ESTUDIO DE GENERACIONES DE TECNOLOGÍA CELULAR PARA …

ESTUDIO DE GENERACIONES DE TECNOLOGÍA CELULAR PARA EL ENVÍO

DE DATOS TOMADOS DE UNA PLATAFORMA ROBÓTICA

DIEGO ANDRÉS MARTINEZ ESPITIA

HEINER DARIO LONDOÑO HERNÁNDEZ

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

INGENIERÍA EN TELECOMUNICACIONES

BOGOTÁ D.C.

2016

ESTUDIO DE GENERACIONES DE TECNOLOGÍA CELULAR PARA EL ENVÍO

DE DATOS TOMADOS DE UNA PLATAFORMA ROBÓTICA

DIEGO ANDRÉS MARTINEZ ESPITIA

HEINER DARIO LONDOÑO HERNÁNDEZ

Director del proyecto

Ing. Gustavo Adolfo Higuera Castro

Trabajo de grado para optar al título de profesional en

Ingeniería en Telecomunicaciones

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

INGENIERÍA EN TELECOMUNICACIONES

BOGOTÁ D.C.

2016

1

ÍNDICE DE CONTENIDO

1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................ 8

2 OBJETIVOS ......................................................................................................................................... 9

2.1 Objetivo General. .......................................................................................................................... 9

2.2 Objetivos Específicos. ................................................................................................................... 9

3 MARCO TEÓRICO ............................................................................................................................ 10

3.1 Conceptos básicos de la telefonía celular.................................................................................... 10

3.2 Las generaciones de la telefonía celular...................................................................................... 10

3.2.1 Primera generación (1G) ..................................................................................................... 10

3.2.2 Segunda generación (2G) .................................................................................................... 11

3.2.3 Generación 2.5 G ................................................................................................................ 11

3.2.4 Tercera generación 3G. ....................................................................................................... 11

3.2.5 Cuarta generación 4G. ......................................................................................................... 12

3.3 Comparación entre generaciones de telefonía celular. ................................................................ 13

3.4 3GPP Proyecto Asociación de Tercera Generación .................................................................... 14

3.5 Parámetros de medición .............................................................................................................. 14

3.5.1 RSRP (Reference Signal Received Power) ......................................................................... 14

3.5.2 RSRQ (Reference Signal Received Quality). ..................................................................... 14

3.5.3 RSCP (Received Signal Code Power)................................................................................. 14

3.5.4 Ec/No. ................................................................................................................................. 15

3.5.5 C/I. ...................................................................................................................................... 15

3.6 Handover ..................................................................................................................................... 15

3.7 Throughput .................................................................................................................................. 15

4 METODOLOGÍA ............................................................................................................................... 16

4.1 Investigación para el manejo de las herramientas ....................................................................... 16

4.2 Capacitación acerca del manejo de las herramientas de Drive test y análisis de resultados ....... 17

4.3 Análisis de los resultados obtenidos en las mediciones .............................................................. 17

4.4 Elaboración de documentos ........................................................................................................ 18

5 Transmisión de datos entre la plataforma robótica y un Computador Personal. ................................. 19

5.1 Estudio y evaluación de tecnología para selección de dispositivo móvil. .................................. 19

5.2 Implementación de conexión de dispositivos a tecnología celular. ........................................... 23

5.2.1 Configuración de VPN ........................................................................................................ 24

2

6 RESULTADOS DE MEDICIONES DE COBERTURA .................................................................. 25

6.1 Medición de cobertura para LTE ................................................................................................ 26

6.1.1 Medición de cobertura LTE Claro ...................................................................................... 26

6.1.2 Medición de cobertura LTE TIGO ...................................................................................... 30

6.1.3 Medición de cobertura LTE MOVISTAR .......................................................................... 33

6.2 Medición de cobertura para UMTS ............................................................................................. 35

6.2.1 Medición de cobertura para UMTS CLARO ......................................................................... 35

6.2.2 Medición de cobertura para UMTS TIGO ............................................................................ 39

6.2.3 Medición de cobertura para UMTS MOVISTAR .................................................................. 42

6.3 Medición de cobertura para GSM ............................................................................................... 45

6.3.1 Medición de cobertura para GSM CLARO ........................................................................... 45

6.3.2 Medición de cobertura para GSM TIGO .............................................................................. 47

6.3.3 Medición de cobertura para GSM MOVISTAR .................................................................... 50

7 Pruebas de Transmisión de Datos. ...................................................................................................... 53

7.1 Pruebas para el análisis de la variable velocidad ........................................................................ 53

7.1.1 Resultados prueba de velocidad en descarga para tecnología 4G en buena cobertura .... 54

7.1.2 Resultados prueba de velocidad en descarga para tecnología 4G en mediana cobertura 55

7.1.3 Resultados prueba de velocidad en descarga para tecnología 4G en borde de cobertura 56







7.1.10 Resultados prueba de velocidad en subida para tecnología 4G en buena cobertura ........ 66

7.1.11 Resultados prueba de velocidad en subida para tecnología 4G en mediana cobertura .... 67

7.1.12 Resultados prueba de velocidad en subida para tecnología 4G en borde de cobertura.... 68






3


7.1.19 Resultados prueba de transferencia de datos .................................................................... 76

8 RESULTADOS DE VELOCIDAD OBTENIDOS EN EL PROCESO ............................................. 77

9 Recomendaciones ............................................................................................................................... 82

10 CONCLUSIONES .......................................................................................................................... 83

11 Referencias bibliográficas ............................................................................................................... 84

4

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla No. 1 Comparativo entre tecnologías de telefonía celular [1] [3] [7] .............................................. 13

Tabla 2 Comparativo dispositivos móviles. ................................................................................................. 20

Tabla 3. Asignación de bandas para operadores Claro, Tigo y Movistar ................................................... 21

Tabla 4Valores de potencia de acuerdo a la cobertura. ............................................................................. 53

Tabla 5 Throughput descarga 4G buena cobertura .................................................................................... 55

Tabla 6 Throughput descarga 4G mediana cobertura ............................................................................... 56

Tabla 7 Throughput descarga 4G borde de cobertura ............................................................................... 57

Tabla 8 Throughput descarga 3G buena cobertura .................................................................................... 59

Tabla 9 Throughput descarga 3G mediana cobertura ............................................................................... 60

Tabla 10 Throughput descarga 3G borde de cobertura.............................................................................. 61

Tabla 11Throughput descarga 2G buena cobertura ................................................................................... 63

Tabla 12 Throughput descarga 2G mediana cobertura .............................................................................. 64

Tabla 13 Throughput descarga 2G borde de cobertura ............................................................................. 65

Tabla 14 Throughput en subida 4G buena cobertura ................................................................................. 66

Tabla 15 Throughput subida 4G mediana cobertura ................................................................................. 68

Tabla 16 Throughput subida 4G borde de cobertura ................................................................................ 69

Tabla 17 Throughput subida 3G buena cobertura ...................................................................................... 70

Tabla 18 Throughput subida 3G mediana cobertura ................................................................................. 71

Tabla 19 Throughput subida 3G borde de cobertura ................................................................................. 73

Tabla 20 Throughput subida 2G buena cobertura ...................................................................................... 74

Tabla 21 Throughput subida 2G mediana cobertura .................................................................................. 75

Tabla 22 Throughput subida 2G borde de cobertura ................................................................................ 76

Tabla No. 23 Definición de velocidades 3GPP 25.825 ............................................................................... 77

Tabla No. 24 Datos obtenidos en velocidad de descarga en Mbps para Claro ........................................... 80

Tabla 25 Datos obtenidos en velocidad de descarga en Mbps para Tigo ................................................... 80

Tabla 26 Datos obtenidos en velocidad de descarga en Mbps para Movistar ........................................... 80

Tabla No. 27 Datos obtenidos en velocidad de subida en Mbps para Claro ............................................... 81

Tabla No. 27 Datos obtenidos en velocidad de subida en Mbps para Tigo ................................................ 81

Tabla No. 27 Datos obtenidos en velocidad de subida en Mbps para Movistar ......................................... 81

5

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1 Bandas de frecuencias soportadas por el router Huawei B660 ..................................................... 21

Figura 2 Bandas de frecuencias soportadas por el router Huawei B660 .................................................... 22

Figura 3 Bandas de frecuencias soportadas por el router Huawei E5172 .................................................. 22

Figura 4 Implementación de conexión de dispositivos a tecnología celular. ............................................. 24

