de la autentificación de los suscriptores, actualiza la localización y realiza parte del handover. Interactúa directamente con el VLR (Visitor Location Register), HLR (Home Location Register), AuC (Authentication Center), SMSC (Short Messaging Service Center).

Para poder realizar el diseño de la radio base se necesita saber que se relaciona con los elementos antes mencionados.

Figura 1.4 Sistema de radio bases [F 1.4]

1.3.1 Concepto En el ámbito de la telefonía móvil, una radio base es un equipo de transmisión y recepción de radio, está trabaja en la banda de frecuencias de uso (850 / 900 / 1800 / 1900 MHz) en GSM y (1900/2100Mhz) en UMTS, que son quienes realizan el enlace con la estación móvil, que se puede definir mejor como el equipo físico. Las antenas utilizadas suelen situarse en lo más alto de la torre, de edificios o colinas para dar una mejor cobertura y son tipo dipolo. Normalmente, está compuesta por un mástil al cual están unidas tres grupos de una o varias

1

antenas equidistantes. El uso de varias antenas produce una diversidad de caminos radioeléctricos que permite mejorar la recepción de la información. [22] En el artículo publicado por la maestra en ciencias Edith García Cárdenas podemos entender que la Radio Base o Estación Base (RBS), está siempre en conexión con la MTSO (Mobile Telephone Switching Office) o MSC (Mobile Switching Central) por medio de enlaces punto a punto. La RBS se encarga de revisar la calidad de la transmisión durante una llamada en progreso por medio de frecuencias de supervisión y la medición de la intensidad de la potencia de las llamadas recibidas. [23] Teóricamente una radio base puede cubrir un área con un radio de hasta 35km. A esta área se le llama célula. En la figura 1.4 podemos ver la estructura celular de una red GSM. Una estación base sólo puede servir a un número limitado de usuarios simultáneamente, debido al ancho de banda que maneja cada tecnología, para que den servicio a más equipos, las celdas son mucho más pequeñas, especialmente en ambientes urbanos densos. En estos entornos, las células cubren áreas de un radio de entre 3 y 4 km en áreas residenciales y hasta 100 m con potencia de transmisión mínima en áreas muy frecuentadas como centros comerciales y calles muy concurridas. Incluso en las áreas rurales, el área de cobertura de una celda suele ser inferior a 15 km, ya que la potencia de transmisión del dispositivo móvil de 1 o 2 W es el factor limitante en este caso. [24]

Figura 1.5Comparación entre modulaciones digitales. [F 1.5]

La Radio Base contiene el equipo necesario para manejar la radio comunicación con los dispositivos móviles. Para ello requiere de los siguientes equipos.

a) Unidades de canal b) Transmisor-Combinador c) Receptor Multiacoplador (MC) d) Receptor de Intensidad de señal (SR) e) Oscilador de Referencia (EHESR) f) Switch de redundancia de canal de control (CCRS)

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g) Probador de Canal (CT) h) Unidad de Monitoreo de Potencia (PMU) i) Sistema de Antena Unidades de Canal

Las unidades de canal de control y canal de voz incluyen al Receptor, Transmisor, Unidad de Control (CU) y Amplificador de Potencia (PA), este último conectado a la salida del Receptor. Se tiene en cuenta que la potencia de salida es la que determina el área de cobertura, en ocasiones se realizan ajustes en la potencia de forma manual. Se pueden conectar hasta 96 unidades de control de diferentes repisas juntas a un grupo de canal radio (RCG). En donde una Estación Base se forma de una o varios RCG. Las Unidades de Canal pueden ser asignadas por la MSC para operar como canal de voz, de control o receptor de intensidad de señal. [23] 1.3.2Parámetros de la Radio Base Los parámetros de una Radio Base son aquellos que nos indicarán los valores que se utilizarán para el cálculo de algunos datos que se deben tomar en cuenta para una buena cobertura por parte de la Radio Base. Dichos parámetros se muestran en la Tabla 2.

