Estudio de trafico de tecnología LTE (4G) A mediante ...

Estudio de trafico de tecnología LTE (4G) mediante análisis de sensibilidad de los

parámetros de un sistema con simulador NS3

A

N° tesis:

PROYECTO FIN DE CARRERA

Presentado a

LA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

Para obtener el título de

INGENIERO ELÉCTRONICO

Por:

Jorge Leonardo Gómez Mora

Estudio de trafico de tecnología LTE (4G) mediante análisis de

sensibilidad de los parámetros de un sistema con uso del simulador NS3

Sustentado el 7 de enero de 2015 frente al jurado:

- Asesor: Roberto Bustamante Miller, Profesor Asociado, Universidad de Los Andes

- Jurado: José Fernando Jiménez Vargas, Profesor Asociado, Universidad de los Andes



B

Contenido Resumen Ejecutivo .................................................................................................................. i

1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 1

2. LTE release 8 FDD ...................................................................................................... 2

2.1. Parámetros tenidos en cuenta en la creación de los escenarios de simulación ........ 8

2.2. Módulos y clases del simulador NS3 de interés .................................................... 12

3. Diseño estadístico de experimento ............................................................................ 22

3.1. Tiempo de simulación y cantidad de semillas para cada experimento .................. 22

4. Escenarios de simulación........................................................................................... 22

4.1. Escenario base ........................................................................................................ 22

4.2. Escenario con edificaciones ................................................................................... 23

4.3. Escenario con femtoceldas ..................................................................................... 24

5. Resultados .................................................................................................................. 24

5.1. Metodos de analisis de archivos resultados del simulador .................................... 24

5.2. Estudio de desempeño del escenario base ............................................................. 26

5.3. Estudio espectro en cada escenario ........................................................................ 27

5.4. Estudio de sensibilidad de trafico de escenario de los tres escenarios .................. 29

6. Conclusiones .............................................................................................................. 33

7. REFERENCIAS .......................................................................................................... 1

8. ANEXOS ..................................................................................................................... 1

Código del escenario base ................................................................................................... 1

Código del escenario con edificaciones ............................................................................ 12

Codigo de escenario con femto celdas .............................................................................. 22



C

Índice de Tablas

Tabla 1. Parametros de celda en cada escenario ...................................................................... i Tabla 2. Desempeño del sistema de los escenarios simulados .............................................. iii Tabla 3. Resumen de los requerimientos objetivos para LTE 8. ............................................ 4

Tabla 4. EARFCN para 2.5 GHz y BW de 20 MHz. ............................................................. 9 Tabla 5. Bandas de transmisión E-UTRA .............................................................................. 9 Tabla 6. Estándar de calidad de servicio para LTE 8. ......................................................... 12

Tabla 7. Algoritmo de selección de modelo de pérdidas por propagación en la clase hibrida.

.............................................................................................................................................. 15 Tabla 8. Coeficientes de pérdidas, N, para propagación indoor ........................................... 19

Tabla 9 Desvanecimiento estadístico, desviación estándar (dB) para cálculo de perdidas

indoor. ................................................................................................................................... 19

Tabla 10. Parámetros de celda .............................................................................................. 19 Tabla 11. Parámetros del modelo de propagación. ............................................................... 20 Tabla 12. Modelos de simulación de tipo de escenario. ....................................................... 20

Tabla 13. Valores de transmisión. ........................................................................................ 21 Tabla 14. Parámetros de las edificaciones en el modelo. ..................................................... 21

Tabla 15. Desempeño del sistema de los escenarios simulados, resultados ......................... 32

Índice de Figuras

Figura 1. Escenarios simulados en el documento .................................................................... i

Figura 2. SINR de todos los escenario simulados. ................................................................. ii Figura 3. Línea de tiempo aproximada del panorama de estándares de las comunicaciones

móviles. .................................................................................................................................. 2 Figura 4. Vista de tecnologías para acceso múltiple LTE, visto en el dominio de la

frecuencia................................................................................................................................ 6

Figura 5. Principios fundamentales de los beneficios de la tecnología de antenas múltiples. 7 Figura 6 .Planificador de alta velocidad y adaptación a conexión. ........................................ 8 Figura 7.Esquema de la red mediante los módulos de NS3. ................................................ 12 Figura 8. Arquitectura de clases en NS3 para la red LTE. ................................................... 13

Figura 9. Modelos de propagación disponibles en la clase hibrida. ..................................... 14 Figura 10. Líneas de propagación del modelo de propagación. ........................................... 20 Figura 11. Topología del escenario base. ............................................................................. 23 Figura 12. Topología del escenario con edificaciones. ........................................................ 23 Figura 13. Topología de escenario con femto celdas. .......................................................... 24

Figura 27. Eficiencia de canal dada relacion señal a ruido. ................................................. 26 Figura 14. Retardo vs número de usuarios escenario base. .................................................. 27 Figura 15. Trafico ofrecido por usuario vs número de usuarios. ......................................... 27 Figura 16. Jitter vs numero de usuarios. ............................................................................... 27 Figura 17. SINR escenario base 2.5 GHz. ............................................................................ 28



D

Figura 18. SINR escenario con edificaciones 2.5 GHz. ....................................................... 28

Figura 19. SINR de femto celdas en escenario con edificaciones 700 MHz........................ 29 Figura 20. Retardo dependiendo del escenario. . .................................................................. 29 Figura 21. Jitter depediendo del escenario. .......................................................................... 30 Figura 22. Eficiencia espectral dependiendo el escenario simulado. ................................... 30 Figura 23. Asignacion de trafico dado el CQI de los usuarios.. .......................................... 30

Figura 24. Trafico ofrecido por usuario dependiendo del escenario. ................................... 31 Figura 25. Capacidad de canal promedio dependiendo del escenario. ................................. 31

Figura 26. Porcentaje de pérdidas de paquetes dependiendo el escenario. .......................... 31



E

Agradecimientos- A mis padres, hermanos y amigos



i

Resumen Ejecutivo

El siguiente documento presenta el estudio de tráfico en una red LTE 4G FDD release 8

mediante el análisis de parámetros de sensibilidad correspondientes al sistema, el trabajo plantea

tres escenarios de simulación de una única estación base con usuarios que presentan un tráfico

correspondiente a una aplicación de voz sobre IP. El objetivo del documento es determinar la

sensibilidad de una celda frente a cambios de los factores en el modelo, como inclusión de

femtoceldas y edificaciones según el modelo de propagación hibrido del software de simulación

NS-3. Se procedió a calcular el número máximo de usuarios con distribución espacial aleatoria

uniforme que pueden ser atendidos dentro de la celda y de esta manera establecer un escenario base

al cual se le evaluaran las parámetros de desempeño de la celda. Los otros dos escenarios

corresponden a la inclusión de edificaciones y femtoceldas dentro de la macro celda. Las

simulaciones son realizadas mediante el software de simulación ns-3.20 y un diseño estadístico de

análisis de resultado que garantiza estos resultados dentro un intervalo de confianza del 99%.

Los parámetros del modelo utilizados para la simulación de la macro celda y femto celda en cada

escenario se presentan en la tabla 1, estos parámetros corresponden a valores congruentes de

sistema LTE existentes. Tabla 1. Parametros de celda en cada escenario

Parámetro de la red Macro celda Femto celda

Ancho de banda (MHz) 10 (5)[1] 1.5

Canal de transmisión

(EARFCN)

27 27

Tipo de antena Isotrópica Isotrópica

Potencia de antena (dB) 46 10 [1] Valor seleccionado dada la distribución de ancho de banda en la celda con femto celdas.

Los escenarios de simulación corresponden a los presentados en la figura 1. De donde se puede

observar la configuración del sistema según el escenario. El número de usuarios por macrocelda es

de 80 y el área por macro celda es de 1 km.

Figura 1. Escenarios simulados en el documento



ii

Se muestra a continuación en la figura 2 las figuras de relación señal a ruido para cada uno los

escenarios propuestos. Con el fin de analizar el espectro de potencia de transmisión conforme a la

disposición de las estaciones bases y femtoceldas, así como de edificaciones.

Figura 2. SINR de todos los escenario simulados.



iii

Los Parámetros de desempeño se presentan en la tabla 2, donde también se presentan los

resultados finales de la simulación de los tres escenarios de simulación.

Tabla 2. Desempeño del sistema de los escenarios simulados

Parámetro de

desempeño

Jitter

(ms)

Perdida de

paquetes (%)

Trafico

ofrecido

(Mbps)

Retardo

promedio

(ms)

Eficiencia

espectral

(b/Hz)

Escenario 1 15 1.8% 11 200 1.2

Escenario 2 15 8% 10 300 1.1

Escenario 3 10 1.5% 15 150 1.4



1

1. INTRODUCCIÓN

El siguiente documento presenta el estudio de tráfico en una red LTE 4G FDD release 8

mediante el análisis de parámetros de sensibilidad correspondientes al sistema, el trabajo plantea

tres escenarios de simulación de una única estación base con usuarios que presentan un tráfico

correspondiente a una aplicación de voz sobre IP. El objetivo del documento es determinar la

sensibilidad de una celda frente a cambios de los factores en el modelo, como inclusión de

femtoceldas y edificaciones según el modelo de propagación hibrido del software de simulación

NS-3. Se procedió a calcular el número máximo de usuarios con distribución espacial aleatoria

uniforme que pueden ser atendidos dentro de la celda y de esta manera establecer un escenario base

al cual se le evaluaran las parámetros de desempeño de la celda. Los otros dos escenarios

corresponden a la inclusión de edificaciones y femtoceldas dentro de la macro celda. Las

simulaciones son realizadas mediante el software de simulación ns-3.20 y un diseño estadístico de

análisis de resultado que garantiza estos resultados dentro un intervalo de confianza del 95%.

Para poder llevar a cabo exitosamente el ciclo de vida de un sistema de telecomunicaciones, tal

como lo son la planeación, diseño, optimización, resolución de problemas, gestión del desempeño

entre otros; Es fundamental entender su funcionamiento con el fin de poder predecir su desempeño,

límites, y respuesta sensible ante ciertas cargas, además de sus posibles causas de

malfuncionamiento y en general lograr una intuición sobre todo lo que tiene que ver con el sistema.

Por eso es necesario realizar un análisis de sensibilidad de parámetros de Long Term evolution

(LTE) verificando los modelos teóricos desarrollados correspondientes al estado del arte sobre esta

tecnología.

LTE es una de las últimas tecnologías en sistemas de comunicaciones móviles. Este estándar

permite una mejora tecnología, ya que presenta varias ventajas competitivas frente a otros

estándares predecesores. Su calidad de servicio y ancho de banda proveen un tráfico adecuado de

vos sobre IP que permite una mejor integración con otros servicios multimedia [1]. La tecnología

GSM y su evolución a través de GPRS, EDGE, WCDMA y HSPA, es la tecnología de envió

elegida por la mayoría de operadores móviles del mundo. Los usuarios han experimentado

incremento en las tasas de envió de datos, acompañada con una dramática reducción en los costos

de comunicación. Ahora los usuarios esperan pagar menos recibiendo más. Por lo tanto debe haber

una aproximación dual a esta problemática: buscar una mejora considerable en el desempeño del

sistema a bajos costos. El desempeño mejorado debe ser entregado a través de sistemas los cuales

presentan menores costos de instalación y mantenimiento. Las tecnologías LTE Y LTE avanzada

representan el siguiente este siguiente paso y son la base para las comunicaciones móviles del

futuro. Por lo tanto es de suma importancia reconocer el funcionamiento y desempeño de esta

tecnología, para lograr optimizar su funcionamiento. [1]

Actualmente la tecnología GSM (3G) el sistema actual de comunicaciones móviles para los

usuarios comerciales, corporativos y naturales representa el 99% del mercado de comunicaciones.

Es decir que las comunicaciones actualmente están basadas en 3G; La introducción de las

tecnologías 4G representa una mejora en el desempeño de la tecnología actual bajo parámetros

diferentes de comportamiento. Estudios acerca de esta nueva tecnología demuestran estas

afirmaciones. [1]



2

El objetivo general del desarrollo de este estudio es entender el comportamiento de la

tecnología LTE 4G a través de experimentos por simulación, además se plantea una serie de

objetivos específicos como: Entender la teoría básica de comunicaciones sobre la que se soporta el

estándar LTE, lograr una competencia en el uso del simulador NS3, comprender los modelos

tráfico y de propagación en el contexto de escenarios LTE y evaluar el desempeño del sistema

mediante simulaciones. Estos objetivos son cumplidos mediante el desarrollo del siguiente

documento por medio de resultados por simulación con corroboración aproximada basada en

resultados teóricos sencillos según los tres escenarios planteados para el estudio.