Figura 5 RSRP LTE_Claro Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor ....................................... 27

Figura 6 RSRP (LTE_Claro) Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor ................................. 28

Figura 7 Nivel de Ruido LTE_Claro en Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor .................. 29

Figura 8 Nivel de Ruido LTE_Claro en Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor ................ 29

Figura 9 RSRP LTE_Tigo Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor ........................................ 30

Figura 10 RSRP LTE_Tigo Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor. ................................. 31

Figura 11 Nivel de Ruido LTE_Tigo en Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor ................. 32

Figura 12 Nivel de Ruido LTE_Tigo en Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor ............... 32

Figura 13 RSRP LTE_Movistar Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor ............................... 33

Figura 14 RSRP LTE_Movistar Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor. .......................... 34

Figura 15 Nivel de Ruido LTE_Movistar en Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor ........... 34

Figura 16 Nivel de LTE_Movistar en Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor .................. 35

Figura 17 RSCP UMTS_Claro Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor ................................. 36

Figura 18 RSCP UMTS_Claro Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor .............................. 37

Figura 19 Nivel de Ruido UMTS_Claro en Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor ........... 38

Figura 20 Nivel de Ruido UMTS_Claro en Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor ......... 38

Figura 21 RSCP UMTS_Tigo Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor .................................. 39

Figura 22 RSCP UMTS_Tigo Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor .............................. 40

Figura 23 Nivel de Ruido UMTS_Tigo en Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor ............. 41

Figura 24 Nivel de Ruido UMTS_Tigo en Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor ........... 41

Figura 25 RSCP Movistar Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor ..................................... 42

Figura 26 RSCP Movistar Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor .................................. 43

Figura 27 Nivel de Ruido Movistar en Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor ................. 44

Figura 28 Nivel de Ruido Movistar en Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor ............... 44

Figura 29 Potencia en GSM Claro Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor ......................... 45

Figura 30 Potencia en GSM Claro Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor ...................... 46

Figura 31 C/I en GSM Claro Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor .................................. 47

Figura 32 Potencia en GSM Tigo Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor .......................... 48

Figura 33 Potencia en GSM Tigo Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor ....................... 48

Figura 34 C/I en GSM Tigo Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor .................................... 49

Figura 35 C/I en GSM Tigo Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor ................................. 50

Figura 36 Potencia en GSM Movistar Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor ................... 50

Figura 37 Potencia en GSM Movistar Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor ................ 51

Figura 38 C/I en GSM Movistar Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor ............................ 52

Figura 39 C/I en Movistar Tigo Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor .......................... 52

6

Figura 40 Visualización de datos descargados en 4G Claro buena cobertura en software NetPerSec ...... 54

Figura 41 Visualización de datos descargados en 4G Tigo buena cobertura en software NetPerSec ........ 54

Figura 42Visualización de datos descargados en 4G Movistar buena cobertura en software NetPerSec . 54

Figura 43 Visualización de datos descargados en 4G Claro mediana cobertura en software NetPerSec .. 55

Figura 44 Visualización de datos descargados en 4G Tigo mediana cobertura en software NetPerSec .... 55

Figura 45 Visualización de datos descargados en 4G Movistar mediana cobertura en software NetPerSec

.................................................................................................................................................................... 56

Figura 46 Visualización de datos descargados en 4G Claro borde de cobertura en software NetPerSec .. 57

Figura 47 Visualización de datos descargados en 4G Tigo borde de cobertura en software NetPerSec ... 57

Figura 48 Visualización de datos descargados en 4G Movistar borde de cobertura en software NetPerSec

.................................................................................................................................................................... 57

Figura 49 Visualización de datos subidos en 3G Claro buena cobertura en software NetPerSec .............. 58

Figura 50 Visualización de datos subidos en 3G Tigo buena cobertura en software NetPerSec ............... 58

Figura 51 Visualización de datos subidos en 3G Movistar buena cobertura en software NetPerSec ........ 58




.................................................................................................................................................................... 60




.................................................................................................................................................................... 61

Figura 58 Visualización de datos descargados en 2G Claro buena cobertura en software NetPerSec ...... 62

Figura 59 Visualización de datos descargados en 2G Tigo buena cobertura en software NetPerSec ........ 62

Figura 60 Visualización de datos descargados en 2G Movistar buena cobertura en software NetPerSec 62




.................................................................................................................................................................... 63




.................................................................................................................................................................... 64

Figura 67 Visualización de datos subidos en 4G Claro borde de cobertura en software NetPerSec ......... 66

Figura 68 Visualización de datos subidos en 4G Tigo borde de cobertura en software NetPerSec ........... 66

Figura 69 Visualización de datos subidos en 4G Movistar borde de cobertura en software NetPerSec ... 66

Figura 70 Visualización de datos subidos en 4G Claro mediana cobertura en software NetPerSec .......... 67

Figura 71 Visualización de datos subidos en 4G Tigo mediana cobertura en software NetPerSec ............ 67

Figura 72 Visualización de datos subidos en 4G Movistar mediana cobertura en software NetPerSec .... 67


Figura 74 Visualización de datos subidos en 4G Tigo borde de cobertura en software NetPerSec ........... 68


7





Figura 80 Visualización de datos subidos en 3G Tigo mediana cobertura en software NetPerSec ........... 70



Figura 83 Visualización de datos subidos en 3GTigo borde de cobertura en software NetPerSec ........... 72






Figura 89 Visualización de datos subidos en 2G Tigo mediana cobertura en software NetPerSec ............ 74



Figura 92 Visualización de datos subidos en 2G Tigo borde de cobertura en software NetPerSec .......... 75


Figura 94 Tasa de envío de datos plataforma robótica .............................................................................. 76

Figura 95 Release Modem Huawei E5172 en 4G ....................................................................................... 78

Figura 96 Release Modem Huawei E5172 en 3G ....................................................................................... 78

Figura 97 Release Modem Huawei E5172 en 2G. ..................................................................................... 79

8

1 INTRODUCCIÓN

El grupo de investigación Robótica Móvil Autónoma ‘ROMA’ de la Universidad Distrital

Francisco José de Caldas, desarrolla e implementa plataformas robóticas con el fin de establecer

diferentes medidas y comportamientos por medio de diversos sensores. La toma de valores

arrojados por la plataforma robótica se realiza de manera individual, es decir, cada uno de los

sensores está enviando de manera frecuente datos hacia la tarjeta madre del dispositivo y de allí

hacia un router que es el encargado de entregar los datos a una interfaz gráfica de usuario

desarrollada en LABVIEW.

Para implementar un sistema de comunicación remoto en la plataforma robótica se plantea

instalar un router inalámbrico con módulo celular incorporado que permita la transmisión de

datos a través de la red celular de determinado operador de comunicaciones móviles. Al realizar

el tráfico de datos es posible comparar variables como velocidad, cobertura y costos en las tres

generaciones de tecnología celular 2G, 3G y 4G con el fin de saber cuál es la más aproPiada en

este tipo de proyectos.

9

2 OBJETIVOS

2.1 Objetivo General.

Evaluar y comparar tres generaciones de tecnología celular haciendo uso de una plataforma

robótica perteneciente al grupo de Investigación Robótica Móvil Autónoma ‘ROMA’ de la

Facultad Tecnológica de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas.

2.2 Objetivos Específicos.

Estudiar el comportamiento de las variables velocidad y cobertura en generaciones de

tecnología celular, haciendo uso de una plataforma perteneciente al grupo de

investigación Robótica Móvil Autónoma ‘ROMA’.

Realizar las pruebas de transmisión de datos en baja, media y buena cobertura en la red

perteneciente a un operador de servicios de comunicaciones móviles

Establecer la transmisión de datos entre la plataforma robótica y un computador personal

a través de una red celular con el fin de comparar las tecnologías.

Plantear la opción económica más viable para ser usada por esta plataforma robótica.