Tabla 2 Parámetros de la Radio Base PARÁMETROS VALORES

Rango de frecuencia MHZ Potencia del transmisor

dBm

Altura de la antena transmisora

m

Ganancia de la antena

dBi

Figura de ruido dB Ruido en la entrada de la celda

dBm/Hz

Sensibilidad dBm 1.3.3 Estudio técnico de la zona geográfica de El Salto, Veracruz. El poblado El Salto se ubica en el estado mexicano de Veracruz en el municipio de Túxpamy se encuentra en las coordenadas GPS: 21°03'48.7" Norte, 97°26'41.6" Oeste. Localizado a una altura de 10 metros sobre el mar. Las viviendas del lugar cuentan con energía eléctrica y en su mayoría tienen acceso a televisores y computadoras. El poblado se encuentra a unos 300 metros de la carretera Tuxpan - Tamiahua por lo que lo hace un lugar con crecimiento turístico ya que dicha carretera conecta con 2 lugares que en los últimos años han tenido justo ese crecimiento turístico. [25] 1.3.3.1 Población.

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La población en El Salto brinda hogar para 116 habitantes, de los cuales según la página oficial del INEGI 22 son mayores de 60 años y los restantes es población adulta y niños. Se percibe que en su mayoría son adultos los residentes del poblado, hoy en día un adulto en promedio cuenta con por lo menos un dispositivo celular, incluso las nuevas generaciones (niños de entre los 8 y 15 años) también cuentan con un dispositivo celular, para fines de este reporte podemos indicar que brindar cobertura para el poblado es algo llamativo y adquirible como se pretende. [25] 1.3.4 Simuladores para diseño de radio base Para el diseño de una radio base se pueden hacer cálculos matemáticos con fórmulas que ya están establecidas para esto, así mismo se puede hacer el diseño con un simulador, debido al tiempo que se tiene para este reporte se utilizará uno de ellos para la radio base. En la tabla 3 se muestra una comparativa de los diferentes simuladores para apoyo sobre este tema.

Tabla 3 Simuladores para Radio Bases [T.3] SIMULADORES OptimiWizard Pathloss Xirio VENTAJAS *Es gratis

*Información abundante en internet *Cuenta con 9 módulos para mayor precisión en el procesamiento de los datos

*Es gratuito *Es un simulador en tiempo real *Permite calcular, compartir y publicar resultados en la red.

DESVENTAJAS *Es de paga *Poca información *La empresa realiza el trabajo que deseas mediante su software

CARACTERÍSTICAS *Toda la geometría una sola función *Múltiples parámetros *Optimización condiciones marco *Función o trayectoria de un nodo *Valor máximo, RMS, promedio

*NED vs SRTM en América del Norte *Datos del Terreno Público (Gratis) *Datos de USGS NED *Datos SRTM (resolución mundial de 1 "y 3") *Datos canadienses *Bases de datos mundiales *Datos de terreno comercial.

Xirio Online es una herramienta que permite realizar cálculos radioeléctricos, compartir y publicar resultados en la red sin necesidad de disponer de herramientas de planificación ni cartografía digital propia.

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El simulador que se va a ocupar es Xirio, debido a que se detectó que es de fácil uso, se puede utilizar de forma gratuita y es el que más se acopla para el diseño de la radio base.

CAPÍTULO 2 ANÁLISIS GEOGRÁFICO DE LA ZONA Se plantea el diseño de una radio base en el poblado El salto Veracruz, para dar cobertura de tecnología 3G con el fin de ofrecer servicio de voz y datos. Para este diseño se observa que se tendrá que atender diferentes problemáticas, las cuales se mencionan a continuación: Ubicación de la radio base • Sectorización de la radio base • Tipo de celda • Alimentación eléctrica • Radio base punto B • Revisión de zona geográfica (relieves) Modelo de propagación.