2. LTE release 8 FDD

El protocolo de comunicación LTE es uno de los últimos avances en el sistema universal de

telecomunicaciones móviles (UMTS), este sistema permite una mejora en la tecnológica que

presenta varias mejoras competitivas frente a otras tecnologías. Su calidad de servicio y ancho de

banda proveen un tráfico adecuado de vos sobre IP que permite una mejor integración con otros

servicios multimedia [1]. Los sistemas previos tal como el Global System for Mobile

communications (GSM) (3G), que está basado en tecnología digital presenta una representación del

99% en el mercado debido al éxito que tuvo la estandarización de las tecnologías de las

comunicaciones, desde una perspectiva tecnológica y de estándares la IMT clasifica el desarrollo

de estas tecnologías y protocolos tal como se muestra en la figura 1.

Figura 3. Línea de tiempo aproximada del panorama de estándares de las comunicaciones móviles.

Es posible observar de la figura anterior que la tecnología LTE pertenece al desarrollo realizado

en 3GPP (3rd generation partnership Project), que es actualmente el grupo de estándares dominante



3

en cuestiones de sistemas de radiocomunicaciones móviles. Dentro del grupo 3GPP existen tres

tecnologías de acceso diferenciables, la segunda generación, las familias GSM/GPRS/EDGE cuyo

protocolo estaba basado en división de tiempo o frecuencia para acceso múltiple TDMA, FDMA;

La tercera generación, la familia UMTS baso el protocolo en acceso múltiple por división de código

(CDMA); Finalmente la cuarta generación, adopto la multiplicación por división ortogonal de

frecuencia (OFMD), la cual es la tecnología dominante en la evolución de los últimos estándares

para todo los estándares para radiocomunicación móvil.[1]

La cuarta generación LTE está basada en un sistema de conmutación de paquetes para todas las

aplicaciones, toda la tecnología desarrollada para este estándar está basada en este supuesto, la

arquitectura SAE (System Architecture Evolution), que comprende los aspectos que no tiene que

ver con comunicación de radio en el sistema completo, incluye un EPC (Evolved Packet Core),

juntos LTE y SAE componen el EPS (Evolved Packet System), donde la red de núcleo y acceso de

comunicaciones de radio están basadas en conmutación de paquetes. Es decir que Todos los

servicios van a ser conmutados por paquetes en vez de continuar el modelo de circuito conmutado.

[2]

El trabajo por parte del grupo 3GPP continúa mejorando el desarrollo en las UMTS mediante la

incorporación de nuevas especificaciones, los lanzamiento 5 y 6 corresponde a acceso de paquetes

de alta velocidad para downlink(HSDPA) y uplink(HSUPA) respectivamente, el 7 corresponde a

acceso de paquetes de alta velocidad (HSPA+) e incorporación por primera vez del sistema MIMO

(Multiple inputs multiple outputs), lanzamientos 8, 9 y 10 corresponde a mejoramiento de

compatibilidad con WCDMA de tercera generación para operadores de red, el lanzamiento 10

continua con la progresión del comienzo del estándar LTE-Adavanced. [1]

Los requerimientos y objetivos para LTE

Las discusiones conforme los requerimientos nuevo sistema LTE guiaron la conformación de un

estudio formal en 3GPP con el objetivo de asegurar la competitividad de este sistema durante una

franja de 10 años. Bajo los resultados de este estudio los requerimientos para el LTE 8 fueron

definidos en 2005, tal como se muestra resumido a continuación [1]:

Reducción de retardos.

Incremento de las tasas de transmisión de usuario.

Incremento de la tasa de transmisión de bit en la frontera de la celda, para provisión

uniforme de servicio.

Reducción del costo por bit transmitido, incremento de la eficiencia espectral.

Mayor flexibilidad del uso del espectro, en bandas nuevas y prexistentes.

Simplificación de la arquitectura de la red.

Mejoramiento de cobertura, incluyendo zonas con diferentes radio tecnologías de acceso.

Disminución de consumo de potencia para las terminales móviles.



4

Tabla 3. Resumen de los requerimientos objetivos para LTE 8.

Parámetro Requerimiento Release 6 Comentarios

Downlink

Tasa de transmisión

de datos máxima >100 Mbps 14.4 Mbps Lte 20 MHz FDD, 2x2

multplexacion espacial.

Referencia: HSPD 5 MHz FDD,

transmision de unica antena

Eficiencia espectral

máxima > 5 bps/Hz 3 bps/Hz


promedio por celda > 1.6 - 2.1 bps/Hz/cell 0.53 bps/Hz/cell

Lte: 2x2 multiplexacion

espacial, receptor IRC.

Referencia: HSDPA, receptor

rake, 2 antenas receptoras

Eficiencia espectral de

frontera de celda > 0.04-0.06 bps/Hz/user 0.02 bps/Hz/user 10 usuarios por celda


transmisión > 1 bps/Hz N/A

portadora dedicada unicamente

al modo de transmision

Uplink

Tasa de transmisión

de datos máxima >50 Mbps 11 Mbps Lte 20 MHz FDD, 2x2

multplexacion espacial.

Referencia: HSPD 5 MHz FDD,

transmision de unica antena


máxima > 2.5 bps/Hz 2 bps/Hz


promedio por celda > 0.66 - 1.0 bps/Hz/cell 0.33 bps/Hz/cell

Lte: 2x2 multiplexacion

espacial, receptor IRC.

Referencia: HSDPA, receptor

rake, 2 antenas receptoras


frontera de celda > 0.02-0.03 bps/Hz/user 0.01 bps/Hz/user 10 usuarios por celda

sistema

Latencia plano de

usuario > 10 ms

LTE objetivo de 1/5 de la

referencia

Latencia de

configuración de

conexión >100 ms

Del estado desocupado al estado

activo

rango de ancho de

banda 1.4 - 20 MHz 5 MHz

requerimiento inicial en 1.25

MHz

capacidad VoIP NGMN > 60 sessions/MHz/cell

Tasas pico y pico de eficiencia de espectro

La tasa pico de transmisión de datos es definida como el máximo caudal por usuario asumiendo

todo el ancho de banda asignado a este usuario, con la mayor modulación y esquema de

codificación y con el número máximo de antenas soportadas. La tasa pico de transmisión de datos

por usuario que puede ser alcanzada es afectada generalmente por la cantidad de espectro usada y

sistemas MIMO. La máxima eficiencia de espectro es obtenida dividiendo la tasa pico de

transmisión de datos por usuarios por la el ancho de banda asignado.



5

Caudal de celda y eficiencia de espectro

El nivel de desempeño de una celda puede ser medido mediante los siguientes parámetros:

Promedio de caudal por celda [bps/cell] y eficiencia espectral [bps/Hz/cell].

Promedio caudal de usuario [bps/user] y eficiencia espectral [bps/Hz/cell].

Caudal de usuario en frontera de celda [bps/cell] y eficiencia espectral [bps/Hz/cell]. Esta

métrica es concebida como el quinto percentil de caudal de usuario, obtenido de una

función de distribución acumulativa de caudal de usuario.

Capacidad de Voz

La capacidad del sistema es definida como el número de usuarios VoIP, dado un modelo

particular de tráfico y restricciones de retardo. Los detalles del modelo de tráfico usado para la

evaluación de LTE son econtrados en [5]. Allí son considerados los usuarios fuera de servicio si

más del 2% de los paquetes de VoIP no llegan exitosamente al usuario dentro de 50 ms y son

descartados, de igual forma se asume que un retardo end-to-end debe estar debajo de 200ms. La

capacidad del sistema VoIP puede ser definida como el número de usuarios presentes en la celda

cuando más del 95% de los usuarios están satisfechos. El grupo Next generation mobile networks

(NGMN) de operadores de red expresa su preferencia por la habilidad de soportar mínimo 60

sesiones VoIP satisfechas por MHz para LTE 8, tal como lo presenta la ilustración 2.

Movilidad y rango de las celdas

En LTE se requiere soportar comunicaciones con terminales en movimiento a velocidades de

hasta 350 km/h, o incluso de hasta 500 km/h dependiendo de la banda. El escenario principal para

operación de estos requerimientos son los trenes de alta velocidad. Este requerimiento signidica que

el handover entre celdas debe hacerse sin interrupción alguna, sin retardo perceptible y perdida nula

de paquetes para servicio de VoIP y otros criterios de confiabilidad para otros servicios.

Desempeño del modo de transmisión

Los requerimientos LTE 8 referentes a la integración eficiente del modo de transmisión para

altas tasas de transmisión de datos multimedia para servicios Broadcast/Multicast (MBMS) como

TV móvil. La eficiencia espectral requerida es dada en términos de banda dedicada a la transmisión

de datos. En sistemas de este tipo, el caudal del sistema está limitado a la tasa posible de

transmisión para el usuario en las peores condiciones. Por lo tanto, este sistema fue definido en

términos de caudal alcanzado (bps) y eficiencia espectral (bps/Hz).

Latencia – User plane latency

Es definida como el tiempo promedio entre la primera transmisión de paquetes de datos y la

recepción de una capa física reconocida. El cálculo de esta métrica debe incluir las tasas usuales de

retransmisión HARQ. Esta definición por lo tanto considera la capacidad del diseño del sistema, sin

ser afectado por la retardos de planificador que puedan surgir en caso de que le sistema este



6

cargado. La latencia round-trip es obtenida multiplicando la latencia por un factor de 2. En LTE es

requerida una latencia mínima de 5 ms en condiciones óptimas.

Latencia del control LTE y capacidad del sistema –Control plane latency and Capacity.

Es definida como el tiempo requerido para realizar la transición entre los dos estados básicos de

LTE. (RRC_Idle y RRC_connected). Es querido que para el estándar LTE 8 la transición del estado

inactivo al estado activo se realice en menos de 100 ms. La capacidad del sistema depende del

caudal soportando y de número de usuarios conectados a la celda que puedan ser soportados por la

señalización que haga el control. Para LTE 8 es requerido que al menos 200 usuarios activos sean

soportados por celda para un espectro de 5 MHz, y al menos 400 por celda para un espectro más

ancho.

Asignación de frecuencias LTE y modos dúplex

Debido al incremento en de la demanda de espectro para comunicaciones móviles está en

incremento, el estándar LTE puede realizar asignaciones de espectro de 1.4 a 20 MHz con una única

portadora y agendar todas las bandas de frecuencia identificadas por sistema IMT por ITU-R [4],

incluyendo frecuencias inferiores a 1 GHz. Esto permite que la implementación LTE pueda ser

desplegada sobre el espectro actualmente ocupado, además de incluir nuevos espectros disponibles

para ser utilizados. LTE provee soporte para operación TDD (Time división duplex), FDD

(Frecuency división duplex) y medio-duplex FDD en un diseño unificado.

Tecnologías usadas para LTE

El cumplimiento de la gran cantidad de requerimientos ya mencionados es únicamente posible

gracias a los avances realizados en las tecnologías móviles.

Tecnología mult-iportadora

La tecnología utilizada seleccionada, por los requerimientos de LTE 8, para downlinnk es

división ortogonal de frecuencia para múltiple acceso (OFDMA) y para uplink es división de

frecuencia para acceso múltiple para única portadora (SC-FDMA). Estos esquemas son mostrados

en la ilustración 3, a continuación.

Figura 4. Vista de tecnologías para acceso múltiple LTE, visto en el dominio de la frecuencia.



7

La tecnología OFDMA subdivide un ancho de banda disponible para transmisión en múltiples

sub-portadores de banda estrecha, arregladas para ser mutuamente ortogonales, las cuales

individualmente o en grupos pueden transmitir paquetes independientes de información. Esta

subdivisión permite aprovechar todo el ancho de banda entre múltiples usuarios. Esta flexibilidad

puede ser usada e diferentes formas:

Anchos de banda en diferentes espectros pueden ser utilizados sin cambiar los parámetros

fundamentales de operación del sistema.

Recursos de transmisión de anchos de banda variables pueden ser asignados a diferentes

usuarios y planificados libremente en el dominio de la frecuencia.