10

3 MARCO TEÓRICO

3.1 Conceptos básicos de la telefonía celular

Para contextualizar los apartes de este proyecto, se hace necesario revisar la trascendencia de la telefonía

celular antes de describir cada una de las tecnologías que han permitido la evolución de la misma. Los

sistemas de telefonía celular son sistemas de comunicaciones móviles en los cuales la zona o territorio en

que se brinda el servicio se divide en celdas (células), cada una de las cuales es servida por una estación

de radiocomunicaciones, de modo que cuando un abonado celular se mueve a través de la zona de

cubrimiento del sistema, en cada momento es atendido por la estación correspondiente a la celda en que

se encuentra, y al transitar a una celda vecina pasa a ser atendido por la estación correspondiente a la

misma, sin que se Pierda la comunicación que pueda existir en el momento del tránsito de una celda a la

otra. [1]

En cuanto a la forma de transmisión, los sistemas de telefonía celulares pueden clasificarse en analógicos

y digitales. Dentro de cada clasificación existen diferentes normas de transmisión que definen las bandas

de frecuencias utilizadas (bandas de 800 MHz, 900 MHz, 1800 MHz, 1900 MHz, etc.), los métodos de

acceso múltiple a emplear (FDMA, TDMA, CDMA), las formas de modulación (FM, nQAM, etc.). [1]

3.2 Las generaciones de la telefonía celular

3.2.1 Primera generación (1G)

La primera generación de la telefonía móvil (1G) hizo su aparición en 1979 y se caracterizó por

ser analógica y estrictamente para voz. La calidad de los enlaces era muy precaria, tenían baja

velocidad (2400 baudios). En cuanto a la transferencia entre celdas, era muy imprecisa ya que

contaban con una capacidad limitada (Basadas en FDMA, Frequency Division Multiple Access),

además, la seguridad no existía. La tecnología predominante de esta generación es AMPS

(Advanced Mobile Phone System). [1]

11

3.2.2 Segunda generación (2G)

La segunda generación (2G) arribó hasta el año1990 y a diferencia de la primera se caracterizó por

ser digital. El sistema 2G utiliza protocolos de codificación más sofisticados en comparación a la

primera generación y se emplea en los sistemas de telefonía celular actuales. Las tecnologías

predominantes son: GSM (Global System por Mobile Communications); IS-136 (conocido

también como TIA/EIA136 o ANSI-136) y CDMA (Code Division Multiple Access). [2]

Los protocolos empleados en los sistemas 2G soportan velocidades de información más altas por

voz, pero limitados en comunicación de datos. Se pueden ofrecer servicios auxiliares, como

datos, fax y SMS (Short Message Service). La mayoría de los protocolos de 2G ofrecen

diferentes niveles de encriptación. [3]

3.2.3 Generación 2.5 G

Muchos de los proveedores de servicios de telecomunicaciones migraron a las redes 2.5G antes

de entrar masivamente a la tercera generación. Dado que en esta época se trataba de una opción

de servicios de valor agregado y con precios más económicos que tecnologías de tercera

generación. [3]

La generación 2.5G ofrece características extendidas, ya que cuenta con más capacidades

adicionales que los sistemas 2G, como: GPRS (General Packet Radio System), HSCSD (High

Speed Circuit Switched), EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution), IS-136B e IS-

95Bm entre otros. [3]

3.2.4 Tercera generación 3G.

La tercera generación se caracteriza por contener a la convergencia de voz y datos con acceso

inalámbrico a Internet; en otras palabras, es apta para aplicaciones multimedia y altas

transmisiones de datos. Los protocolos empleados en los sistemas 3G soportan altas velocidades

12

de información y están enfocados para aplicaciones más allá de la voz como audio (mp3), video

en movimiento, videoconferencia y acceso ráPido a Internet. [1]

Los sistemas de este estándar son básicamente una mejora lineal de los sistemas 2G y al igual

que sus evoluciones intermedias, está basado en una infraestructura de backbone paralela,

consistente por un lado en nodos de conmutación de circuitos y por otro lado en nodos de

conmutación de paquetes (Circuit-Switched and Packet-Switched Domains). [4]

Además las redes de tercera generación ofrecen un mayor grado de seguridad en comparación de

sus predecesoras, puesto que permiten al terminal móvil autenticar la red a la que se está

conectando. Esto facilita que el usuario este seguro que su comunicación tanto de voz como de

datos se está transmitiendo de manera segura por la red de su operador de servicios móviles. [5]

3.2.5 Cuarta generación 4G.

La cuarta generación de telefonía celular (4G) está basada completamente en el protocolo IP,

siendo un sistema y una red, que se alcanza gracias a la convergencia entre las redes de cable e

inalámbricas. La principal diferencia con las generaciones predecesoras será la capacidad para

proveer velocidades de acceso mayores de 100 Mbit/s en movimiento y 1 Gbit/s en reposo. [6]

La generación 4G fue desarrollada con el objetivo de ofrecer servicios basados en banda ancha

móvil tales como Multimedia Messaging Service (MMS), video chat, Mobile TV, contenido

HDTV, Digital Video Broadcasting(DVB), servicios básicos como voz y datos, siempre

manteniendo el concepto de uso en cualquier lugar y en cualquier momento. Todos los servicios

deberán ser prestados teniendo como premisas el intercambio de paquetes en un ambiente IP. [6]

[7]

https://es.wikipedia.org/wiki/Protocolo_IP

https://es.wikipedia.org/wiki/Mbit

https://es.wikipedia.org/wiki/Gbit

13

3.3 Comparación entre generaciones de telefonía celular.

Para realizar este comparativo se muestran diferentes características de cada generación de

telefonía celular, por ejemplo: la tasa de transferencia de datos, modo de operación,

implementación, etc.

Cabe destacar que entre los datos que se muestran en la tabla número 1 se hace un énfasis en la

capacidad de ancho de banda dedicada a datos para cada tipo de tecnología, dado que es uno de

los parámetros que se tuvo en cuenta en el desarrollo de este proyecto. [1] [3] [7]

Tecnología/

Características 1G 2G 2,5G 3G 4G

Inicio/

Implementado

1970 /

1984

1980/

1991 1985/ 1999

1990/

2002 2000/ 2006

Ancho de banda

para Datos 1,9Kbps 14,4Kbps 14,4Kbps 2 Mbps 200 Mbps

Estándar AMPS

TDMA,

CDMA,

GSM

GPRS, EDGE,

1xRTT

WCDMA,

CDMA-

2000

Estandar

Unificado

Tecnología Celular

Análoga

Celular

Digital Celular Digital CDMA, IP IP

Servicios Telefonía

Móvil

Voz y

mensajes

de texto

cortos

mayor capacidad

de datos

Integración

de alta

calidad de

audio y

video

Información

dinámica y

acceso a

servidores IP

Switching Circuitos Circuitos

Circuito para

acceso a la red y

paquetes para

acceso a datos

Paquetes y

interfaz

aérea

circuitos

Paquetes

Core Network PSTN PSTN PSTN y

paquetes de red

Paquetes de

red Internet

Tabla No. 1 Comparativo entre tecnologías de telefonía celular [1] [3] [7]

14

3.4 3GPP Proyecto Asociación de Tercera Generación

Con la evolución de las tecnologías de telefonía celular también se hizo necesario que tanto fabricantes de

dispositivos móviles como implementaciones de red manejaran configuraciones de conectividad que

ambas partes entendieran. Por esta razón se crea el 3GPP (3rd Generation Partnership Project, por sus

siglas en inglés). Y que consiste en una colaboración de grupos de asociaciones de telecomunicaciones

cuyo objetivo es generar las especificaciones de un sistema global de comunicaciones de tercera

generación 3G para teléfonos móviles. La estandarización 3GPP abarca radio, redes de núcleo y

arquitectura de servicio. [8]

3.5 Parámetros de medición

Dentro de las pruebas que se realizaron en cada una de las tecnologías se evaluaron parámetros de

potencia y de señal a ruido, entre los parámetros más importantes en las mediciones se encuentran:

3.5.1 RSRP (Reference Signal Received Power)

La RSRP mide el promedio de potencia por portadora LTE calculada sobre todas las señales de

referencia, la 3GPP establece la definición formal como “Se define como el promedio lineal sobre las

contribuciones de energía (en W) de los recursos elementales que llevan las señales de referencia de

celdas especificas dentro del ancho de banda de frecuencia de medición considerado”. [9] [10]

3.5.2 RSRQ (Reference Signal Received Quality).

Este tipo de medida indica la calidad de la señal de referencia recibida y se utiliza cuando la RSRP no es

suficiente para realizar la reselección de la celda, la 3GPP establece la definición como “se define como la

relación N * RSRP/(portadora E-UTRA) donde N es el número de RB del ancho de banda de medición

RSSI” dependiendo el resultado de lo obtenido de RSRP. [10]

3.5.3 RSCP (Received Signal Code Power)

RSCP denota a potencia medida por parte de los receptores en un canal de comunicación en redes en

tercera generación. Se utiliza como una indicación de la intensidad de la señal como criterio para

establecer un handover. Aunque estas medidas se definen para cualquier sistema CDMA, se utiliza

específicamente en UMTS. [11]

15

3.5.4 Ec/No.

Esta medida se refiere a la cantidad de energía recibida (Eb) por el receptor, dividida por el ruido de

densidad espectral (No), es decir por la cantidad de señales de ruido que se encuentren en la transmisión.