2.1 Ubicación de la radio base La primera problemática es ¿Por qué se desea realizar el diseño de una radio base en este poblado?, la razón es que se desea cubrir 2 zonas importantes en dicho lugar (un diámetro de 10 km), en las que se presenta nula cobertura por parte de las empresas.

● Poblado El Salto, Veracruz. ● Carretera Tuxpan – Tamiahua.

El brindar cobertura para el poblado se considera importante a pesar de ser muy pequeño se encuentra en una zona que tiene un futuro prometedor pues se encuentra cerca de playas (lugares que son muy visitados) y se visualiza que podría tener un crecimiento turístico. Para el caso de la carretera podemos indicar que es de suma importancia contar con cobertura en una carretera ya que en los últimos años está tecnología se ha utilizado para la orientación, comunicación y ocio de las personas (en general), también es importante señalar que los 2 lugares como ya lo mencionamos no tienen cobertura por parte de ninguna empresa. Cómo ejemplo se tienen los siguientes mapas de calor para mostrar la cobertura que tienen algunas empresas: TELCEL: Se observa que para esta empresa la cobertura en tecnología 3G para la zona de El Salto, Veracruz es nula:

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Figura 2.1Mapa de cobertura 3G de Telcel y ubicación del poblado. [F 2.1]

MOVISTAR: Para la compañía de movistar, se detecta que la cobertura con la que cuenta esta empresa es de igual forma nula en el poblado seleccionado:

Figura 2.2Mapa de cobertura 3G de Movistar y ubicación del poblado. [F 2.2]

AT&T: Como un tercer ejemplo se busca la cobertura en red 3G con la compañía AT&T con los mismos resultados que las 2 anteriores empresas, cobertura nula para el poblado El Salto Veracruz:

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Figura 2.3Mapa de cobertura 3G de AT&T. [F 2.3]

Debido a que ninguna de las 3 empresas cuenta con cobertura para la zona elegida se analiza que es un lugar para realizar el diseño de una radio base ya que no existe el problema de que pudiese tener una interferencia o empalme entre señales. 2.2 Sectorización de la radio base Como segunda problemática se tiene que definir la sectorización de la radio base, para este caso se tendrán 2 sectores para poder cubrir todo el poblado, la carretera y algunas comunidades cercanasa El Salto. 2.3Tipo de celda Como tercera problemática se plantea conocer cuál es el tipo de celda que se requiere para dar cobertura en esta zona, teniendo en cuenta las siguientes características:

● La celda debe cubrir un radio de 5 km como mínimo (para cumplir el objetivo planteado), en la Figura 2.4 se puede observar la zona que se cubrirá.

● El poblado El Salto, Veracruz se encuentra situado a unos 300 metros de la carretera Tuxpan - Tamiahua.

● La zona a dar cobertura es de tipo rural, ya que se estaría dando cobertura a una parte de la carretera como a poblados cercanos.

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Figura 2.4 Mapa donde se muestra la zona a cubrir en El Salto, Veracruz. [F 2.4]

Debido a las características anteriores, se elige usar una macrocelda, ya que ésta puede dar cobertura a distancias desde 1.5 km a 20 km y suele aplicarse a zonas rurales y carreteras, y en áreas con una baja densidad de población.

2.4 Alimentación eléctrica La cuarta problemática es conocer si el lugar en dónde se está planteando colocar el diseño de esta radio base cuenta con algún medio para obtener alimentación eléctrica. Como se observa en la Figura 2.5, podemos ver el cableado del poblado, de donde se podrá alimentar la radio base.

Figura 2.5Vista de cable de electricidad del poblado El Salto, Veracruz. [F 2.5]

2.5 Radio base punto B

La quinta problemática es encontrar la zona geográfica con mayor cobertura cerca del poblado El Salto con el fin de ver la viabilidad del diseño de la radio base ya que es importante obtener el punto con el que tendrá comunicación para poder brindar el servicio. Se pretende realizar un diseño de microondas con línea de vista por lo que es importante localizar el punto A y el punto B para que las antenas puedan transmitir y recibir información.