Es facilitado el FFR (Fractional frecuency re-use) y la coordinación de interferencia entre

celdas.

Tecnología de antenas múltiples

El desarrollo en esta tecnología permite la explotación del dominio espacial de la celda como

otra dimensión para el diseñador de red. Los principios básicos mostrados en la ilustración 4 a

continuación.

Figura 5. Principios fundamentales de los beneficios de la tecnología de antenas múltiples.

Diversidad de ganancia: la diversidad de disposición de antenas dado un arreglo de antenas

mejora la robustez del sistema de transmisión contra los modelos de desvanecimiento de

señal de múltiple camino.

Ganancia de arreglo: La concentración de energía en una o más direcciones mediante

precodificación y generación de haz. Posibilita igualmente el multi-user MIMO.

Multiplexación espacial de ganancia: Transmisión de múltiples señales a un usuario en

capas múltiples espaciales creadas mediante la combinación de antenas disponibles.

Interfaz de radio de conmutación de paquetes

Como ya se ha mencionado LTE fue diseñado para operar sobre un sistema multiservicio

orientado a paquetes de datos. Este diseño se extiende sobre todas las capas de los protocolos con

los que opera. El planificador de alta velocidad sobre interfaz de radio fue propuesto por HSDPA

LTE 5, permite que la transmisión de paquetes cortos tenga una duración en coherencia con el

orden de magnitud del desvanecimiento instantáneo de canal, tal como es mostrado en la ilustración

5. Esta función permite una optimización de la utilización de la configuración de la capa física y el

manejo de los recursos llevado a cabo mediante los protocolos de conexión de acuerdo a las

condiciones de propagación del canal prevalecientes.



8

Figura 6 .Planificador de alta velocidad y adaptación a conexión.

En el estándar LTE 8 los requerimientos sugieren que en orden de mejorar la latencia, la

duración del paquete fuera reducida de 2 ms a 1 ms. Esta mejora permite conjunto a la las técnicas

entre capas MAC y física incluir las siguientes técnicas en LTE:

Planificador adaptativo en las dimensiones de frecuencia y espacial.

Adaptación de la configuración MIMO incluyendo la selección del número de capas

espaciales transmitidas simultáneamente.

Adaptación de la conexión de modulación y tasa de codificación, incluyendo el número

transmitido de palabras codificadas.

Un conjunto mayor de modos de reporte rápido de estado de canal.

2.1. Parámetros tenidos en cuenta en la creación de los escenarios de simulación

Se definen a continuación 3 escenarios simulación para el análisis de este documento. De la

misma forma se definen los parámetros principales del modelo para de esta manera poder construir

los archivos de simulación en el software NS 3.20. Los escenarios son los siguientes (la

disposición de usuarios y detalles de la configuración son explicados en la sección III de este

documento):

Escenario 1: Distribución uniforme de usuarios sobre un espacio, todos los usuarios

presentan tráfico requerido de VoIP, única celda de servicio en espacio urbano.

Escenario 2: Distribución no uniforme de usuarios, 3 edificaciones contienen el 40% de los

usuarios, todos los usuarios presentan tráfico requerido de VoIP, única celda de servicio en

espacio urbano.

Escenario 3: Distribución no uniforme de usuarios, 3 edificaciones contienen el 40% de los

usuarios, todos los usuarios presentan tráfico requerido de VoIP, única celda de servicio en

espacio urbano, integración de 3 femtoceldas ubicadas sobre las edificaciones.

2.1.1. Parámetros del modelo

Ancho de banda

El ancho de banda para todos los escenarios de subida y bajada corresponde a 10 MHz. Este

ancho de banda es utilizado completamente por la estación base en los escenarios 1 y 2, en el

escenario 3, el ancho de banda es repartido entre las 4 estaciones, en la estacion principal 5 MHz y



9

en la estaciones del femtocelda con 1.4 MHz. De esta manera se reparte el ancho de banda para no

generar interferencia.

Frecuencia de transmisión

La frecuencia de transmisión para todos los escenarios es de 2.5 GHz. E-ARFCN: El número de

canal de radio frecuencia absoluto evolucionado, corresponde a un código que especifica un par de

canales de radio en donde viajan las portadoras para downlink y uplink. La ecuación que define este

parámetro relaciona la frecuencia de transmisión y el ancho de banda especificado [4].

𝐹𝐷𝐿 = 𝐹𝐷𝐿_𝑙𝑜𝑤 + 0.1(𝑁𝐷𝐿 −𝑁𝑂𝑓𝑓𝑠−𝐷𝐿)

[1]

Donde la FDL_low es la frecuencia que especifica la menor frecuencia permitida para el downlink,

NDL es el valor EARFCN para downlink, y la Noffs_dl es el minimo valor EARFCN para la banda

seleccionado. Para el uplink la ecuación usada es la siguiente:

𝐹𝑈𝐿 = 𝐹𝑈𝐿_𝑙𝑜𝑤 + 0.1(𝑁𝑈𝐿 −𝑁𝑂𝑓𝑓𝑠−𝑈𝐿)

[2]

Para los escenarios de simulación, 2.5 GHz y ancho de nada de 15 MHz, estos valores

corresponden a, LTE FDD r.8:

Tabla 4. EARFCN para 2.5 GHz y BW de 20 MHz.

Banda Nombre Area Modo Earfcn DL Downlink(MHZ) Earfcn UL Uplink (MHz)

7 2600 EMEA FDD 2750 2620 20750 2500

41 TD 2500 todas TDD 39690 2500 39690 2500

E-UTRA

El estándar para acceso de radio universal terrestre evolucionado, especifica las bandas de

frecuencia, tal como se muestra en la tabla a continuación: Tabla 5. Bandas de transmisión E-UTRA



10

Formato de comunicación

El modelo de comunicación para todos los escenarios corresponde al modelo SISO, single input,

single output. Lo que implica que las comunicaciones son atendidas en las bandas uplink y

downlink por la misma antena de comunicación.

Modelo de propagación

El modelo de propagación utilizado es el urbano para todos los escenarios, los modelos de

propagación indoor para los usuarios dentro de las edificaciones el moldeo de propagación en

construcciones. Debido a la disposición de usuarios dentro del área de cobertura se utiliza un

modelo de propagación hibrido. El cual propone usuarios outdoor, indoor y estaciónes base outdoor

e indoor. Tal es el caso para los modelos 2 y 3.

Tipo de Antena

En los escenarios 1 y 2 es utilizada únicamente una antena isotrópica con potencia de

transmisión de 46 dB y con una elevación de 15 m sobre el nivel del suelo. Para el escenario 3 se

utiliza la misma antena para la celda principal, y antenas isotrópicas con potencia de transmisión de

10 dB para las femtoceldas con la misma elevación. Las figuras de ruido corresponden a 9 y 5 parar

estacion base y usuarios respectivamente tal como esta configurado por defecto en el simulador.

Tipo de planificador

El MacScheduler seleccionado para todos los escenarios es el Proportional Fair. Este

planificador otorga recursos al usuario cuando su calidad instantánea de calidad de canal es mayor a

su promedio relativo en el tiempo. La ecuación que describe el comportamiento del planificador es

mostrada a continuación, Tasa lograda en bps para el usuario i:

[3]

Donde M es el esquema de codificación de modulación para el usuario i en el bloque de recurso

k, de acuerdo al modelo de adaptivo para modulación y codificación. Y S es el tamaño del bloque

de transporte in bits, finalmente t es la ventana de tiempo TTI. La tasa de bit garantizada por el

bloque asignado en el tiempo t es determinada por la siguiente ecuación:

[4]

Donde T es el desempeño el caudal percibido por el usuario j. De acuerdo con el algoritmo de

planificación, un usuario puede ser asignado para diferentes grupos de bloques de recurso, los

cuales pueden ser adyacentes o no, dependiente de la condición actual del panal y el último

desempeño del caudal T, el cual es definido por la siguiente ecuación:



11

[5]

Donde alpha es la constante de tiempo (en número de sub-franjas) de la media móvil

exponencial, y T barra es el caudal alcanzado por el usuario j en el sub-franja t. T barra es medido

de acuerdo con el siguiente procedimiento:

[6]

Primero es calculado el esquema de codificación de modulación M para el usuario j, y luego se

determina el número de grupos asignados de bloques de recursos usados por el usuario j.

HARQ (hybrid Automatic repeat request)

El modelo hibrido de retrasmisión de paquetes errados, implementa la redundancia incremental

de bits para la transmisión exitosa de un paquete, con múltiples protocolos stop-and-wait para

habilitar el flujo continuo de datos. Es posible configurar los modelos tipo I y II en el LTE release

8, donde el tipo I contiene el código de detección de errores y el FEC (Forward error-correcting

coding). Y el tipo II permite alternar entre mensajes el código de detección de errores y solo los bits

de paridad del FEC. El tipo I puede llegar a triplicar la cantidad de bits en el mensaje, mientras el

tipo II es una optimización de esta redundancia. Para efectos de este trabajo el HARQ está

inhabilitado en todos los escenarios, ya que se busca estudiar el tráfico real y desempeño de la red.

Aplicación de Voz sobre IP

La aplicación on/off para el modelo de VoIP está definida por los siguientes parámetros, el

modelo de ajuste para tráfico requerido por cada usuario es el siguiente:

Tiempo medio exponencial en el estado on: 0.352 segundos.

Tiempo medio exponencial en el estado off: 0 .650 segundos.

Tasa de generación de bits por la aplicación: 52 Kbps.

Tamaño del paquete transmitido: 136 Bytes.

Parámetros de desempeño VoIP

Los parámetros de desempeño de calidad de servicio para cada tipo de servicio, como ya se

nombraron en la capacidad de voz para una celda, son mostrados en la siguiente tabla, para el objeto

de este documento se toma el retardo de paquete y tasa de perdida de erros en paquete de la primera

fila de la tabla.



12

Tabla 6. Estándar de calidad de servicio para LTE 8.

CQI Tipo de

recurso

prioridad Retardo de

paquete

(ms)

Tasa de

perdida de

paquete

Ejemplo de servicio

1 GBR 2 100 10-2 Voz

2 GBR 4 150 10-3 Llamada con video

3 GBR 5 300 10-6 video

4 GBR 3 50 10-3 juegos en tiempo real

5 Non-GBR 1 100 10-6 IMS señalización

6 Non-GBR 7 100 10-3 Juegos interactivos

7 Non-GBR 6 300 10-6 Video

8 Non-GBR 8 300 10-6 navegación

9 Non-GBR 9 300 10-6 navegación

2.2. Módulos y clases del simulador NS3 de interés

El modulo LENA del software NS3 presenta modelos de simulación mediante lo modelos de

LTE y EPC tal como se muestra a continuación [2]:

Figura 7.Esquema de la red mediante los módulos de NS3.

El modelo de LTE incluye los protocolos de radio RRC, PDCP, RLC, MAC, PHY. Estas

entidades residen enteramente dentro de los nodos de eNB y UE.

El modelo de EPC incluye las interfaces de red, protocolos y entidades de núcleo. Estas

entidades y protocolos residen dentro de los nodos SGW, PGW y MME, y parcialmente

dentro de los nodos eNB.

El modelo de LTE ha sido diseño para soportar la evaluación de los siguientes aspectos de los

sistemas LTE:

Manejo de recursos de radio.

Planificación de paquetes mediante parámetros de calidad de servicio.

Coordinación de interferencia entre celdas.

Acceso a espectro dinámico.



13

Se presenta a continuación el plano de protocolos integrados en los modelos LTE-EPC en el

simulador NS3. En rojo se resalta las capas de los protocolos para LTE comunicación de radio,

entre los nodos de usuario y estación base, los cuales son objeto de este documento.

Figura 8. Arquitectura de clases en NS3 para la red LTE.

PDCP: Packet data convergence protocol. Entrega capas PDU y PCCP según RLC.

RLC: Radio Link Control. Detección de errores.

MAC: Medium Access control. Mapeo entre canales lógicos y de transporte, información

de planificación, HARQ

PHY: Physical layer. Detección de errores en canales de transporte, ponderación de

potencia de canales, modulación y demodulación de canales físicos.