Es por eso que en cuanto el valor de No sea mayor la calidad de la señal se deteriora. [12]

3.5.5 C/I.

Se trata de la relación portadora (C) sobre la interferencia (I), y en esta se define la intensidad de la señal

de la célula y afectación dela potencia de la señal no deseada (ruido). Este sistema de media es utilizado

por emisiones de segunda generación GSM. [12]

3.6 Handover

Este mecanismo se utiliza para gestionar la movilidad de los equipos de usuario que se encuentran en

modo activo, manteniendo al usuario conectado a la red de una estación base a la otra, los requisitos de

diseño de un mecanismo de preparación y ejecución del handover se plantean en términos del tiempo de

interrupción o tasa de pérdida de datos que puede aparecer durante la ejecución del cambio. En este

sentido, en los requerimientos de diseño del sistema LTE, se establece que la degradación de prestaciones

en la que puede incurrirse durante la realización de un handover debe ser menor o igual a la existente en

redes de circuitos GSM. [13]

3.7 Throughput

La definición de rendimiento para este estudio es de suma importancia puesto que la determinación de

velocidad de la red está dada por este ítem. En redes de comunicaciones, se llama throughput a la tasa

promedio de éxito en la entrega de datos sobre un canal de comunicación. Este dato puede ser entregado

sobre un enlace físico o lógico, o a través de un cierto nodo de la red. [14]

16

4 METODOLOGÍA

Las actividades realizadas para este proyecto son las descritas a continuación.

4.1 Investigación para el manejo de las herramientas

Se realizó la respectiva búsqueda de información acerca del manejo de las

herramientas usadas por las compañías de telecomunicaciones para hacer

mediciones de las diferentes variables y así mismo compararlas.

Se investigó la forma en que es realizado un drive test y qué sitios son usualmente

seleccionados por los operadores de telefonía celular para lograr un óptimo

rendimiento de los equipos de telecomunicaciones, con el fin de obtener los

mejores resultados en los mismos.

Capacitación acerca del manejo de las herramientas usadas, con el fin de

interpretar los datos arrojados por ellas y más adelante poder compararlas.

Se seleccionaron los lugares para hacer las mediciones con el fin de tener valores

reales acerca de la red móvil en los sitios que usualmente las personas manipulan

estas plataformas robóticas.

Con el fin de determinar las capacidades de velocidad a los que pertenece el

Modem Huawei E5172, se realizaron pruebas con los equipos Rohde & Schwarz

CMW500 y CMU200

Debido a las características de seguridad de la red del operador móvil

seleccionado se hizo uso de una tarjeta Raspberry Pi para generar la comunicación

entre la plataforma robótica y una VPN para de esta manera hacer la transferencia

de datos, por lo cual se tomó capacitación en el manejo de la tarjeta Raspberry Pi.

17

4.2 Capacitación acerca del manejo de las herramientas de Drive test y análisis de

resultados

Se recibió capacitación acerca del manejo de la herramienta SDT perteneciente a

al fabricante del chipset Hi Silicon usado por el router Huawei E5172 con el fin

de obtener resultados y análisis de distintas variables que facilitaran el proceso de

comparación entre tecnologías.

Para el análisis de la variable velocidad se recibió capacitación de la herramienta

NetPerSec con el fin de observar la cantidad de datos descargados en un instante

de tiempo definido.

Con el ideal de tener parcialidad en la comparación entre las tres tecnologías de

telefonía celular se recibió capacitación en la herramienta de Drive test Nemo

Handy 2,5 para así obtener valores verdaderos acerca de la localización de los

puntos que cuenten con buena cobertura, media cobertura y borde de cobertura.

Para el análisis en el post proceso de la información se recibió capacitación de la

herramienta Nemo Analize 7,3 para la generación de gráficas y mapas de los

puntos explorados en el proceso.

4.3 Análisis de los resultados obtenidos en las mediciones

Gracias a las herramientas mencionadas se obtuvieron datos como mapas, gráficas

y valores numéricos que pudieron ser analizados y comparados.

18

4.4 Elaboración de documentos

Con el consolidado de la información obtenida se procedió a procesar y

desarrollar este documento en donde se incluye el análisis de los datos y

conclusiones del proceso en general.

19

5 Transmisión de datos entre la plataforma robótica y un Computador

Personal.

La plataforma robótica presentaba problemas de comunicación con el equipo de cómputo, dado

que la distancia que ofrecía la conexión mediante Wifi era de corto alcance. Se propuso usar la

red celular para dar un rango de cobertura amplio y así dar autonomía a este tipo de proyectos y

poder operarlos incluso a kilómetros de distancia siempre y cuando exista cobertura del operador

seleccionado.

Para llegar a esta solución se decidió cambiar la configuración de comunicación que tenía la

plataforma robótica, la cual consistía en un router que permitía por un lado conectar el pc por

medio de Wifi y a través de un puerto Ethernet la FPGA. La nueva configuración que se realizó

consiste en la implementación y cambio de router por el modelo de Huawei E5172 el cual cuenta

con conexión Ethernet para conectarse a la FPGA y módulo celular para acceder a internet y

poder ser operada de forma remota.

5.1 Estudio y evaluación de tecnología para selección de dispositivo móvil.

Para la selección del dispositivo móvil que permitió la transmisión de datos desde la plataforma

robótica hacia la interfaz gráfica de control, se generó una lista con las posibles referencias de

routers con interfaz celular que permitieran tener acceso a internet por medio de la red de los

operadores móviles seleccionados. Esta comparación se realizó teniendo en cuenta diferentes

parámetros como son: Disponibilidad en el mercado Colombiano, especificaciones técnicas,

soporte de bandas para los operadores móviles seleccionados. La descripción de estos parámetros

se muestra en la tabla 2.

20

Marca Referencia Bandas Estandares IEEE

802.11 Data Speed (Mbps)

Huawei B660

2G 2 / 5

b/g/n

UP 50

3G 2 / 5 DOWN 150

4G N/A

Huawei B310

2G 2/3/5/8

b/g/n

UP 50

3G 1/2/4/5 DOWN 150

4G 1/2/4//7/28

Huawei E5172

2G 2 / 5 / 4

b/g/n

UP 50

3G 2/5/7 DOWN 150

4G 5 / 7

Netgear LG2200d

2G N/A

b/g/n

UP 80

3G 2 / 5 DOWN 150

4G 4 /5 /12

ZTE MF28B

2G N/A

b/g/n

UP 50

3G 2 / 5 DOWN 100

4G 7 Tabla 2 Comparativo dispositivos móviles.

Dado que en Colombia los dispositivos móviles deben ser registrados ante la CRC y de esta

manera evitar ser bloqueados, todo esto con el fin de evitar la importación y venta de equipos sin

velar por la eficiencia, correcto funcionamiento a través de pruebas de homologación y además

evitar que sean traídos al país por contrabando, como lo determina la Resolución CRC 4868 de

2016 en el artículo 8 en donde se menciona lo siguiente:

“Que con el objeto que en la Base de Datos Positiva se cargue toda la información de

los IMEI de los equipos que ingresaron legalmente al país, el Gobierno nacional exPidió

el Decreto 2025 de 2015 “Por el cual se establecen medidas para controlar la

importación y exportación de teléfonos móviles inteligentes, teléfonos móviles celulares,

y sus partes, clasificables en las subpartidas 8517.12.00.00 y 8517.70.00.00 del Arancel

de Aduanas y se deroga el Decreto 2365 de 2012”, mediante el cual se dispuso que dicho

cargue de IMEI se realice por parte de los importadores a través del módulo de consulta

y verificación de IMEI del ministerio TIC.”

21

Se procedió a seleccionar los routers disponibles en el mercado colombiano que cumplieran con

los requisitos de registro ante esta entidad. De esta manera se encontraron los siguientes

dispositivos: Huawei E5172, Huawei B310, Huawei B660

El proceso de selección fue determinado por la interfaz de radio y bandas soportadas según las

frecuencias asignadas en Colombia para los operadores Claro, Tigo y Movistar descritas en la

tabla a continuación.