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La zona geográfica con mayor cobertura cerca del poblado El Salto Veracruz es “Túxpam De Rodríguez”. Nos centraremos en el mayor punto de cobertura como se denota en la Figura 2.6 con una distancia de 12.86 Km. Coordenadas: Punto A Punto B

21° 3'23.92"N 97°26'43.50"W20°56'55.0"N 97°25'15.7"W

Figura 2.6Mapa de cobertura en Túxpam De Rodríguez. [F 2.6]

2.6Revisión de zona geográfica (Relieves)

El sexto problema a atender, es conocer si la zona en donde el diseño de la radio base se propone es factible para su instalación, por ejemplo, que no se encuentren montañas que podrían interferir con la señal, que sea una zona privada, arqueológica, etc.

Figura 2.7Imagen satelital de El salto, Veracruz. [F 2.7]

2.7 Modelos de propagación. El séptimo problema es verificar cuál será el modelo de propagación que se utilizará y la banda de frecuencias con la que se trabajará.

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Se determina que se trabajará con una frecuencia de 850 MHz y con el modelo de propagación Hata, esto debido a que las 3 compañías que se tomaron como ejemplo para el análisis de elección de cobertura manejan dicha frecuencia y se desea que sean compatibles. Para finalizar con el planteamiento del problema se desea hacer mención sobre el flujo de usuarios que circulan por la autopista Tamiahua-Tuxpan, ya que también se les dará cobertura. En medios locales se menciona que llegan 50 mil visitantes en temporada vacacional. [26]

CAPÍTULO 3 PROPUESTA DE DISEÑO Y CÁLCULO DEL ENLACE

3.1Ubicación de la radio base Después de observar las casas del poblado se optó por qué la radio base se ubique en las coordenadas:21°3'23.92"N 97°26'43.50"W, con una elevación de 28m. Se trata de un entorno suburbano. Se pretende ubicar la radio base en una parcela de suelo sin edificar. [27] En la Figura 3.1 podemos observar el mapa donde se ubica el punto para la colocación de la radio base.

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Figura 3.1Ubicación del punto donde se colocará la radio base. [F 3.1]

3.2Tipo de celda Se decide utilizar en el diseño el tipo de celda llamado macrocelda debido a que es ocupado para cubrir distancias de entre los 1.5 km a los 20 km, es comúnmente usado para zonas rurales en específico carreteras y zonas con baja densidad de población. Como se indicó con anterioridad el poblado El Salto Veracruz cuenta con pocos habitantes, la carretera de Tuxpan – Tamiahua a pesar de ser una carretera concurrida se debe hacer mención que los visitantes se encuentran dentro de la zona de cobertura durante un corto tiempo debido a que como bien se indican son visitantes y solo pasan por la zona para ir de un lugar a otro. 3.3 Alimentación de radio base Como anteriormente se mencionó, para el diseño de la radio base es importante validar que la zona elegida para colocar la radio base cumpla con ciertas características que son básicas para dicho diseño. Una de ellas y de las más importantes es la alimentación eléctrica de la radio base, validar que en la zona se cuenta con algún tipo de energía para dar una alimentación a la radio base, el poblado de El Salto, aunque es pequeño cuenta con red de energía eléctrica pública. 3.4 Antena para 3G En el presente reporte se está realizando el diseño de una radio base para dar cobertura a cierto poblado, se indicaba que es importante cubrir ciertas características para que se pueda colocar una radio base en El Salto y el diseño sea correcto. La antena que se propone tiene

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una ganancia de 17dBi, en la Figura 3.2 Podemos ver sus características, el datasheet completo de la antena lo podemos ver en anexos.