2.2.1. Aplicación on/off

La aplicación permite generar tráfico desde un nodo de acuerdo a un patrón on/off. El generador

de tráfico tiene como entradas determinadas los tiempos medios exponenciales de estado on/off

(onTime y offTime) que se escogen aleatoriamente de acuerdo a la distribución exponencial

mostrada en la ecuación (YYY). De la misma forma recibe parámetros de tamaño de paquete

(PacketSize), tasa de datos en estado on (DataRate), el tipo de protocolo que es usado (Protocol),

entre otras. 𝑂𝑛𝑇𝑖𝑚𝑒 = 𝛼𝑒−𝛼𝑡 , 𝑝𝑎𝑟𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 = 1/𝛼

𝑂𝑓𝑓𝑡𝑖𝑚𝑒 = 𝛽𝑒−𝛽𝑡, 𝑝𝑎𝑟𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 = 1/𝛽

[7]

La clase correspondiente es ns3::OnOffApplication, los atributos mencionados son los

modificados en código de simulación de acuerdo a los cálculos correspondientes a la sección

anterior.

2.2.2. Modelo de pérdidas de propagación para construcciones hibrido

Con calse ns3::HybridBuildingsPropagationLossModel es posible modelar diferentes modelos

de evaluación de pérdidas de propagación desde 200 a 2600 MH, en diferentes entornos y con

construcción con la posibilidad de realizar comunicaciones indoor y outdoor. Mediante este

modelo es posible evaluar entornos: urbanos, suburbanos y áreas abiertas. Además de poder

evaluar simular comunicaciones de corto y largo alcance. Es posible ubicar nodos con respecto a



14

construcciones: indoor, outdoor, hibrido mediante perdidas de penetración en las construcciones.

Este modelo funciona únicamente con el modelo ns3 MobilityBuildingInfo (modelo que permite el

manejo de escenarios indoor (casas, offcinas, etc) y outdoor.

HybridBuildingPropagationLossModel.

Como su nombre lo indica, la principal característica de este modelo de propagación creado para

simular escenarios LTE es combinar varios modelos de propagación con el objetivo de simular

varias clases de escenarios como rural, urbano, suburbano en una misma simulación. El modelo

tiene en cuenta el tipo de edificios y el modo de comunicación (Outdoor- Indoor). Esta clase modela

las perdidas por propagación en el medio mediante los modelos de propagación ITU-R. 1411, ITU-

R. 1238 y COST 231. Estos modelos pueden ser aplicados a escenarios urbanos, suburbanos y

semiurbanos y tamaño de metrópoli, mediana y pequeña. Estos modelos son aplicados según el

escenario, de los posible 11 señalados en la gráfica. Los atributos posibles de ingreso a la clase

corresponden a la frecuencia de propagación de la onda portadora, el entorno a simular, la posición

de los nodos con respecto a las edificaciones, las perdidas correspondientes a las pérdidas de

penetración en las edificaciones. El tamaño de la ciudad, el umbral de línea de vista y sin línea de

vista en ITU-R 1411 y la altura promedio de los edificios escenario a simular.

Figura 9. Modelos de propagación disponibles en la clase hibrida.

En la figura 9, se pueden apreciar los modelos de propagación para determinar las perdidas por

propagación mediante la clase HybridBuildingPropagationLossModel, en la figura los caminos

en rojo corresponden a modelos que consideran una distancia de propagación superior a 1km y los

caminos en negro corresponden a los modelos que no superan esta distancia.

Modelos para cuando la estación base y el usuario están fuera de una edificación:

Los modelos 1, 2, 3 corresponden a escenarios para los cuales tanto la estación base como el

usuario no están contenidos en edificaciones explícitamente en el modelo del escenario de ns3.

1: La estación base y el usuario tienen menor altura que el promedio de los edificios. La

distancia es mayor a 1000 mts. Las pérdidas usadas para este modelo son: ITUR-1411 entre

los nodos A y B.

2: La estación base o el usuario no tienen una altura menor que el promedio de los edificios.

La distancia es mayor a 1000 mts. Las pérdidas usadas para este modelo son: Okumura-

Hata entre los nodos A y B.



15

3: La distancia entre los nodos es menor que 1000 mts. Las pérdidas usadas para este

modelo son: ITUR-1411 entre nodos A y B.

Modelos para cuando la estación base o el usuario están dentro de edificaciones:

Los modelos 4, 5, 6 corresponden a escenarios para los cuales uno de los nodos esta contenido

explícitamente en una edificación dentro del escenario de ns-3.

4: La estación base y el usuario están por debajo de la altura promedio de los edificios. La

distancia entre nodos es mayor a 1000 mts. Las pérdidas para este modelo son: ITUR 1411

entre A y B, más las perdías de la pared exterior entre los nodos A y B.

5: La estación base o el usuario no tienen una altura menor que el promedio de los edificios.

La distancia es mayor a 1000 mts. Las pérdidas para este modelo son: Okumura Hata entre

A y B, más las perdías de la pared exterior entre los nodos A y B.

6: La distancia entre los nodos es menor que 1000 mts. Las pérdidas para este modelo son:

ITUR 1411 entre A y B, más las perdías de la pared exterior entre los nodos A y B.

Modelos para cuando la estación base y el usuario están dentro de edificaciones:

Los modelos 7 y 8 corresponden a escenarios para los cuales los dos nodos están contenidos

explícitamente dentro de edificaciones dentro del escenario de ns-3.

7: La estación base y el usuario están contenidos en la misma edificación. Las pérdidas para

este modelo son: ITUR 1283 entre A y B, más las perdías de la pared interior entre los

nodos A y B.

8: La estación base y el usuario están contenidos en diferentes edificaciones. Las pérdidas

para este modelo son: ITUR 1411 entre A y B, más las perdías de la pared exterior entre los

nodos A y B.

Tabla 7. Algoritmo de selección de modelo de pérdidas por propagación en la clase hibrida.

A-B

-Obtiene posición de los nodos

-Obtiene altura de los

nodos -Obtiene la posición con

respecto a las

edificaciones -Obtiene la distancia

plana entre los nodos

A

OUTDOOR

B

ES

OUTDOOR

Distancia

>1000

A y B altura menor a altura promedio

ITUR 1411 (a,b)

A y B No menor a altura

promedio OkumuraHata (a,b)

Distancia <1000 ITUR 1411(a,b)

B

ES

INDOOR

Distancia

>1000

A y B altura menor a altura

promedio

ITUR 1411 (a,b) +

ExternalWallLoss(b) + HeightLoss(b)

A y B No menor a altura

promedio

OkumuraHata (a,b) +

ExternalWallLoss(b)

Distancia <1000 ITUR 1411 (a,b) +

ExternalWallLoss(b)

A

INDOOR

B

INDOOR

SAMEBUILDING ITUR1238(a,b) +

InternalWallLoss(a,b)

DIFFERENT

BUILDING

ITUR1411(a,b) + ExternalWallLoss(a) +

ExternalWallLoss(b)

Okumura-Hata model

Okumura-Hata expresa las pérdidas de propagación como:



16

𝐿𝑏 = 69,55 + 26.16 log(𝑓) − 13.82 log(ℎ𝑏) − 𝑎(ℎ𝑚) + (44.9 − 6.55log (ℎ𝑏))log (𝑑𝑚) [8]

Donde a(hm) es un factor de corrección que depende de la altura del móvil que se calcula como

sigue, Donde 1< hm < 10 mts.

o Para ciudades pequeñas y medianas.

𝑎(ℎ𝑚) = (1.1 log(𝑓) − 0.7)ℎ𝑚 − (1.56 log(𝑓) − 0.8) [9]

o Para ciudades grandes:

𝑎(ℎ𝑚) = {8.29((log(1.54ℎ𝑚))2) − 1.1 𝑠𝑖 𝑓 ≤ 200 𝑀𝐻𝑧

3.2(log(11.75ℎ𝑚))2 − 4.97 𝑠𝑖 𝑓 ≥ 400 𝑀𝐻𝑧 [10]

o Para áreas suburbanas:

𝐿𝑏 = 𝐿𝑏(𝑢𝑟𝑏𝑎𝑛) − 2 (log (𝑓

28))

2− 5.4 [11]

o Para áreas rurales o abiertas:

𝐿𝑏 = 𝐿𝑏(𝑢𝑟𝑏𝑎𝑛) − 4.78 log(𝑓)2 + 18.33 log(𝑓) − 40.94 [12]

Modelo COST 231

El modelo opera bajo los parámetros: Frecuencia portadora (fc) [30 -200 Mhz], Altura de la antena

de estación base (hb) [30 – 200 mts], Altura el equipo de usuario (hm) [1-10 mts] y Distancia de

transmisión (d) [1-20 km]. COST-Hata model, donde resuelve el parámetro Lb tal como se presenta

en la siguiente ecuación.

𝐿𝑏 = 𝐴 + 𝐵 log(𝑑) + 𝐶

𝐴 = 46.33 + 33.9 log(𝑓𝑐) − 13.28 log(ℎ𝑏) − 𝑎(ℎ𝑚) 𝐵 = 44.9 − 6.55 log(ℎ𝑏)

𝐶 = {0 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑎𝑟𝑒𝑎𝑠 𝑠𝑢𝑏𝑢𝑟𝑏𝑎𝑛𝑎𝑠 𝑦 𝑐𝑖𝑢𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎𝑛𝑎𝑠

3 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑎𝑟𝑒𝑎𝑠 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑝𝑜𝑙𝑖𝑡𝑎𝑛𝑎𝑠 [13]

Modelo ITU-R 1411

En línea de vista – LoS

Este modelo establece límites entre los posibles valores que se pueden obtener de las siguientes

ecuaciones.

El limite por debajo

𝐿𝐿𝑜𝑆 = 𝐿𝑏𝑝 +

{

20 log (

𝑑

𝑅𝑏𝑝) 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑑 ≤ 𝑅𝑏𝑝

40 log (𝑑

𝑅𝑏𝑝) 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑑 > 𝑅𝑏𝑝

𝑅𝑏𝑝 =4ℎ𝑏ℎ𝑚 ʎ

[14]



17

El limite por encima

𝐿𝐿𝑜𝑆,𝑢 = 𝐿𝑏𝑝 + 20 + {25 log (

𝑑

𝑅𝑏𝑝) 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑑 ≤ 𝑅𝑏𝑝

40 log (𝑑

𝑅𝑏𝑝) 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑑 > 𝑅𝑏𝑝

[15]

Lbp es el valor base para las pérdidas de transmisión en el punto crítico.

𝐿𝑏𝑝 = ‖20 log (ʎ

8𝜋ℎ𝑏ℎ𝑚) ‖ [16]

Sin línea de vista -NLoS

UHF modelo valido para el siguiente rango de valores hb [4-50 mts], hm [1-3 mts], frecuencia [800

-2000 MHz], distancia [20-5000 mts]. La propagación sobre el promedio del altura de las

edificaciones en la cuidad.

𝐿𝑁𝐿𝑜𝑆1 = {𝐿𝑏𝑓 + 𝐿𝑟𝑡𝑠 + 𝐿𝑚𝑠𝑑 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝐿𝑟𝑡𝑠 + 𝐿𝑚𝑠𝑑 > 0

𝐿𝑏𝑓 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝐿𝑟𝑡𝑠 + 𝐿𝑚𝑠𝑑 ≤ 0 [17]

Las pérdidas en espacio libre:

[18]

El término Lrts describe el acople de ondas de propagación sobre los múltiples caminos en las calles

donde la estación móvil está localizada. El modelo también tiene en cuenta el ancho de la calle y su

orientación.

[19]

Para el cálculo de Lmsd es comparado a la distancia l sobre la cual las construcciones se extienden.

Calculo de Lms cuando l > ds.



18

[20]

Calculo de Lmsd cuando l < ds.

[21]

Propagación dentro de corredores entre edificios

[22]

Modelo ITUR 1238

Las pérdidas por trasmisión indoor se calculan mediante la ecuación presentada a continuación,

la cual está programada de acuerdo al escenario simulado.

[23]

En la ecuación anterior las variables , N corresponde al coeficiente de perdidas presentado en la

tabla 7, f corresponde a la frecuencia de transmisión, d corresponde a la distancia, Lf corresponde

a las perdidas asociadas a el cambio de piso y n corresponde al número de pisos entre los nodos de

comunicación.