OPERADOR 2G 3G 4G

Claro Banda V

(850 MHz)

Banda II

(1900MHz)

Banda 7

(2500 MHz)

Tigo Banda V

(850 MHz)

Banda II

(1900MHz)

Banda IV - AWS

(1700 MHz)

Movistar Banda V

(850 MHz)

Banda II

(1900MHz)

Banda IV - AWS

(1700 MHz) Tabla 3. Asignación de bandas para operadores Claro, Tigo y Movistar

Por medio de la ficha técnica de cada router se pudo establecer la siguiente información:

Huawei B660

Figura 1 Bandas de frecuencias soportadas por el router Huawei B660

22

Huawei B310

Figura 2 Bandas de frecuencias soportadas por el router Huawei B660

Huawei E5172

Figura 3 Bandas de frecuencias soportadas por el router Huawei E5172

23

Como información técnica del router Huawei B660, se evidencio que el dispositivo no cuenta

con conexión a tecnología LTE. Por esta razón fue descartado ya que el estudio realizado debía

ser también con esta tecnología.

Una vez se seleccionaron los routers que soportaran las bandas 2, 4, 5 y 7 se procedió a encontrar

un valor agregado que hiciera más fácil su elección. Dado que los routers Huawei B310 y

Huawei E5172 tienen características técnicas muy similares, se procedió a elegir el router

Huawei E5172 puesto que la empresa Huawei Colombia, contaba con la licencia del dispositivo

por 6 meses para acceder al software de análisis con el fin de observar los niveles de potencia y

ruido.

5.2 Implementación de conexión de dispositivos a tecnología celular.

Al seleccionar la red móvil como medio de comunicación se encontraron inconvenientes, puesto

que la transmisión de datos hacia un servidor no es posible dados los esquemas de seguridad

(Puertos bloqueados) de la red celular de cada operador móvil seleccionado. Se gestionaron

solicitudes ante los operadores móviles para realizar la comunicación pero dentro de su

reglamentación no es permitido el desbloqueo de puertos para el envío de información a través

de internet. Por esta razón se decidió implementar una VPN que además de las características de

seguridad permitiera generar el tráfico de datos por medio de ella.

Para establecer conexión con la VPN desde la FPGA que tiene la plataforma robótica hacia el

servidor y viceversa, se hizo uso de una tarjeta Raspberry Pi con el fin de acceder a ella y

establecer la comunicación entre las dos partes. Desde allí se hicieron las respectivas

configuraciones para re direccionar los datos enviados desde la dirección IP de la FPGA hasta

llegar al computador.

Cabe mencionar que por las características de hardware del equipo Huawei E5172 se instaló un

switch para establecer la conexión entre la FPGA y la tarjeta Raspberry Pi dado que este router

solo tiene un puerto de conexión Ethernet y para llevar a cabo la transferencia de datos con los

dos dispositivos se requiere mínimo de dos puertos. En la figura 4 se muestra la conexión entre

los dispositivos y el flujo de datos entre los mismos.

24

Figura 4 Implementación de conexión de dispositivos a tecnología celular.

5.2.1 Configuración de VPN

Para configurar el acceso a la VPN por parte de la plataforma robótica se hizo uso de una tarjeta

Raspberry Pi con los siguientes parámetros de configuración: se instaló OPENVPN para gestionar todo el

contenido de acceso hacia la VPN. Para ello se crearon certificados y archivos con la información de

acceso los cuales se encuentran en el directorio “/etc/OpenVPN/pruebas-client.conf”.

Por defecto la tarjeta Raspberry Pi usa DHCP para configurar las interfaces de red, como en este caso de

uso se necesita configurar el puerto Ethernet con una dirección IP estática y agregando que aunque la

tarjeta Raspberry Pi brinda la posibilidad de conectar una pantalla y así interactuar con su sistema

operativo para generar esta configuración, se mantuvo la propiedad autómata de la plataforma robótica

generando el siguiente script:

auto eth0 allow-hotplug eth0 iface eth0 inet static address 192.168.30.50 netmask 255.255.255.0 gateway 192.168.30.1

25

auto eth0:1 iface eth0:1 inet static address 192.168.3.1 netmask 255.255.255.0

Para poder acceder a la VPN desde el computador, es necesario instalar un software llamado

Open VPN. Se debe copiar en el directorio raíz del programa el certificado y el archivo de

configuración con el fin de autenticarse y tener ingreso.

Una vez instalado el programa basta con abrirlo y seleccionar la opción conectar. Es en este

momento cuando se autentica que los archivos de configuración y el certificado pertenezcan a la

VPN a la que se quiere ingresar.

Con el fin de tener crear el direccionamiento de la dirección IP de la FPGA hasta el computador,

se debe abrir el símbolo del sistema de Windows y digitar la siguiente línea:

“route add 192.168.3.0 mask 255.255.255.0 10.30.31.8”

Basta con tener acceso a internet desde la parte del robot para poder ser manipulado desde el

computador.

6 RESULTADOS DE MEDICIONES DE COBERTURA

En las mediciones realizadas con la herramienta Nemo Handy se pudo obtener un mapa de

cobertura para la Facultad Tecnológica de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas,

ubicada al sur de la ciudad de Bogotá Colombia. En este caso se tomó este sitio de referencia

dado que es allí en donde se hace el mayor uso de las plataformas robóticas del grupo de

investigación Robótica Móvil Autónoma ´ROMA´.

En cuanto a la comparación de los resultados en cada una de las mediciones frente a valores

teóricos y de reglamentación se utilizaron los estándares de la 3GPP que se describen a

continuación:

• Para comunicaciones a través de tecnología 4G se utilizó la recomendación 3GPP

136.133, en donde se definen los parámetros de potencia RSRP teniendo como referencia los

niveles de dBm adecuados para una buena transmisión y que para este caso deben estar por

encima de los -100dBm y los valores de condiciones de ruido RSRQ en donde se definen los

valores en los que la señal es afectada por el ruido y deben realizarse los handover.

26

• En tecnología celular 3G se basó el estudio en la recomendación 3GPP 25.215, en donde

se define el rango de valores de potencia RSCP y que estipula que los niveles de potencia para

una buena transmisión están por encima de los -80dBm y niveles de Ruido Ec/No deben

encontrase sobre los -8dBm para evitar handover o perdida de la comunicación.

• En cuanto a tecnología 2G se fundamentó el estudio en la recomendación 3GPP 45.008,

en donde se muestran los criterios de niveles de potencia y niveles de ruido para la transmisión

de señales de esta tecnología, teniendo como valores idóneos para la transmisión una potencia

RX entre 0dBm y -65dBm y niveles de ruido C/I cercanos a los 16dBm.

En este sitio se realizaron los mismos recorridos para cada una de las tecnologías celulares para

cada operador, en los cuales se tomaron las medidas de los parámetros concernientes a estas

mismas.

En el estudio que se realizó en esta zona se manejaron dos tipos de pruebas dadas las

características geográficas de la misma, es decir, como no se podía generar un recorrido

detallado por cada parte de su infraestructura, se optó por realizar dos tipos de drive test: un drive

test Outdoor o perimetral de la facultad y otro Indoor a través de las instalaciones de la misma.

Los resultados obtenidos se muestran a continuación.

6.1 Medición de cobertura para LTE

6.1.1 Medición de cobertura LTE Claro

En las mediciones internas para LTE se obtuvieron valores de potencia mayores a -100dBm en

un 78.70% y valores de mediana cobertura en un 21.30% del área de estudio y al comparar estos

valores con las medidas obtenidas en el área perimetral, tenemos un crecimiento en la cobertura

de potencia ideal al 79.47%. Esto se debe a la interferencia de la multitrayectoria de las señales

provocada por los bloques o edificios de la Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas.

27

Figura 5 RSRP LTE_Claro Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor

28

Figura 6 RSRP (LTE_Claro) Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor

Los niveles de ruido RSRQ para las mediciones internas se encuentran sobre el rango de -5dBm

y -10dBm en un 80.12% y aunque es un buen valor, nuevamente es superado por las mediciones

perimetrales en donde se tiene un porcentaje 84.66%, esto quiere decir que se presentan más

handover en el recorrido interno. Además se muestra que en ninguno de los dos casos se presenta

una óptima relación señal a ruido según los estándares ya mencionados.