Figura3.2Características de la antena. [F 3.2]

3.5 Zona geográfica Para validar está parte se realiza un estudio con apoyo de Google maps y Google earth para verificar las zonas de altura y valorar si en el lugar existía alguna atracción en donde no se pueda colocar una radio base es decir una zona que se encuentre restringida por ser un lugar privado o arqueológico. Con el apoyo de Google earth se obtiene el perfil orográfico para detectar las curvas del área.

Figura 3.3Perfil orográfico de la distancia de los 5Km hacia el norte. [F 3.3]

3

Figura 3.4Perfil orográfico de la distancia de los 5Km hacia el sur. [F 3.4]

3.6 Modelo de propagación. Se eligió el modelo de propagación HATA con un tipo de propagación de onda omnidireccional que tiene la capacidad de propagar en un rango de frecuencia de 150 MHz a 1500 MHz que es compatible con las 3 compañías en las que se basa este reporte. El modelo tiene en consideración las pérdidas por propagación generadas por los diferentes factores del medio en el sistema. 3.7 Cálculos para el diseño de la radio base con tecnología 3G. Para la obtención de resultados de los diferentes parámetros de la radio base se utilizó la técnica de acceso al medio CDMA (Acceso Múltiple por División de Código). 3.7.1 Enlace de subida para voz Para el enlace de subida o también conocido como uplink fueron contemplados los siguientes parámetros:

1) Frecuencia 850 MHZ 2) Ancho de Banda del canal CDMA 1.2288 MHz 3) Tasa de datos 9.6 Kbps 4) Ganancia de procesamiento

(1) Donde: W Ancho de Banda 1.2288 MHz R Tasa de Datos 9.6 Kbps Sustituyendo (1)

Para pasarlo a dB

5) Densidad de Ruido

(2) Donde: K Constante de Boltzmann 1.38x10-23Joules/°K T Temperatura ambiente 300° K Sustituyendo (2)

3

Para pasarlo a dB

Para pasarlo a dBm

6) Figura de ruido

7) Ruido en Ancho de Banda

(3) Substituyendo (3)

8) Ruido en la entrada de la celda

(4) Substituyendo (4)

9) Target Eb/No

10) C/N Mínimo Requerido

Para dB

Despejando C/N

) (5) Substituyendo (5)

11) Sensibilidad Rx

Substituyendo (6)

12) Ganancia de diversidad Rx 3dB 13) PIRE del Móvil clase III 23dBm 14) Ganancia de la antena receptora BTS 17 dBi 15) Pérdida por cable BTS 1.29 dB 16) Máxima pérdida permitida

3

(7)

Substituyendo (7) Despejo

Lossmax.

17) Probabilidad de servicio en el límite de la celda 75 % =0.75 18) Desviación estándar del desvanecimiento lento compuesto 8dB 19) Pérdida por penetración en edificios 10dB 20) Margen de desvanecimiento

(8) 21) Ganancia de Handoff 3.7dB 22) Margen total disponible

(9) Substituyendo (9)

23) Pérdidas máximas permitidas

24) Carga por sector 50% 25) Margen de fluctuación de carga 0.5dB 26) Margen de Interferencia o factor de carga

(10) Substituyendo (10)

27) Pérdidas máximas

28) Altura del móvil 1.5m 29) Altura de la antena 16 m 30) Radio de la celda 5.01 Km 31) Factor de corrección de la altura a(hm) 0

Al usar la altura del móvil como 1.5m, el factor de corrección se hace despreciable (0.01dB a 850MHz)

Despejando

3

Donde: Fc=850MHz Hb=16mts Hm=1.5mts Lurbano=155.48dB Substituyendo (11)

3.7.2 Enlace de subida para datos Para el enlace de subida o también conocido como uplink fueron contemplados los siguientes parámetros:

1) Frecuencia 850 MHZ 2) Ancho de Banda del canal CDMA 1.2288 MHz 3) Tasa de datos 144 Kbps 4) Ganancia de procesamiento