19

Tabla 8. Coeficientes de pérdidas, N, para propagación indoor

Frecuencia Residencial Oficinas Comercio

900 MHz - 33 20

1,2 - 1,3 GHz - 32 22

1,8 - 2 GHz 28 30 22

2,4 GHz 28 30 -

3,5 GHz - 27 -

4 GHz 30 28 22

5,2 GHz - 31 -

5,8 GHz - 24 -

60 GHz - 22 17

70 GHz - 22 -

Tabla 9 Desvanecimiento estadístico, desviación estándar (dB) para cálculo de perdidas indoor.

Frecuencia

(GHz)

Residencial Oficinas Comercial

1,8 - 2 8 10 10

3,5 - 8 -

5,2 - 12 -

5,8 - 17 -

Los atributos configurables para la clase HybridBuildingsPropagationLossModel son:

Frecuencia (Hz): rango de valores (200 -2600 MHz).

LossNlosThr (mts): umbral de punto de ruptura en distancia de línea de vista y punto de

línea de no vista.

Environment: tipo de entorno urbano, suburbano o áreas abiertas.

CitySize: Tres posibles ciudades pequeña, mediana y grande.

RoofTopLevel(mts): altura promedio de los edificaciones en la ciudad.

Los parámetros de todas las celdas a simular corresponden a la siguiente tabla de los valores

estándar para la compilación del modelo.

Tabla 10. Parámetros de celda

Macro celda – Urbana

Potencia de transmisión 46 dB

Altura de estación base 35 mts

Figura de ruido ante 9 dB

Radio celda 1 km



20

Tabla 11. Parámetros del modelo de propagación.

Modelo de propagación hibrido

Ruptura de línea de vista 50 mts

Altura promedio edificaciones 15 mts

Shadow fading Outdoor LogNormal σ=0

Shadow fading Indoor LogNormal σ=1

Shadow fading ExtWalls LogNormal σ=1.5

Street Width 20 mts

Configuración de la clase ns-3 HybridPropagationLossModel:

Figura 10. Líneas de propagación del modelo de propagación.

Tabla 12. Modelos de simulación de tipo de escenario.

Entorno Descripción y degradaciones de la propagación significativas

Urbano Valle urbano, caracterizado por avenidas con edificios de varios pisos

La altura de los edificios reduce la probabilidad de una contribución significativa de la

propagación que pasa por encima de los tejados

Las hileras de edificios altos hacen posible la existencia de largos retardos de trayecto.

El gran número de vehículos en movimiento en la zona actúan como reflector, lo que añade

un efecto doppler aleatorio

Urbano de

construcción

baja/suburbano

Amplias avenidas

La altura de los edificios suele ser menor a tres pisos

Pueden producirse efectos de pérdidas adicionales debido a vehículos en tránsito.

Zona residencial Construcciones de uno o dos pisos

Posible de vegetación densa o ligera

Rural Pequeñas casas

Influencia de la altura del terreno

2.2.3. Planificador MAC Scheduler.

El planificador proportional Fair ns3::PfFfMacScheduler esta implementado para recibir como uno

de sus parametros un valor lógico HarqEnable, el cual por defecto está activo en tipo I, para efecto

de los escenario a simular este valor es falso.

Config::SetDefault ("ns3::PfFfMacScheduler::HarqEnabled", BooleanValue (false));



21

2.2.4. EARFCN

Hace parte de los atributos de la clase ns3::LteSpectrumModelId::earfcn para el cual se realiza la

modificación de este valor para el downlink y uplink y se instala en todos los nodos de los

escenarios (canales EUTRA ). El ancho de banda para el downlink y el uplink de la misma forma

se pueden cambiar en la misma clase LteSpectrumModelId::bandwidth (para efectos de simulación

este valor está asignado de la siguiente manera: 6 -> 1.4 MHz, 15 -> 3 MHz, 25 -> 5 MHz, 50-> 10

MHz, 75 -> 15 MHz, 100 -> 20 MHz ). Para el escenario de simulación se escoge 50. y para la

femtoceldas se escoge 6.

Tabla 13. Valores de transmisión.

Escenario

Tipo de ambiente Macrocelda urbana, largecity

Frecuencia 2.5 GHz banda 7 EARFCN 2750

Ancho de Banda 10 MHz – 55 RBs

2.2.5. Modo de transmisión

En la clase ns3::LteEnbRrc::m_defaultTransmissionMode se escoge el modo de comunicación

SISO. La clase presenta el atributo DefaultTransmissonMode, el valor por defecto para el modo de

transmisión es de 0, este valor corresponde al modelo SISO. Los demás atributos para efectos de

simulación de esta clase de escogen por defecto para todo los nodos de los escenarios.

2.2.6. Construcciones

La clase ns3::MobilityBuildingInfo presenta parámetros de entrada para la introducción de

nodos dentro de una construcción, hace parte de los atributos de cada uno de los nodos instalados

en los escenarios, esta clase no es necesaria para el escenario 1.

Tabla 14. Parámetros de las edificaciones en el modelo.

Modelo de Edificaciones

Superficie externa Concreto con ventana (7dB)

Coeficiente de pérdidas interno 5 dB

Largo 100 mts

Ancho 100 mts

Alto 15 mts

Cuartos en X 1

Cuartos en Y 1

Numero de edificios 3



22

3. Diseño estadístico de experimento

Intervalos de confianza para el modelo de distribución normal del error en las mediciones

tenemos las siguientes ecuaciones para definir intervalos de confianza.

𝜇 𝜖 �̅� ∓ 𝑧𝛼2 𝜎

√𝑛

[24]

Donde el intervalo de confianza está definido como 1-α. El margen de error sobre la medición se

tiene al despejar de la ecuación [24] el error de muestreo está definido por la ecuación [25]. Para

los resultados se espera un intervalo de confianza de la media del 99%.

𝑀𝑎𝑟𝑔𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑖𝑡𝑖𝑑𝑜 = 𝑧𝛼2 𝜎

√𝑛

𝑒 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑒𝑜 = 𝜎

√𝑛

[25]

3.1. Tiempo de simulación y cantidad de semillas para cada experimento

Se asumen que todas los resultados de los experimentos presentan una distribución

normal con media y desviación estándar desconocidas, mediante el intervalo de confianza

es posible calcular la presicion del resultado y su posible valor dentro de un rango donde el

resultado real existe. La clase NS-3 seedManager permite establecer el nurmo de

experimentos y semillas experimentales para generar una serie de resultados independientes

e idénticamente distribuidos con el objetivo de obtener los valores de confianza dadas las

ecuaciones de la sección anterior.

Dada la cantidad de usuarios se pleantea el experimento se realizan 10 corridas del

experimento por 120 segundos de simulación, lo que implica una desviación estándar de los

datos con cumplen con un error de muestreo aproximado al 0,01% sobre todos los datos.

4. Escenarios de simulación

Los escenarios que componen el estudio de sensibilidad son los correspondientes a las figuras

11, 12 y 13 de donde es posible observar las topologías correspondientes a cada escenario. Todos

los usuarios tienen una posición fija en la celda.

4.1. Escenario base

Como ya se ha explicado en secciones anteriores el escenario base corresponde al

escenario en el cual ninguno de los nodos de usuario es indoor en la macro celda, este

escenario tiene un ancho de banda de 10 MHz, la potencia de la antena de transmisión es de

46 dB, y todos los nodos presentan un trafico en el link de subida y bajada debidos a una

aplicación on/off mediante protocolo UDP para VoIP.



23

Figura 11. Topología del escenario base.

4.2. Escenario con edificaciones

Como ya se ha explicado en secciones anteriores el escenario con edificaciones

corresponde al escenario en el cual aproximandamente el 40% de los nodos de usuario es

indoor en la macro celda, este escenario tiene un ancho de banda de 10 MHz, la potencia de

la antena de transmisión es de 46 dB, y todos los nodos presentan un trafico en el link de

subida y bajada debidos a una aplicación on/off mediante protocolo UDP para VoIP. Las 3

edificaciones presentan un modelo de perdidas asociado al de concreto con ventana y las

edificaciones contiene cada una 10 usuarios.

Figura 12. Topología del escenario con edificaciones.



24

4.3. Escenario con femtoceldas

Como ya se ha explicado en secciones anteriores el escenario con edificaciones

corresponde al escenario en el cual aproximandamente el 40% de los nodos de usuario es

indoor en la macro celda, este escenario tiene un ancho de banda de 5 MHz , la potencia de

la antena de transmisión es de 46 dB, y todos los nodos presentan un trafico en el link de

subida y bajada debidos a una aplicación on/off mediante protocolo UDP para VoIP. Las 3

edificaciones presentan un modelo de perdidas asociado al de concreto con ventana y las

edificaciones contiene cada una 10 usuarios. Adicinalmente cada edificación presenta una

femtocelda la cual tiene asignado un ancho de banda de 1.4 MHz y transmisión por el

canal 7 correspondiente a 700 MHz.

Figura 13. Topología de escenario con femto celdas.

5. Resultados

Los resultados de las simulaciones corresponden a las métricas tal como se establecen en el

numeral siguiente.

5.1. Metodos de analisis de archivos resultados del simulador

Todos los archivos fueron analisados en Excel siguiendo las siguientes ecuaciones dados los datos

arojados por las distintas capas simuladas en cada uno de los escenarios, se presentan acontinuacion

las ecuación para establecer los parametros de desempeño como trafico promedio, jitter promedio,

retardo promedio, porcentaje de paquetes perdidos [2].

𝑡𝑟𝑎𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 =(𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑅𝑥𝐵 𝑥 8 )

𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜𝑠

[26]

𝑅𝑒𝑡𝑎𝑟𝑑𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 =∑𝑟𝑒𝑡𝑎𝑟𝑑𝑜 𝑖

𝑅𝑥𝑃



25

[27]

𝐽𝑖𝑡𝑡𝑒𝑟 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 =(∑𝑟𝑒𝑡𝑎𝑟𝑑𝑜 𝑖 (𝑠𝑒𝑔 𝑖 ) − 𝑟𝑒𝑡𝑎𝑟𝑑𝑜 𝑖(𝑠𝑒𝑔 𝑖 − 1))

𝑅𝑥𝐵

[28]

𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑞𝑢𝑒𝑡𝑒𝑠 = 𝑇𝑥𝑃 − 𝑅𝑥𝑃 [29]

𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑛𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑞𝑢𝑒𝑡𝑒𝑠 = 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒𝑝𝑎𝑞𝑢𝑒𝑡𝑒𝑠

𝑇𝑥𝑃

[30]

Los archivos de resultados arrojados por el simulador presentan la siguiente disposición de datos

dada la capa simulada según el intervalo de tiempo por usuario. Se presenta acontinuacion el orden

y significado de cada uno de estos datos.

5.1.1. Downlink signal to noise ratio (DlRsrpSinrStats).

CellId: Identificador de celda.

IMSI: Indetificador de equipo de usuario.

Rsrp: Valor de señal recibida.

Sinr: Relacion de señal a ruido e interferencia.

5.1.2. Donwlink packet data convergence protocol (DlPdcpStats)

nTxPDUs: numero de PDUs transmitidos.

nRxPDUs: numero de PDUs recibidos.

PduSize: Tamaño de PDUs.

Start and end time: tiempos de comienzo y terminación en paso de 0.25 s.

5.1.3. Downlink médium acceso control (DlMacStats)

mcsTb1: Valor de MCS por UE para el Puerto de antena 0.

sizeTb1: Tamaño dl bloque de transporte para el puerto de antena 0.

mcsTb2: Valor de MCS por UE para el Puerto de antena 1, si es utilizado.

sizeTb2: Tamaño dl bloque de transporte para el puerto de antena 1.

Se realiza la corroboracion por estimación de canal mediante la ecuación de Shannon-Hartley,

la cual relación los parametros de ancho de banda, relación señal a ruido y eficiencia de espectro,

esto con el objetivo de verificar las tasas de datos alcanzables dada las posiciones de los usuarios en

la celda. La siguiente ecuación realiza esta relación, dado los parametros asignados a un ancho de

banda de 10 MHz.

𝐶 = 𝐵𝑊 𝑙𝑜𝑔2(1 + 𝑆𝐼𝑁𝑅)

[31]



26

Al considerar interferencia como una señal de ruido blanco gaussiano, y considerar la eficiencia

espectral como la relación entre C y el ancho de banda, y la potencia recibida como el factor entre la

eneria de bit y la tasa de transmisión de datos es posible expresar el índice de utilización de canal o

efciencia espectral como:

𝛾 ≤ 𝑙𝑜𝑔2 (1 +𝛾𝐸𝑏

𝑁0)

[32]

Donde 𝛾 corresponde la utilización del ancho de banda, relación entre la tasa de transmisión y el

ancho de banda, Eb es la energía de bit, No es la densidad de potencia espectral la cual es el

producto de la constante de boltzman y la temperatura en grados kelvin.