29

Figura 7 Nivel de Ruido LTE_Claro en Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor

Figura 8 Nivel de Ruido LTE_Claro en Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor

30

6.1.2 Medición de cobertura LTE TIGO


un 11.02% y valores de mediana cobertura en un 31.23% del área de estudio y al comparar

estos valores con las medidas obtenidas en el área perimetral, tenemos un crecimiento en la

cobertura de potencia ideal al 16.02%.

Figura 9 RSRP LTE_Tigo Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor

31

Figura 10 RSRP LTE_Tigo Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor.


y -9dBm en un 76.82% y aunque es un buen valor, nuevamente es superado por las mediciones

perimetrales en donde se tiene un porcentaje 75.33%, esto quiere decir que se presentan más

handover en el recorrido interno. Además se muestra que en ninguno de los dos casos se presenta

una óptima relación señal a ruido según los estándares ya mencionados.

32

Figura 11 Nivel de Ruido LTE_Tigo en Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor

Figura 12 Nivel de Ruido LTE_Tigo en Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor

33

6.1.3 Medición de cobertura LTE MOVISTAR


un 8.98% y valores de mediana cobertura en un 27.66% del área de estudio y al comparar estos

valores con las medidas obtenidas en el área perimetral, tenemos un crecimiento en la cobertura

de potencia ideal al 17.19%.

Figura 13 RSRP LTE_Movistar Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor

34

Figura 14 RSRP LTE_Movistar Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor.


y -9dBm en un 80.81% frente a 78.04% en mediciones perimetrales, manteniendo más

estabilidad en la conexión en este recorrido.

Figura 15 Nivel de Ruido LTE_Movistar en Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor

35

Figura 16 Nivel de LTE_Movistar en Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor

6.2 Medición de cobertura para UMTS

6.2.1 Medición de cobertura para UMTS CLARO

Por el contrario en redes LTE para esta zona se presentó mayor capacidad de cobertura en las

mediciones internas que en las perimetrales al tener un 71.22% de emisión de optima potencia

frente a un 63.20%, pero el porcentaje en mediana cobertura es mayor en las mediciones

perimetrales al tener un 32.20% contra un 26.43%, esto se traduce como la posibilidad que el

ruido afecte más a las señales de mediana cobertura fuera de la Facultad Tecnológica Francisco

José de Caldas que en su interior.

36

Figura 17 RSCP UMTS_Claro Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor

37

Figura 18 RSCP UMTS_Claro Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor

Como se mencionó los niveles de señal de ruido afectarían la cobertura en las mediciones

perimetrales presentando un 22.95% de Ec/No frente a 16.98% y esto se traduce en la necesidad

del dispositivo en realizar mayor cantidad de handover para mantener la comunicación. A pesar

que se presenta más atenuación en la zona interna de esta área se interpreta que el operador

móvil emite con mayor potencia su señal 3G para evitar este fenómeno.

38

Figura 19 Nivel de Ruido UMTS_Claro en Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor

Figura 20 Nivel de Ruido UMTS_Claro en Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor

39

6.2.2 Medición de cobertura para UMTS TIGO

Para las mediciones de Tigo en tecnologías UMTS se presentó mayor capacidad de cobertura en

las mediciones internas que en las perimetrales al tener un 61.73% frente a 46.77%

Figura 21 RSCP UMTS_Tigo Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor

40

Figura 22 RSCP UMTS_Tigo Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor

Como se mencionó los niveles de señal de ruido afectarían la cobertura en las mediciones

perimetrales presentando un 25.51% de Ec/No frente a 36.98% y esto se traduce en la necesidad

del dispositivo en realizar mayor cantidad de handover para mantener la comunicación. A pesar

que se presenta más atenuación en la zona interna de esta área se interpreta que el operador

móvil emite con mayor potencia su señal 3G para evitar este fenómeno.

41

Figura 23 Nivel de Ruido UMTS_Tigo en Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor

Figura 24 Nivel de Ruido UMTS_Tigo en Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor

42

6.2.3 Medición de cobertura para UMTS MOVISTAR

Para las mediciones de Tigo en tecnologías UMTS se presentó mayor capacidad de cobertura en

las mediciones internas que en las perimetrales al tener un 49.93% frente a 37.38%

Figura 25 RSCP Movistar Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor

43

Figura 26 RSCP Movistar Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor

La señal de ruido afectarían la cobertura en las mediciones perimetrales presentando un 37.43%

de Ec/No frente a 25.99% y esto se traduce en la necesidad del dispositivo en realizar mayor

cantidad de handover para mantener la comunicación. A pesar que se presenta más atenuación en

la zona interna de esta área se interpreta que el operador móvil emite con mayor potencia su

señal 3G para evitar este fenómeno.

44

Figura 27 Nivel de Ruido Movistar en Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor

Figura 28 Nivel de Ruido Movistar en Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor

45

6.3 Medición de cobertura para GSM

6.3.1 Medición de cobertura para GSM CLARO

En las mediciones de potencia en GSM ocurrió lo mismo que en las mediciones en tecnologías

de tercera generación, al tener un índice de radiación de potencia mayor en la zona interna que en

las mediciones de zona perimetral, obteniendo así un 80.71% de cobertura con optima potencia

en la zona interna frente a un 73.09% en la zona perimetral.

En ambos casos se evidencia que la cobertura en las mediciones es óptima dado que los índices

que se encuentran entre -75dBm y -85dBm (Mediana Cobertura) están sobre un 1.19%, esto

quiere decir que en tecnologías de 2G en este sector está emitiendo muy buen señal de potencia

pero se puede ver afectada por la interferencia de las señales de ruido.

Figura 29 Potencia en GSM Claro Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor

46

Figura 30 Potencia en GSM Claro Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor

En las mediciones de interferencia de ruido se evidenció que la mayoría de la zona tanto

perimetral como interna se ve afectada por niveles de ruido que están en el rango de 16dBm y

13dBm en un porcentaje promedio entre las dos del 26%. Esto quiere decir que aunque se cuenta

con muy buena cobertura de potencia, esta puede presentar varias intermitencias en la

comunicación al tener zonas tratando de hacer handover a otra BTS. Este caso se presenta con

mayor proporción en las mediciones internas.

47

Figura 31 C/I en GSM Claro Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor

6.3.2 Medición de cobertura para GSM TIGO

La potencia en GSM presenta mediciones en los mismos rangos que en tecnologías de tercera

generación, al tener un índice de radiación de potencia mayor en la zona interna que en las

mediciones de zona perimetral, obteniendo así un 26.63% de cobertura con optima potencia en la

zona interna frente a un 42.41% en la zona perimetral.

En ambos casos se evidencia que la cobertura en las mediciones es óptima dado que los índices

que se encuentran entre -75dBm y -85dBm (Mediana Cobertura) están sobre un 3.54%, esto

quiere decir que en tecnologías de 2G en este sector está emitiendo muy buen señal de potencia

en comparación con Claro.

48

Figura 32 Potencia en GSM Tigo Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor

Figura 33 Potencia en GSM Tigo Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor

49







Figura 34 C/I en GSM Tigo Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor

50

Figura 35 C/I en GSM Tigo Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor

6.3.3 Medición de cobertura para GSM MOVISTAR

La potencia en GSM presenta un índice de radiación de potencia mayor en la zona externa que

en las mediciones de zona interna, obteniendo así un 42.44% de cobertura con optima potencia

Figura 36 Potencia en GSM Movistar Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor

51

Figura 37 Potencia en GSM Movistar Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor







52

Figura 38 C/I en GSM Movistar Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Indoor

Figura 39 C/I en Movistar Tigo Facultad Tecnológica Francisco José de Caldas Outdoor

53

7 Pruebas de Transmisión de Datos.

7.1 Pruebas para el análisis de la variable velocidad

La prueba de velocidad consiste en calcular la cantidad de bits que es capaz de descargar el dispositivo

en un segundo. Para ello, se hace uso de una herramienta llamada NetPerSec en donde puede

observarse la cantidad de bits recibidos y enviados por el dispositivo que esté generando tráfico de

datos en el momento.

Para hacerlo de manera controlada y llegar a un cálculo matemático, se genera todo el tráfico posible

por un lapso de tiempo de 10 minutos. Al terminar el tiempo y teniendo el valor total de bits

descargados, se puede obtener la velocidad media de transferencia de datos como se muestra en la

fórmula a continuación:

𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑑𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑏𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑜 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑡𝑖𝑑𝑜𝑠

𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑟𝑢𝑒𝑏𝑎 (𝑒𝑛 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜𝑠)= 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 (𝑀𝑏𝑝𝑠)

Fórmula 1. Cálculo de la velocidad de descarga.