(1) Donde: W Ancho de Banda 1.2288 MHz R Tasa de Datos 144 Kbps Sustituyendo (1)

Para pasarlo a dB

5) Densidad de Ruido

(2) Donde: K Constante de Boltzmann 1.38x10-23Joules/°K T Temperatura ambiente 300° K Sustituyendo (2)

Para pasarlo a dB

Para pasarlo a dBm

6) Figura de ruido

3

7) Ruido en Ancho de Banda

(3) Substituyendo (3)

8) Ruido en la entrada de la celda

(4) Substituyendo (4)

9) Target Eb/No

10) C/N Mínimo Requerido

Para dB

Despejando C/N

) (5) Substituyendo (5)

11) Sensibilidad Rx

Substituyendo (6)

12) Ganancia de diversidad Rx 3dB 13) PIRE del Móvil clase III 23dBm 14) Ganancia de la antena receptora BTS 17 dBi 15) Pérdida por cable BTS 1.29 dB 16) Máxima pérdida permitida

(7)

Substituyendo (7) Despejo

Lossmax.

3

17) Probabilidad de servicio en el límite de la celda 75 % =0.75 18) Desviación estándar del desvanecimiento lento compuesto 8dB 19) Pérdida por penetración en edificios 10dB 20) Margen de desvanecimiento

(8) 21) Ganancia de Handoff 3.7Db 22) Margen total disponible

(9) Substituyendo (9)

23) Pérdidas máximas permitidas

24) Carga por sector 50% 25) Margen de fluctuación de carga 0.5dBb 26) Margen de Interferencia o factor de carga

(10) Substituyendo (10)

27) Pérdidas máximas

28) Altura del móvil 1.5m 29) Altura de la antena 16 m 30) Radio de la celda 2.41 Km 31) Factor de corrección de la altura a(hm) 0

Al usar la altura del móvil como 1.5m, el factor de corrección se hace despreciable (0.01dB a 850MHz)

Despejando

Donde: Fc=850MHz

3

Hb=16mts Hm=1.5mts Lurbano=143.71dB Substituyendo (11)

3.7.3 Enlace de bajada Para el enlace de bajada o también conocido como downlink fueron contemplados los siguientes parámetros:

1) Taza de datos Para voz 9.6Kbps y para datos 144Kbps 2) Ancho de banda 1.2288MHz 3) Figura de ruido 8dB 4) Ruido de piso térmico

(12) Substituyendo (12)

Para pasarlo a dBm

5) Ganancia

(13)

Para cada canal substituimos (13) Sincronía

Paging

Tráfico

6) Sensibilidad

Para cada canal substituimos (6) Sincronía

3

Paging

Tráfico

Piloto

(14) Despejando (14)

Substituyendo

7) Salida del amplificador

Para cada canal Sincronía

Paging

Tráfico

Piloto

Substituyendo

Una vez que se realizó el Link Budget se procede a realizar el cálculo de predicción de tráfico de voz y la determinación de la capacidad de usuarios.

(15) Donde: A= tráfico de voz C= número de llamadas T= Tiempo promedio de llamada Tomando en cuenta los 28 canales de tráfico, un tiempo de 90 segundos, 18.64 Erlangs, sustituimos en (15).