Figura 14. Eficiencia de canal dada relacion señal a ruido.

5.2. Estudio de desempeño del escenario base

El objetivo del estudio de trafico del escanrio base fue determinar la cantidad máxima de

usuarios que se pueda atender dada la configuración de la celda. Una vez sen obtiene este numero

de usuarios se procede a realizar el estudio de sensibilidad de trafico sobre los escenarios que

incluyen nodos de usuario indoor y femto celdas.

Dadas la figuras 14, 15 y 16 y los valores de retardo, tráfico, jitter y perdida de paquetes se puede

observar que el limite de usuarios para cumplir con los parámetros minimos de calidad de servicio

están determinado por el retardo en mmilisegundos de los paquetes transmitidos, ya que en este

valor se alcanza el máximo retardp permitido para la aplicación de voz sobre IP y por lo tanto se

toman 80 usuarios para realizar los análisis de desempeño de la red posteriores.



27

Figura 15. Retardo vs número de usuarios escenario base.

Figura 16. Trafico ofrecido por usuario vs número de usuarios.

Figura 17. Jitter vs numero de usuarios.

5.3. Estudio espectro en cada escenario

En las figuras 17, 18 y 19 se puede observar la relación señal a ruido de los diferentes

escenarios dadas las configuraciones de los mismos. Se puede observar a su vez que los

modelos de propagación en los escenarios no se ajustan suavemente conforme se realiza el

cálculo de desvanecimiento.

0

100

200

300

5 15 30 45 60 80

Re

tard

o (

ms)

# usuarios

134

135

136

137

138

5 15 30 45 60 80Traf

ico

kb

ps

po

r u

suar

io

# usuarios

0

5

10

15

20

5 15 30 45 60 80

Jitt

er

(m

s)

# usuarios



28

Figura 18. SINR escenario base 2.5 GHz.

Figura 19. SINR escenario con edificaciones 2.5 GHz.



29

Figura 20. SINR de femto celdas en escenario con edificaciones 700 MHz

En la figura 19 se presenta únicamente la relación señal a ruido de las femtoceldas con una

frecuencia de 700 Mhz y anchos de banda de 1.4 MHz, esta figura conjutno a la figura 18

conforman la traza de relación señal a ruido dado que se deben sobre poner ya que son trazas de

canal en diferentes frecuencias de operación, 2.5 GHz y 700 MHz. Se puede observar en la figura

que presenta una mejor cobertura que los escenarios base y con edificaciones en cuento a potencia

de transmisión, sin embargo los anchos de banda son más reducidos 5 MHz y 1.4 MHz en

comparación a los escenarios base y con edificaciones.

5.4. Estudio de sensibilidad de trafico de escenario de los tres escenarios

El estudio de sensibilidad presenta la comparación de los valores de los parámetros de desempeño

del sistema entre los tres escenarios supuestos para este trabajo, en las figuras 20 – 26 se pueden

observar la comparación de las matricas por cada escenario.

Figura 21. Retardo dependiendo del escenario. .

0

100

200

300

400

Base edificaciones Femto celdas

Re

tard

o (

ms)

Escenario



30

Figura 22. Jitter depediendo del escenario.

Figura 23. Eficiencia espectral dependiendo el escenario simulado.

Figura 24. Asignacion de trafico dado el CQI de los usuarios..

0

5

10

15

20


Jitt

er

(ms)

Escenario

0

0,5

1

1,5


Efic

ien

cia

esp

ect

ral

bp

s/H

z

Escenario

0

2

4

6

8

10

12

14

16

Nu

me

ro d

e u

suar

ios

decil

Base

Edificaciones

Femto celdas



31

Figura 25. Trafico ofrecido por usuario dependiendo del escenario.

Figura 26. Capacidad de canal promedio dependiendo del escenario.

Figura 27. Porcentaje de pérdidas de paquetes dependiendo el escenario.

0

50

100

150


Traf

ico

kb

ps

po

r u

suar

io

Escenario

0

5

10

15

20


Cap

acid

ad d

e c

anal

p

rom

ed

io (

Mb

ps)

Escenario

0,00%

2,00%

4,00%

6,00%

8,00%

10,00%

Base edificaciones Femto celdasPo

rce

nta

je d

e p

erd

ida

de

paq

ue

tes

Escenario



32

En la tabla 15 se presenta los valores se desempeño de los escenarios simulados, valores que

corresponden a las figuras anterioremente presentadas. De los cuales se puede resaltar que la

configuración que presenta un mejor desempeño es la referente a la utilización de femto celdas, ya

que presenta mejoras en todas las métricas de desempeño consideradas.Aun cuando la

configuración base presenta las métricas adecuadas para la prestación de servicio asginado en la

simulación.

Esto es debido a que dada la aplicación asignada a los usuarios presento mas sensibilidad a la

potencia transmitida sobre el ancho de banda del canal asignado, es por esta razón que es posible

modular y generar mayor trafico el cual no supera el permitido por el ancho de banda. Las perdidas

de paquetes debido modulaciones y falta de un protocolo harq son debidas a las perdidas por

propagación. De igual manera dada la tabla 15 es posible afirmar que la en la simulación de

usuarios indoor en edificaciones con distancias superiores a 500 mts de la estación base no

presentaban servicio y es por ello que los parámetros de desempeño para este escenario fue inferior

al escenario base y escenario con femtoceldas.

Tabla 15. Desempeño del sistema de los escenarios simulados, resultados

Parámetro de

desempeño

Jitter

(ms)

Perdida de

paquetes (%)

Trafico

ofrecido

(Mbps)

Retardo

promedio

(ms)

Eficiencia

espectral

(b/Hz)

Escenario 1 15 1.8% 11 200 1.2

Escenario 2 15 8% 10 300 1.1

Escenario 3 10 1.5% 15 150 1.4



33

6. Conclusiones

Para áreas indoor la incorporación al modelo de una femto celda al sistema de la red LTE

simulada mostro ser una solución eficaz ante la deficiencia de servico de los nodos lejanos

y se comporobo la mejora de desempeño del sistema del trafico requerido por la

aplicación.

El analis de resultados de las simulaciones muestra el correcto funcionamiento del cálculo

de perdidas por desvanecimiento mediante la clase hibirda del modelo de propagación dado

el detallado modelamiento que incorpora la herramienta de simulación NS3.

El estudio del modulo LTE de NS3 permitiio la simulación de un escenario de

complejidad intermedia de una red a la cual fue posible extraer las matricas de

desempeño para la evaluación del servicio dada diferentes configuraciones de usuarios en el

entorno.

El protocolo UDP permitio la instalación a todos los usuarios de una aplicación on/off de

voz sobre IP para una taza de bit garantizada, lo que permitio simular un servicio

aproximado a una red real con su respectivo trafico requerido.

Dado que el simulador NS3 esta basdo en LTE release 8 permite multiples

implementaciónes tecnolgogicas propias del estandar tal como se presento en el

documento.


parámetros de un sistema con simulador NS3 Referencias

1

7. REFERENCIAS [1] S. Sesia, “ Introduction and Bakcground” , in LTE The UMTS Long Term Evolution, From

Theory to Practice. S.Sesia. Wiley: United Kingdom, 2011. ( 1-23 pp.)

[2]S. Sesia, “ Network Architecture” , in LTE The UMTS Long Term Evolution, From Theory to

Practice. S.Sesia. Wiley: United Kingdom, 2011. ( 23-57 pp.)

[3]S. Sesia, “ Physical Layer for downlink” , in LTE The UMTS Long Term Evolution, From

Theory to Practice. S.Sesia. Wiley: United Kingdom, 2011. ( 121-150 pp.)

[4] LENA, User Manual. First Edition. NS-3. 2011. vailable in: http://lena.cttc.es/manual/lte-

design.html#

[5] LENA, Manual and documentation. First Edition. NS-3. 2011. vailable in:

http://lena.cttc.es/manual/lte-design.html#

[6] 3GPP. Technical Specification group radio accces network ; Evolved Universal terrestrial radio

acces (E-UTRA); Base estation radio transmission and reception. V80.0.8 (2007-2012). LTE

Release 8 http://www.qtc.jp/3GPP/Specs/36104-800.pdf.

[7] LTE Quick Reference, CQI. Recovered from WEB on November 24th, 2014. Available at:

http://www.sharetechnote.com/html/Handbook_LTE_CQI.html

[8] A Downlink SNR to CQI Mapping for Different Multiple Antenna Techniques in LTE.

International Journal of Information and Electronics Engineering, Vol. 2, No. 5, September 2012.

Recovered from WEB on November 24th, 2014. Available at: http://www.ijiee.org/papers/201-

X2020.pdf

[9] A Novel CQI Calculation Scheme in LTE\LTE-A Systems. Wireless Communications and

Signal Processing (WCSP), 2011 International Conference on 9-11 Nov. 2011. Recovered from

WEB on November 24th, 2014. Available at:

http://ieeexplore.ieee.org.ezproxy.uniandes.edu.co:8080/xpl/articleDetails.jsp?tp=&arnumber=6096

767&queryText%3DCQI+Calculation

[10] What is QAM - Quadrature Amplitude Modulation. Recovered from WEB on November 24th,

2014. Available at: http://www.radio-electronics.com/info/rf-technology-design/quadrature-

amplitude-modulation-qam/what-is-qam-tutorial.php

[11] Phase-shift keying (PSK). Recovered from WEB on November 24th, 2014. Available at:

http://searchnetworking.techtarget.com/definition/phase-shift-keying.

http://lena.cttc.es/manual/lte-design.html



http://www.qtc.jp/3GPP/Specs/36104-800.pdf

http://www.sharetechnote.com/html/Handbook_LTE_CQI.html

http://www.ijiee.org/papers/201-X2020.pdf

http://www.ijiee.org/papers/201-X2020.pdf

http://ieeexplore.ieee.org.ezproxy.uniandes.edu.co:8080/xpl/mostRecentIssue.jsp?punumber=6093625

http://ieeexplore.ieee.org.ezproxy.uniandes.edu.co:8080/xpl/mostRecentIssue.jsp?punumber=6093625

http://ieeexplore.ieee.org.ezproxy.uniandes.edu.co:8080/xpl/articleDetails.jsp?tp=&arnumber=6096767&queryText%3DCQI+Calculation

http://ieeexplore.ieee.org.ezproxy.uniandes.edu.co:8080/xpl/articleDetails.jsp?tp=&arnumber=6096767&queryText%3DCQI+Calculation

http://www.radio-electronics.com/info/rf-technology-design/quadrature-amplitude-modulation-qam/what-is-qam-tutorial.php

http://www.radio-electronics.com/info/rf-technology-design/quadrature-amplitude-modulation-qam/what-is-qam-tutorial.php

http://searchnetworking.techtarget.com/definition/phase-shift-keying


parámetros de un sistema con simulador NS3 Referencias

2

[12] ITU, International Telecommunications Union, www.itu.int/itu-r.

[13] NGMN, ‘Next Generation Mobile Networks Beyond HSPA & EVDO – A white paper’,

www.ngmn.org, December 2006.

[14] J. H. Winters, ‘Optimum Combining in Digital Mobile Radio with Cochannel Interference’.

IEEE. Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 2, July 1984.

[15] R. Price and P. E. Green, ‘A Communication Technique for Multipath Channels’ in

Proceedings of the IRE, Vol. 46, March 1958.

[16] Orange, China Mobile, KPN, NTT DoCoMo, Sprint, T-Mobile, Vodafone, and Telecom Italia,

‘R1-070674: LTE Physical Layer Framework for Performance Verification’, www.3gpp.org, 3GPP

TSG RAN WG1, meeting 48, St Louis, USA, February 2007.

[17] 3GPP Technical Report 25.814, ‘Physical Layer Aspects for Evolved UTRA’, www.3gpp.org.

[18] NGMN, ‘Next Generation Mobile Networks Radio Access Performance Evaluation

Methodology’,www.ngmn.org, June 2007.

[19] Ericsson, ‘R1-072578: Summary of Downlink Performance Evaluation’, www.3gpp.org, 3GPP

TSG RAN WG1, meeting 49, Kobe, Japan, May 2007.