Esta prueba es ejecutada para distintos escenarios de cobertura definidos por los operadores con los

siguientes valores de potencia:

TECNOLOGÍA CONDICIONES

BORDE DE

COBERTURA 4G

RSRP (dBm):

menor a -104

RSRQ:

menor a -13

3G

RSCP (dBm):

menor a -100

Ecio:

menor a -16

MEDIANA

COBERTURA 4G

RSRP (dBm):

-94 a -103

RSRQ:

-8 a -12

3G

RSCP(dBm):

-82 a -99

Ecio:

-11 a -15

BUENA COBERTURA 4G RSRP (dBm):

-94 a -103

RSRQ:

mayor a -9

3G

RSCP(dBm):

mayor a -94

Ecio:

mayor a -11

Tabla 4Valores de potencia de acuerdo a la cobertura.

54

Partiendo de estos valores se calculó la velocidad en cada tecnología celular dando como resultado los

cálculos a continuación.

7.1.1 Resultados prueba de velocidad en descarga para tecnología 4G en buena cobertura

Teniendo en cuenta los valores de potencia considerados como Buena cobertura en 4G:

RSRP (dBm):

-94 a -103 RSRQ:

mayor a -9

Figura 40 Visualización de datos descargados en 4G Claro buena cobertura en software NetPerSec

Figura 41 Visualización de datos descargados en 4G Tigo buena cobertura en software NetPerSec

Figura 42Visualización de datos descargados en 4G Movistar buena cobertura en software NetPerSec

55

Throughput Claro Throughput Tigo Throughput Movistar

42,2 𝐺𝑏𝑖𝑡𝑠

600 𝑠= 70,33Mbps


600 𝑠= 76,50Mbps


600 𝑠= 72,66Mbps

Tabla 5 Throughput descarga 4G buena cobertura

7.1.2 Resultados prueba de velocidad en descarga para tecnología 4G en mediana cobertura

Teniendo en cuenta los valores de potencia considerados como mediana cobertura en 4G:

RSRP (dBm):

-94 a -103 RSRQ: -8 a -12

Figura 43 Visualización de datos descargados en 4G Claro mediana cobertura en software NetPerSec

Figura 44 Visualización de datos descargados en 4G Tigo mediana cobertura en software NetPerSec

56



13 𝐺𝑏𝑖𝑡𝑠

600 𝑠= 21.66Mbps

13,5𝐺𝑏𝑖𝑡𝑠

600 𝑠= 22.5𝑀bps


600 𝑠= 20.5𝑀bps

Tabla 6 Throughput descarga 4G mediana cobertura

7.1.3 Resultados prueba de velocidad en descarga para tecnología 4G en borde de

cobertura


RSRP (dBm):

Menor a -104 RSRQ:

Menor a -13

57

Figura 46 Visualización de datos descargados en 4G Claro borde de cobertura en software NetPerSec

Figura 47 Visualización de datos descargados en 4G Tigo borde de cobertura en software NetPerSec



9.8 𝐺𝑏𝑖𝑡𝑠

600 𝑠= 21.66Mbps


600 𝑠= 15,16𝑀bps

8.7𝐺𝑏𝑖𝑡𝑠

600 𝑠= 14.5𝑀bps

Tabla 7 Throughput descarga 4G borde de cobertura

58



RSCP (dBm):

mayor a -94 Ecio:

mayor a -11

Figura 49 Visualización de datos subidos en 3G Claro buena cobertura en software NetPerSec

Figura 50 Visualización de datos subidos en 3G Tigo buena cobertura en software NetPerSec

Figura 51 Visualización de datos subidos en 3G Movistar buena cobertura en software NetPerSec

59



600 𝑠= 12,98Mbps

6. ,2𝐺𝑏𝑖𝑡𝑠

600 𝑠= 10,33𝑀bps


600 𝑠= 10𝑀bps

Tabla 8 Throughput descarga 3G buena cobertura

7.1.5 Resultados prueba de velocidad en descarga para tecnología 3G en mediana

cobertura


RSCP (dBm):

-82 a -99 Ecio:

-11 a -15



60




600 𝑠= 4,66Mbps


600 𝑠= 3,5𝑀bps


600 𝑠= 3𝑀bps



cobertura


RSCP (dBm):

Menor a -100 Ecio:

Menor a -16

61






600 𝑠= 2Mbps

1,5𝑀𝑏𝑝𝑠

600 𝑠= 2,5𝑀bps

792𝑀𝑏𝑖𝑡𝑠

600 𝑠= 1,33𝑀bps


62


Figura 58 Visualización de datos descargados en 2G Claro buena cobertura en software NetPerSec

Figura 59 Visualización de datos descargados en 2G Tigo buena cobertura en software NetPerSec

Figura 60 Visualización de datos descargados en 2G Movistar buena cobertura en software NetPerSec


63

47,2 𝑀𝑏𝑖𝑡𝑠

600 𝑠= 78.66Kbps

52,7𝑀𝑏𝑝𝑠

600 𝑠= 87,8𝐾bps

34,8𝑀𝑏𝑖𝑡𝑠

600 𝑠= 58𝐾bps

Tabla 11Throughput descarga 2G buena cobertura

7.1.8 Resultados prueba de velocidad en descarga para tecnología 2G en mediana

cobertura




64


23,1 Mbits

600 s= 38,5 Kbps


600 𝑠= 42,6𝐾bps

18,4𝑀𝑏𝑖𝑡𝑠

600 𝑠= 30,6𝐾bps



cobertura




65


9,1 Mbits

600 s= 15,16 Kbps


600 𝑠= 19,6𝐾bps

11𝑀𝑏𝑖𝑡𝑠

600 𝑠= 18,3𝐾bps


66

7.1.10 Resultados prueba de velocidad en subida para tecnología 4G en buena cobertura

Figura 67 Visualización de datos subidos en 4G Claro borde de cobertura en software NetPerSec

Figura 68 Visualización de datos subidos en 4G Tigo borde de cobertura en software NetPerSec

Figura 69 Visualización de datos subidos en 4G Movistar borde de cobertura en software NetPerSec



600 𝑠= 22,83Mbps


600 𝑠= 22,66Mbps


600 𝑠= 21Mbps

Tabla 14 Throughput en subida 4G buena cobertura

67

7.1.11 Resultados prueba de velocidad en subida para tecnología 4G en mediana cobertura

Figura 70 Visualización de datos subidos en 4G Claro mediana cobertura en software NetPerSec

Figura 71 Visualización de datos subidos en 4G Tigo mediana cobertura en software NetPerSec

Figura 72 Visualización de datos subidos en 4G Movistar mediana cobertura en software NetPerSec

68


9,1 Gbits

600 s= 15,16 Mbps

8,8 Gbits

600 s= 14,66 Mbps


600 𝑠= 15,66𝑀bps

Tabla 15 Throughput subida 4G mediana cobertura

7.1.12 Resultados prueba de velocidad en subida para tecnología 4G en borde de cobertura




69


2,4 Gbits

600 s= 4 Mbps

2 Gbits

600 s= 3,33 Mbps


600 𝑠= 4,83𝑀bps

Tabla 16 Throughput subida 4G borde de cobertura





70



600 𝑠= 5,33Mbps


600 𝑠= 5,66Mbps


600 𝑠= 7,16Mbps

Tabla 17 Throughput subida 3G buena cobertura




71




600 𝑠= 4,66Mbps


600 𝑠= 3,5𝑀bps


600 𝑠= 3𝑀bps


72



Figura 83 Visualización de datos subidos en 3GTigo borde de cobertura en software NetPerSec


73


592,5 Mbits

600 s= 987,5 Kbps

603,4 Mbits

600 s= 1,005Mbps

715,17 Mbits

600 s= 1,191 Mbps






74


32 𝑀𝑏𝑖𝑡𝑠

600 𝑠= 53,33Kbps

34 𝑀𝑏𝑖𝑡𝑠

600 𝑠= 56,66Kbps

30,7 𝑀𝑏𝑖𝑡𝑠

600 𝑠= 51,16Kbps

Tabla 20 Throughput subida 2G buena cobertura





75


18,7 Mbits

600 s= 31,16 Kbps

17,4 Mbits

600 s= 29Kbps

21,5 Mbits

600 s= 35,83 Kbps






76


625,1 Kbits

600 s= 1,041 Kbps

693,1 Kbits

600 s= 1,155 Kbps

712,8 Kbits

600 s= 1,188 Kbps


7.1.19 Resultados prueba de transferencia de datos

Para realizar esta prueba también se utilizó el análisis generado por la herramienta NetPerSec,

configurando la plataforma robótica en modo automático para que todos sus sensores trabajaran

simultáneamente y así establecer la tasa de envío de datos hacia el pc. Los resultados se muestran

a continuación.