Para sacar el número de usuarios en un sector

Para los dos sectores

3

Simulación:

Figura 3.5 Simulación del diseño de la radio base. [F 3.5]

3.8 Resultados

Tabla 4 Resultados para Uplink Parámetros Uplink de subida para

voz Uplink de subida

para datos Frecuencia 850 MHZ 850 MHZ

Ancho de Banda del canal CDMA 1.2288 MHz 1.2288 MHz Tasa de datos 9.6 Kbps 144Kbps

Ganancia de procesamiento 21.07dB 9.31dB Densidad de Ruido -173.83 dBm⁄Hz ≈-

174 dBm⁄Hz -173.83 dBm⁄Hz ≈-174 dBm⁄Hz

Figura de ruido NF 5dB 5dB

Ruido en Ancho de Banda 60.89dB 60.89dB Target Eb/No 7dB 7dB

C/N Mínimo Requerido -14.07dB -2.31dB Sensibilidad Rx -122.18 dBm -110.41dBm

Ganancia de diversidad Rx 3dB 3dB PIRE del Movil clase III 23dBm 23dBm

Ganancia de la antena receptora BTS

17 dBi 17 dBi

Pérdida por cable BTS 1.29 dB 1.29 dB Máxima pérdida permitida 163.89dB 152.12dB

Probabilidad de servicio en el límite de la celda

75 % =0.75 75 % =0.75

Desviación estándar del desvanecimiento lento compuesto

8dB 8dB

Pérdida por penetración en edificios 10dB 10dB Margen de desvanecimiento 15.4dB 15.4dB

Ganancia de Handoff 3.7dB 3.7dB Margen total disponible 14.68 14.68

Pérdidas máximas permitidas 149.21dB 137.44dB Carga por sector 50%=0.5 50%=0.5

Margen de fluctuación de carga 0.5dB 0.5dB

3

Margen de Interferencia o factor de carga

3.5dB 3.5dB

Pérdidas máximas 145.71dB 133.94dB Altura del móvil 1.5m 1.5m

Radio de la celda 5.12 Km 2.41 Km Altura de la antena 16 m 16 m

Factor de corrección de la altura a(hm)

0 0

Lsuburbano 145.69dB 133.92dB Lurbano 155.48dB 143.71dB

Tabla 5 Resultados para Downlink

Parámetros Downlink de bajada

Ancho de Banda del canal CDMA 1.2288 MHz Tasa de datos 9.6 Kbps para voz 144Kbps para datos Figura de ruido

NF 8dB

Ruido en Ancho de Banda 60.89dB

Ganancia

Sincronía 30.10Db Paging 24.08Db Tráfico 21.07Db

Sensibilidad

Sincronía - 124.04dBm Paging - 123.02dBm Tráfico -121.01dBm Piloto -119.04dBm

Salida del Amplificador

Sincronía 0.19 watts Paging 0.77 watts Tráfico 0.52 watts Piloto 4.41 watts

PIRE 63.29dB

Conclusiones

• Se cumplió con el diseño de la radio base en el poblado El Salto, Veracruz, para satisfacer la necesidad de cobertura en el lugar.

• Se detecta que con la sectorización que se tomó en cuenta, la carretera quedará sin cobertura en aproximadamente medio kilómetro, si realizamos el análisis de un coche a velocidad promedio en una carretera (80 km/s), el tiempo que el coche quedará sin cobertura es de 22.5 segundos.

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Anexos

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Apéndices Cálculos para voz

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Cálculos para datos

Acrónimos

3G: ThirdGeneration / Tercera Generación

3GPP: 3rd GenerationPartnership Project / Proyecto de Asociación para la Tercera Generación

BSS: Base StationSubsystem / Sistema de Estaciones Base

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BTS: Base TransceiverStation / Estación Base

CDMA: CodeDivisionMultiple Access / Acceso Múltiple por División de Código

FDMA: FrecuencyDivisionMultiple Access / Acceso Múltiple por División de Frecuencia GPRS: General Packet Radio Service / Servicio General de Paquetes de Radio

GPS: Global PositioningSystem / Sistema de Posicionamiento Global

GSM: Global Systemfor Mobile communications / Sistema Global para las Comunicaciones Móviles

HSDPA: High SpeedDownlinkPacket Access / Acceso Descendente de Paquetes a Alta Velocidad

HSUPA: High SpeedUplinkPacket Access / Acceso Ascendente de Paquetes a Alta Velocidad