[20] Nokia, ‘R1-072261: LTE Performance Evaluation – Uplink Summary’, www.3gpp.org, 3GPP

TSG RAN WG1, meeting 49, Kobe, Japan, May 2007.

[21] 3GPP Technical Report 25.913, ‘Requirements for Evolved UTRA (E-UTRA) and Evolved

UTRAN (E-UTRAN)’, www.3gpp.org.

[22] 3GPP Technical Specification 36.307, ‘Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-

UTRA); Requirements on User Equipments (UEs) supporting a release-independent frequency

band’, www.3gpp.org.


UTRA); User Equipment (UE) radio access capabilities’, www.3gpp.org.


UTRA); Radio Resource Control (RRC); Protocol specification’, www.3gpp.org.

[25] 3GPP Technical Spercification 36.321, ‘Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-

UTRA); Medium Access Control MAC protocol specification’, www.3gpp.org.

[26] ITU-R Report M.2134, ‘Requirements related to technical performance for IMT-Advanced

radio interface(s)’, www.itu.int/itu-r.

http://www.itu.int/itu-r

http://www.3gpp.org/






parámetros de un sistema con simulador NS3 Anexos

1

8. ANEXOS

Código del escenario base PRIMER ESCENARIO // Jorge Leonardo Gómez Mora // Escenario base de simulación #include <ns3/lte-helper.h> #include <ns3/epc-helper.h> #include <ns3/ipv4-global-routing-helper.h> #include <ns3/core-module.h> #include <ns3/network-module.h> #include <ns3/mobility-module.h> #include <ns3/internet-module.h> #include <ns3/lte-module.h> #include <ns3/config-store-module.h> #include <ns3/buildings-module.h> #include <ns3/point-to-point-helper.h> #include <ns3/applications-module.h> #include <ns3/log.h> #include <iomanip> #include <ios> #include <string> #include <vector> // The topology of this simulation program is inspired from // 3GPP R4-092042, Section 4.2.1 Dual Stripe Model // note that the term "apartments" used in that document matches with // the term "room" used in the BuildingsMobilityModel #include "ns3/rng-seed-manager.h" using namespace ns3; NS_LOG_COMPONENT_DEFINE ("Zer0Scenario"); bool AreOverlapping (Box a, Box b) { return !((a.xMin > b.xMax) || (b.xMin > a.xMax) || (a.yMin > b.yMax) || (b.yMin > a.yMax)); } class FemtocellBlockAllocator { public: FemtocellBlockAllocator (Box area, uint32_t nApartmentsX, uint32_t nFloors); void Create (uint32_t n); void Create ();



2

private: bool OverlapsWithAnyPrevious (Box); Box m_area; uint32_t m_nApartmentsX; uint32_t m_nFloors; std::list<Box> m_previousBlocks; double m_xSize; double m_ySize; Ptr<UniformRandomVariable> m_xMinVar; Ptr<UniformRandomVariable> m_yMinVar; }; FemtocellBlockAllocator::FemtocellBlockAllocator (Box area, uint32_t nApartmentsX, uint32_t nFloors) : m_area (area), m_nApartmentsX (nApartmentsX), m_nFloors (nFloors), m_xSize (nApartmentsX*50), m_ySize (50) { m_xMinVar = CreateObject<UniformRandomVariable> (); m_xMinVar->SetAttribute ("Min", DoubleValue (area.xMin - 500 )); m_xMinVar->SetAttribute ("Max", DoubleValue (area.xMax - m_xSize)); m_yMinVar = CreateObject<UniformRandomVariable> (); m_yMinVar->SetAttribute ("Min", DoubleValue (area.yMin - 400)); m_yMinVar->SetAttribute ("Max", DoubleValue (area.yMax - m_ySize)); } void FemtocellBlockAllocator::Create (uint32_t n) { for (uint32_t i = 0; i < n; ++i) { Create (); } } void FemtocellBlockAllocator::Create () { Box box; uint32_t attempt = 0; do { NS_ASSERT_MSG (attempt < 100, "Too many failed attemtps to position apartment block. Too many blocks? Too small area?"); box.xMin = m_xMinVar->GetValue (); box.xMax = box.xMin + m_xSize; box.yMin = m_yMinVar->GetValue (); box.yMax = box.yMin + m_ySize; ++attempt;



3

} while (OverlapsWithAnyPrevious (box)); NS_LOG_LOGIC ("allocated non overlapping block " << box); m_previousBlocks.push_back (box); Ptr<GridBuildingAllocator> gridBuildingAllocator; gridBuildingAllocator = CreateObject<GridBuildingAllocator> (); gridBuildingAllocator->SetAttribute ("GridWidth", UintegerValue (1)); gridBuildingAllocator->SetAttribute ("LengthX", DoubleValue (50*m_nApartmentsX)); gridBuildingAllocator->SetAttribute ("LengthY", DoubleValue (50*2)); gridBuildingAllocator->SetAttribute ("DeltaX", DoubleValue (50)); gridBuildingAllocator->SetAttribute ("DeltaY", DoubleValue (50)); gridBuildingAllocator->SetAttribute ("Height", DoubleValue (3*m_nFloors)); gridBuildingAllocator->SetBuildingAttribute ("NRoomsX", UintegerValue (m_nApartmentsX)); gridBuildingAllocator->SetBuildingAttribute ("NRoomsY", UintegerValue (2)); gridBuildingAllocator->SetBuildingAttribute ("NFloors", UintegerValue (m_nFloors)); gridBuildingAllocator->SetAttribute ("MinX", DoubleValue (box.xMin + 50)); gridBuildingAllocator->SetAttribute ("MinY", DoubleValue (box.yMin + 50)); gridBuildingAllocator->Create (1); } bool FemtocellBlockAllocator::OverlapsWithAnyPrevious (Box box) { for (std::list<Box>::iterator it = m_previousBlocks.begin (); it != m_previousBlocks.end (); ++it) { if (AreOverlapping (*it, box)) { return true; } } return false; } void PrintGnuplottableBuildingListToFile (std::string filename) { std::ofstream outFile; outFile.open (filename.c_str (), std::ios_base::out | std::ios_base::trunc); if (!outFile.is_open ()) { NS_LOG_ERROR ("Can't open file " << filename); return; } uint32_t index = 0; for (BuildingList::Iterator it = BuildingList::Begin (); it != BuildingList::End (); ++it) { ++index; Box box = (*it)->GetBoundaries (); outFile << "set object " << index << " rect from " << box.xMin << "," << box.yMin



4

<< " to " << box.xMax << "," << box.yMax << " front fs empty " << std::endl; } } void PrintGnuplottableUeListToFile (std::string filename) { std::ofstream outFile; outFile.open (filename.c_str (), std::ios_base::out | std::ios_base::trunc); if (!outFile.is_open ()) { NS_LOG_ERROR ("Can't open file " << filename); return; } for (NodeList::Iterator it = NodeList::Begin (); it != NodeList::End (); ++it) { Ptr<Node> node = *it; int nDevs = node->GetNDevices (); for (int j = 0; j < nDevs; j++) { Ptr<LteUeNetDevice> uedev = node->GetDevice (j)->GetObject <LteUeNetDevice> (); if (uedev) { Vector pos = node->GetObject<MobilityModel> ()->GetPosition (); outFile << "set label \"" << uedev->GetImsi () << "\" at "<< pos.x << "," << pos.y << " left font \"Helvetica,4\" textcolor rgb \"grey\" front point pt 1 ps 0.3 lc rgb \"grey\" offset 0,0" << std::endl; } } } } void PrintGnuplottableEnbListToFile (std::string filename) { std::ofstream outFile; outFile.open (filename.c_str (), std::ios_base::out | std::ios_base::trunc); if (!outFile.is_open ()) { NS_LOG_ERROR ("Can't open file " << filename); return; } for (NodeList::Iterator it = NodeList::Begin (); it != NodeList::End (); ++it) { Ptr<Node> node = *it; int nDevs = node->GetNDevices (); for (int j = 0; j < nDevs; j++) {



5

Ptr<LteEnbNetDevice> enbdev = node->GetDevice (j)->GetObject <LteEnbNetDevice> (); if (enbdev) { Vector pos = node->GetObject<MobilityModel> ()->GetPosition (); outFile << "set label \"" << enbdev->GetCellId () << "\" at "<< pos.x << "," << pos.y << " left font \"Helvetica,4\" textcolor rgb \"white\" front point pt 2 ps 0.3 lc rgb \"white\" offset 0,0" << std::endl; } } } } int main (int argc, char *argv[]) { // change some default attributes so that they are reasonable for // this scenario, but do this before processing command line // arguments, so that the user is allowed to override these settings Config::SetDefault ("ns3::UdpClient::Interval", TimeValue (MilliSeconds (1))); Config::SetDefault ("ns3::UdpClient::MaxPackets", UintegerValue (1000000)); Config::SetDefault ("ns3::LteRlcUm::MaxTxBufferSize", UintegerValue (10 * 1024)); CommandLine cmd; cmd.Parse (argc, argv); ConfigStore inputConfig; inputConfig.ConfigureDefaults (); // parse again so you can override input file default values via command line cmd.Parse (argc, argv); // the scenario parameters get their values from the global attributes defined above // Number of femtocell blocks uint32_t nBlocks = 0; // Number of femtocell blocks uint32_t nApartmentsX = 0; // Number of femtocell block along Xaxis bock uint32_t nFloors = 0; // Number of floors double HeighteNB = 35.0; // Height of eNB node in mts. double areaMarginFactor = 80;// Total users outdoor double homeUesHomeEnbRatio = 0.0; // Total UEs indoor per block double macroEnbTxPowerDbm = 46; // Power in dBm in eNB MACRO //double homeEnbTxPowerDbm = 10; // Power in dBm in HeNB femtocell uint16_t macroEnbDlEarfcn = 100;// Channel of download 38 // uint16_t homeEnbDlEarfcn = 100; // Channel of download 5 uint16_t macroEnbBandwidth = 100; // 20 MHz BW for MACRO // uint16_t homeEnbBandwidth = 15; // 3 MHZ BW for femto double simTime = 5.1; // Simultation time uint16_t srsPeriodicity = 160; // 160 to install up to 160 UEs uint16_t outdoorUeMinSpeed = 0; // COnstant position for the simulation uint16_t outdoorUeMaxSpeed = 0; uint16_t rngRun = 1; // Number of simulations for seed. For multiple independent events.



6

Config::SetDefault ("ns3::LteEnbRrc::SrsPeriodicity", UintegerValue (srsPeriodicity)); // Re run the simulation as a sequencce of independent trials RngSeedManager::SetSeed (1); // Changes seed number. Experiment RngSeedManager::SetRun (rngRun); // Changes run number. Re run the seed this number. // Box for all the scenario Box macroUeBox; double ueZ = 1.5; macroUeBox = Box (-1000, 1000, -1000, 1000, ueZ, HeighteNB); // Block allocator for 3 buildings FemtocellBlockAllocator blockAllocator (macroUeBox, nApartmentsX, nFloors); blockAllocator.Create (nBlocks); // Number of UE for the scenario uint32_t nHomeEnbs = nBlocks; NS_LOG_LOGIC ("nHomeEnbs = " << nHomeEnbs); // User indoor uint32_t nHomeUes = homeUesHomeEnbRatio*nHomeEnbs; NS_LOG_LOGIC ("nHomeUes = " << nHomeUes); // User in the macro area outdoor uint32_t nMacroUes = areaMarginFactor; // Creation of the nodes //NodeContainer homeEnbs; //homeEnbs.Create (nHomeEnbs); NodeContainer macroEnb; macroEnb.Create (1); NodeContainer homeUes; homeUes.Create (nHomeUes); NodeContainer macroUes; macroUes.Create (nMacroUes); // Propagation loss model MobilityHelper mobility; mobility.SetMobilityModel ("ns3::ConstantPositionMobilityModel"); Ptr <LteHelper> lteHelper = CreateObject<LteHelper> (); lteHelper->SetAttribute ("PathlossModel", StringValue ("ns3::HybridBuildingsPropagationLossModel")); // Values for Concrete and Window lteHelper->SetPathlossModelAttribute ("ShadowSigmaExtWalls", DoubleValue (0)); lteHelper->SetPathlossModelAttribute ("ShadowSigmaOutdoor", DoubleValue (1)); lteHelper->SetPathlossModelAttribute ("ShadowSigmaIndoor", DoubleValue (1.5)); // use always LOS model lteHelper->SetPathlossModelAttribute ("Los2NlosThr", DoubleValue (1e6)); lteHelper->SetSpectrumChannelType ("ns3::MultiModelSpectrumChannel"); //lteHelper->EnableLogComponents (); Config::SetDefault ("ns3::PfFfMacScheduler::HarqEnabled", BooleanValue (false));// False for disable HARQ protocol // Enable EPC helper Ptr<PointToPointEpcHelper> epcHelper;