Figura 94 Tasa de envío de datos plataforma robótica

La tasa de envío de datos obtenida en la medición es de 306,3Mbps y este resultado corresponde al

siguiente cálculo de Throughput:

306,3Mbps

600 s= 1,02Mbps.

77

8 RESULTADOS DE VELOCIDAD OBTENIDOS EN EL PROCESO

De acuerdo a los resultados obtenidos en el capítulo anterior y tomando los rangos que define la

especificación 25.825 de la 3GPP en donde se describen las velocidades de carga y descarga de

paquetes de datos para cada tecnología celular y que se muestran en la Tabla No. 2, se comenzó

por determinar los Release a los que pertenece el dispositivo Huawei E5172.

RELEASE TECNOLOGIA MIN MAX

10-12 LTE-CA 150 Mbps 300 Mbps Downlink

15 Mbps 50 Mbps Uplink

9 LTE 30 Mbps 150 Mbps Downlink

15 Mbps 50 Mbps Uplink

8 CD-HSPA+ 6 Mbps 42 Mbps Downlink

2 Mbps 5,76 Mbps Uplink

7 HSPA+ 4 Mbps 21 Mbps Downlink

2 Mbps 5,76 Mbps Uplink

7 WCDMA 200 Kbps 384 Kbps Downlink

200 Kbps 384 Kbps Uplink

6 EDGE 80 Kbps 236,8 Kbps

6 GPRS

80 Kbps

Tabla No. 23 Definición de velocidades 3GPP 25.825

Para determinar las capacidades de velocidad a los que pertenece el Modem Huawei E5172 se

realizaron pruebas con los equipos Rohde & Schwarz CMW500 para tecnologías de cuarta y

tercera generación y con el equipo CMU200 para tecnologías 2G, teniendo como resultado los

siguientes valores:

78

Figura 95 Release Modem Huawei E5172 en 4G

Figura 96 Release Modem Huawei E5172 en 3G

79

Figura 97 Release Modem Huawei E5172 en 2G.

Con los resultados que se muestran las imágenes anteriores se determinó que el terminal

Modem Huawei E5172 cumple con la normatividad 3GPP para el Release 9 en la tecnología 4G,

el Release 8 en la tecnología 3G y Release 6 en la tecnología 2G.

En las siguientes tablas se describen los valores obtenidos en carga y descarga de datos para cada

tecnología celular de los tres operadores móviles.

80

CLARO

Tecnología Buena Cobertura Mediana

Cobertura

Borde de

Cobertura

4G 70,33 Mbps 21,66 Mbps 16,33 Mbps

3G 8,83 Mbps 4,16 Mbps 2 Mbps

2G 78,66 Kbps 38,5 Kbps 15,16 Kbps

Tabla No. 24 Datos obtenidos en velocidad de descarga en Mbps para Claro

TIGO


Cobertura

Borde de

Cobertura

4G 76,6 Mbps 22,5 Mbps 15,16 Mbps

3G 10,33 Mbps 3,5 Mbps 2,5 Mbps

2G 87,83 Kbps 42,66 Kbps 19,33 Kbps

Tabla 25 Datos obtenidos en velocidad de descarga en Mbps para Tigo

MOVISTAR


Cobertura

Borde de

Cobertura

4G 72,66 Mbps 20,5 Mbps 14,5 Mbps

3G 10 Mbps 3 Mbps 1,32 Mbps

2G 58 Kbps 30,66 Kbps 18,33 Kbps

Tabla 26 Datos obtenidos en velocidad de descarga en Mbps para Movistar

81

En las siguientes tablas se muestran los valores obtenidos en subida de datos para cada

tecnología celular.

CLARO


Cobertura

Borde de

Cobertura

4G 22,83 Mbps 15,16 Mbps 4 Mbps

3G 5,33 Mbps 3 Mbps 987,5 Kbps

2G 53,33 Kbps 31,16 Kbps 1,041 Kbps

Tabla No. 27 Datos obtenidos en velocidad de subida en Mbps para Claro

TIGO


Cobertura

Borde de

Cobertura

4G 22,66 Mbps 14,66 Mbps 3,33 Mbps

3G 5,66 Mbps 3,5 Mbps 1,005 Mbps

2G 56,66 Kbps 29,0 Kbps 1,155 Kbps

Tabla No. 28 Datos obtenidos en velocidad de subida en Mbps para Tigo

MOVISTAR


Cobertura

Borde de

Cobertura

4G 21 Mbps 15,66 Mbps 4,833 Mbps

3G 7,166 Mbps 2,66 Mbps 1,192 Mbps

2G 51,166 Kbps 35,833 Kbps 1,188 Kbps

Tabla No. 29 Datos obtenidos en velocidad de subida en Mbps para Movistar

82

9 Recomendaciones

En este caso se realizó la transferencia de datos hacia un dispositivo de computo (PC). Lo que se

recomienda para desarrollos posteriores es realizar este enlace entre la plataforma robótica y un

dispositivo móvil y desarrollar estudios de comportamiento.

Se recomienda realizar estas pruebas con aprovisionamiento por parte de los operadores en

plataformas y tarjetas SIM Card M2M, para evaluar el comportamiento de la plataforma en este

tipo de red.

Esta medición da pautas sobre la cobertura de cada operador, pero no está ligada a la calidad de

los servicios, ya que estos dependen de otros factores como lo son: ambientales, interferencias,

parametrización de red, congestión de red, entre otros. En futuros desarrollos se podría estudiar

el comportamiento de la plataforma robótica en este tipo de factores.

83

10 CONCLUSIONES

En la evaluación de desempeño y cobertura realizada al operador móvil Claro, en la zona de

mayor operatividad o uso de la plataforma robótica que es la Facultad Tecnológica de la

Universidad Francisco José de Caldas, es posible indicar que este operador tiene una conexión

equilibrada, dadas las comparaciones de niveles de señal a ruido en cada una de las tecnologías

de comunicación celular, además, las pruebas demostraron que la conexión más estable es la que

se realiza con tecnologías de tercera generación, dado los niveles de potencia alcanzados en el

71.22% de cobertura, con bajos niveles de ruido, lo que favorece que no se realicen muchos

cambios de celda y la conexión sea estable.

Dado que la taza de consumo del robot es de 1,02Mbps según las mediciones. Se concluye que la

conexión a 2G no es suficiente para transmitir los datos entregados por los sensores. Igualmente,

no hay que descartar esta tecnología ya que la tarea de los operadores móviles es garantizar el

servicio en todo momento y 2G puede ser una opción valiosa para servicios básicos de datos

como el envío de mensajes de chat.

Se evidencia con los resultados de las pruebas una mayor deficiencia del operador Movistar con

respecto a los otros. Puesto que presenta un cambio mayor de celdas para mantener la

comunicación en su propio canal lo cual hace que las probabilidades de caída del servicio se

incrementen. Además se muestra que Claro a pesar de tener cobertura total es el operador con

menor relación señal a ruido

De otra parte, al inicio de la investigación se pudo establecer que la conexión WiFi entre robot y

computador, delimitaba bastante el trabajo de campo, por su bajo alcance de operación dada las

condiciones arquitectónicas de la zona de estudio. Razón por la cual se optó por crear un enlace

vía red celular, lo que permitió aumentar la transferencia de datos y comunicar la plataforma

robótica con la interfaz gráfica a kilómetros de distancia siendo más útil su uso de acuerdo a las

necesidades para las que fue creada (inspección de lugares en momentos de desastres).

Se puede observar que aunque los parámetros de la red de cada uno de estos tres operadores son

diferentes se manejan velocidades similares. Esto se puede deber a la limitación por ancho de

84

banda hacia el usuario final con el fin de aprovechar al máximo el espectro asignado para cada

uno

11 Referencias bibliográficas

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ESTUDIO DE GENERACIONES DE TECNOLOGÍA CELULAR PARA …

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