IMT-2000: International Mobile Telecommunications 2000 / Telecomunicaciones Móviles Internacionales 2000

LTE: Long TermEvolution / Evolución a Largo Plazo

MS: Mobile Station / Estación Móvil

MSC: Mobile Switching Center / Centro de Conmutación Móvil OEM: Onda Electromagética

PIRE: Potencia Isotrópica Radiada Equivalente

SMS: Short MessageService

TDMA: Time DivisionMultiple Access / Acceso Múltiple por División de Tiempo

UMTS: Universal Mobile TelecommunicationSystem / Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles

WCDMA: Wide Code Division Multiple Access

Glosario

Ancho de Banda: Es el rango de frecuencias que puede ocupar una determinada señal, medido en Hertz.

Antena Isotrópica: Teóricamente, es la antena que distribuye su potencia de transmisión exactamente igual y en todas direcciones.

Azimuth: Se refiere al ángulo de orientación de las antenas de una radio base.

Beamwidth: Se refiere al ancho (en grados) del haz de transmisión a la mitad de la potencia del lóbulo de radio principal.

Celda Móvil: Son las áreas de cobertura de radio que emite cada transmisor (Radio Base)

Enlace: Se refiere al camino que toma la señal transmitida, ya que puede ser de subida (del móvil a la radio base) o de bajada (de la radio base al móvil).

Ganancia: Es una magnitud adimensional que representa la relación entre la amplitud de una señal de salida respecto a una señal de entrada. Si esta magnitud es negativa, se toma como una pérdida o atenuación de la señal.

HandOff / HandOver: Transferencia del servicio de voz o datos del móvil de una celda a otra.

Modelos de propagación: Son modelos matemáticos que predicen la forma en que se propagan las ondas de radio en un ambiente dado.

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Modulación: Es el proceso por medio del cual se transporta información a través de una señal portadora.

Onda Electromagnética: Perturbación de los campos eléctricos y magnéticos de forma simultánea en una misma región y cuya radiación puede propagarse a través del vacío.

PIRE: Es la potencia que emitiría una Antena Isotrópica.

Radio Base: Se refiere a la estación donde se transmiten las ondas de radio para la cobertura de una zona celular.

Roaming: Se refiere a la posibilidad del dispositivo móvil para utilizar una red móvil distinta de la de su operador de red.

Ruido: Es toda aquella señal no deseada que se mezcla con la señal de datos transmitida.

Sector: Hace referencia a la zona de cobertura de una antena de acuerdo con los grados de Beamwidth (ancho del haz de emisión) de la misma.

Sensibilidad: Es un parámetro que indica el nivel mínimo de señal que el equipo receptor es capaz de recibir y trabajar como señal de información.

Bibliografía [1] Las ventas de dispositivos tendrán en 2018 su mayor crecimiento desde 2015, un 2% según Gartner, el Economista. Recuperado de: https://www.eleconomista.es/tecnologia/noticias/8679283/10/17/Las-ventas-de-dispositivosaumentaran-un-2-en-2018-su-mayor-crecimiento-desde-2015-segun-Gartner.html Última fecha de consulta: Marzo 2019. [2] Telecomunicaciones TICS, Instituto Tecnológico de Aguascalientes. Recuperado de: https://telecomunicaciones2.webnode.mx/unidad-1/ Última fecha de consulta: Marzo 2019 [3] Introducción a las técnicas de modulación digital. Recuperado de: http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lem/alvarado_s_ja/capitulo2.pdf Última fecha de consulta: Marzo 2019 [5] Ruy Alonso Rebolledo. ¿Cuál es la diferencia entre el 4G y el 4G LTE?. El

economista 30 aniversario. Recuperado de: https://www.eleconomista.com.mx/tecnologia/Cual-es-la-diferencia-entre-el-4G-y-el-4G-LTE20160908-0105.html

Última fecha de consulta: Marzo 2019

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