7

NS_LOG_LOGIC ("enabling EPC"); epcHelper = CreateObject<PointToPointEpcHelper> (); lteHelper->SetEpcHelper (epcHelper); // Macro eNBs // Just one MacroCell Ptr<ListPositionAllocator> positionAlloc1 = CreateObject<ListPositionAllocator> (); positionAlloc1->Add (Vector (0.0,0.0, HeighteNB + ueZ)); mobility.SetPositionAllocator(positionAlloc1); mobility.Install (macroEnb); BuildingsHelper::Install (macroEnb); Config::SetDefault ("ns3::LteEnbPhy::TxPower", DoubleValue (macroEnbTxPowerDbm)); lteHelper->SetEnbAntennaModelType ("ns3::IsotropicAntennaModel"); lteHelper->SetEnbDeviceAttribute ("DlEarfcn", UintegerValue (macroEnbDlEarfcn)); lteHelper->SetEnbDeviceAttribute ("UlEarfcn", UintegerValue (macroEnbDlEarfcn + 18000)); lteHelper->SetEnbDeviceAttribute ("DlBandwidth", UintegerValue (macroEnbBandwidth)); lteHelper->SetEnbDeviceAttribute ("UlBandwidth", UintegerValue (macroEnbBandwidth)); NetDeviceContainer macroEnbDevs = lteHelper->InstallEnbDevice (macroEnb); // home UEs located in the same apartment in which there are the Home eNBs Ptr<PositionAllocator> positionAlloc = CreateObject<RandomRoomPositionAllocator> (); mobility.SetPositionAllocator (positionAlloc); mobility.Install (homeUes); BuildingsHelper::Install (homeUes); // set the home UE as a CSG member of the home eNodeBs lteHelper->SetUeDeviceAttribute ("CsgId", UintegerValue (1)); NetDeviceContainer homeUeDevs = lteHelper->InstallUeDevice (homeUes); // macro Ues NS_LOG_LOGIC ("randomly allocating macro UEs in " << macroUeBox << " speedMin " << outdoorUeMinSpeed << " speedMax " << outdoorUeMaxSpeed); positionAlloc = CreateObject<RandomBoxPositionAllocator> (); Ptr<UniformRandomVariable> xVal = CreateObject<UniformRandomVariable> (); xVal->SetAttribute ("Min", DoubleValue (macroUeBox.xMin)); xVal->SetAttribute ("Max", DoubleValue (macroUeBox.xMax)); positionAlloc->SetAttribute ("X", PointerValue (xVal)); Ptr<UniformRandomVariable> yVal = CreateObject<UniformRandomVariable> (); yVal->SetAttribute ("Min", DoubleValue (macroUeBox.yMin)); yVal->SetAttribute ("Max", DoubleValue (macroUeBox.yMax)); positionAlloc->SetAttribute ("Y", PointerValue (yVal)); Ptr<UniformRandomVariable> zVal = CreateObject<UniformRandomVariable> (); zVal->SetAttribute ("Min", DoubleValue (macroUeBox.zMin)); zVal->SetAttribute ("Max", DoubleValue (macroUeBox.zMax)); positionAlloc->SetAttribute ("Z", PointerValue (zVal)); mobility.SetPositionAllocator (positionAlloc); mobility.Install (macroUes); // Install the MUEs in the model BuildingsHelper::Install (macroUes); // Install the lte nodes NetDeviceContainer macroUeDevs = lteHelper->InstallUeDevice (macroUes);



8

// IP for all the nodes Ipv4Address remoteHostAddr; NodeContainer ues; Ipv4StaticRoutingHelper ipv4RoutingHelper; Ipv4InterfaceContainer ueIpIfaces; Ptr<Node> remoteHost; NetDeviceContainer ueDevs; // EPC is enable NS_LOG_LOGIC ("setting up internet and remote host"); // Create a single RemoteHost NodeContainer remoteHostContainer; remoteHostContainer.Create (1); remoteHost = remoteHostContainer.Get (0); InternetStackHelper internet; internet.Install (remoteHostContainer); // Create the Internet PointToPointHelper p2ph; p2ph.SetDeviceAttribute ("DataRate", DataRateValue (DataRate ("100Gb/s"))); p2ph.SetDeviceAttribute ("Mtu", UintegerValue (1500)); p2ph.SetChannelAttribute ("Delay", TimeValue (Seconds (0.010))); Ptr<Node> pgw = epcHelper->GetPgwNode (); NetDeviceContainer internetDevices = p2ph.Install (pgw, remoteHost); Ipv4AddressHelper ipv4h; ipv4h.SetBase ("1.0.0.0", "255.0.0.0"); Ipv4InterfaceContainer internetIpIfaces = ipv4h.Assign (internetDevices); // in this container, interface 0 is the pgw, 1 is the remoteHost remoteHostAddr = internetIpIfaces.GetAddress (1); Ptr<Ipv4StaticRouting> remoteHostStaticRouting = ipv4RoutingHelper.GetStaticRouting (remoteHost->GetObject<Ipv4> ()); remoteHostStaticRouting->AddNetworkRouteTo (Ipv4Address ("7.0.0.0"), Ipv4Mask ("255.0.0.0"), 1); // for internetworking purposes, consider together home UEs and macro UEs ues.Add (homeUes); ues.Add (macroUes); ueDevs.Add (homeUeDevs); ueDevs.Add (macroUeDevs); // Install the IP stack on the UEs internet.Install (ues); ueIpIfaces = epcHelper->AssignUeIpv4Address (NetDeviceContainer (ueDevs)); for (uint32_t u = 0; u < ues.GetN (); ++u) { //Ptr<Node> ueNode = ueNodes.Get (u); // Set IP Adress for all the users.



9

// Set the default gateway for the UE Ptr<Ipv4StaticRouting> ueStaticRouting = ipv4RoutingHelper.GetStaticRouting (ues.Get (u)->GetObject<Ipv4> ()); ueStaticRouting->SetDefaultRoute (epcHelper->GetUeDefaultGatewayAddress (), 1); } // attachment (needs to be done after IP stack configuration) // using initial cell selection, to the enb with the strongest signal lteHelper->Attach (macroUeDevs); lteHelper->Attach (homeUeDevs); // EPC is enable , Setting Applications NS_LOG_LOGIC ("setting up applications"); // Install and start applications on UEs and remote host uint16_t dlPort = 10000; uint16_t ulPort = 20000; // randomize a bit start times to avoid simulation artifacts // (e.g., buffer overflows due to packet transmissions happening // exactly at the same time) Ptr<UniformRandomVariable> startTimeSeconds = CreateObject<UniformRandomVariable> (); startTimeSeconds->SetAttribute ("Min", DoubleValue (0)); startTimeSeconds->SetAttribute ("Max", DoubleValue (0.010)); // User protocol datagram ApplicationContainer clientApps; ApplicationContainer serverApps; Config::SetDefault ("ns3::UdpClient::Interval", TimeValue (MilliSeconds (10))); Config::SetDefault ("ns3::UdpClient::MaxPackets", UintegerValue (1000000)); for (uint32_t b = 0; b < ues.GetN (); ++b) { Ptr<Node> ue = ues.Get (b); Ptr<Ipv4StaticRouting> ueStaticRouting = ipv4RoutingHelper.GetStaticRouting (ue->GetObject<Ipv4> ()); ueStaticRouting->SetDefaultRoute (epcHelper->GetUeDefaultGatewayAddress (), 1); ++dlPort; ++ulPort; // ----------------------UDP app ------------------------- // Installing UDP DL app for UE //UdpClientHelper dlClientHelper (ueIpIfaces.GetAddress (b), dlPort); //clientApps.Add (dlClientHelper.Install (remoteHost)); PacketSinkHelper dlPacketSinkHelper ("ns3::UdpSocketFactory",InetSocketAddress (Ipv4Address::GetAny (), dlPort)); serverApps.Add (dlPacketSinkHelper.Install (ue)); // Installing UPS UL app for UE //UdpClientHelper ulClientHelper (remoteHostAddr, ulPort);



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//clientApps.Add (ulClientHelper.Install (ue)); PacketSinkHelper ulPacketSinkHelper ("ns3::UdpSocketFactory",InetSocketAddress (Ipv4Address::GetAny (), ulPort)); serverApps.Add (ulPacketSinkHelper.Install (remoteHost)); // -------------------------- ON OFF app -------------- //On/Off Application Uplink OnOffHelper Donoffhelper ("ns3::UdpSocketFactory", InetSocketAddress (ueIpIfaces.GetAddress(b), dlPort)); //On/Off Application Downlink OnOffHelper Uonoffhelper("ns3::UdpSocketFactory" ,InetSocketAddress (Ipv4Address::GetAny (), ulPort)); //On/Off Config DOWNLINK Donoffhelper.SetAttribute ("PacketSize", UintegerValue(172)); //The size of packets sent in on state Donoffhelper.SetAttribute ("DataRate", DataRateValue(68800)); //The data rte in on state Donoffhelper.SetAttribute ("OnTime", StringValue ("ns3::ConstantRandomVariable[Constant=0.5]")); //duration of the 'On' state Donoffhelper.SetAttribute ("OffTime",StringValue ("ns3::ConstantRandomVariable[Constant=1.0]")); // duration of the 'Off' state //On/Off Config UPLINK Uonoffhelper.SetAttribute ("PacketSize", UintegerValue(172)); //The size of packets sent in on state Uonoffhelper.SetAttribute ("DataRate", DataRateValue(68800)); //The data rte in on state Uonoffhelper.SetAttribute ("OnTime", StringValue ("ns3::ConstantRandomVariable[Constant=0.5]")); //duration of the 'On' state Uonoffhelper.SetAttribute ("OffTime",StringValue ("ns3::ConstantRandomVariable[Constant=1.0]")); // duration of the 'Off' state // Install de dlPacket sink and the onoff application //serverApps.Add (Donoffhelper.Install (ue)); serverApps.Add (Uonoffhelper.Install (ue)); //clientApps.Add (Uonoffhelper.Install (ue)); clientApps.Add (Donoffhelper.Install (remoteHost)); //One bearer per user. // Bearer asignation //Ptr<EpcTft> tft = Create<EpcTft> (); // Traffic flow template //EpcTft::PacketFilter dlpf; // Filters packets associated //dlpf.localPortStart = dlPort; // with an EPS bearer //dlpf.localPortEnd = dlPort; //tft->Add (dlpf); //EpcTft::PacketFilter ulpf; //ulpf.remotePortStart = ulPort; //ulpf.remotePortEnd = ulPort; //tft->Add (ulpf); //EpsBearer bearer (EpsBearer::GBR_CONV_VOICE); //lteHelper->ActivateDedicatedEpsBearer (ueDevs.Get (b), bearer, tft); // Star time Time startTime = Seconds (startTimeSeconds->GetValue ()); serverApps.Start (startTime); clientApps.Start (startTime); } // End of FOR installation fo IP for every UE.



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//-----To insert the buildings and ue consistent shadow model. BuildingsHelper::MakeMobilityModelConsistent (); // ----- GENERATE REM PrintGnuplottableBuildingListToFile ("0buildings.txt"); PrintGnuplottableEnbListToFile ("0enbs.txt"); PrintGnuplottableUeListToFile ("0ues.txt"); Ptr<RadioEnvironmentMapHelper> remHelper; remHelper = CreateObject<RadioEnvironmentMapHelper> (); remHelper->SetAttribute ("ChannelPath", StringValue ("/ChannelList/0")); remHelper->SetAttribute ("OutputFile", StringValue ("0Srem.out")); remHelper->SetAttribute ("XMin", DoubleValue (macroUeBox.xMin)); remHelper->SetAttribute ("XMax", DoubleValue (macroUeBox.xMax)); remHelper->SetAttribute ("YMin", DoubleValue (macroUeBox.yMin)); remHelper->SetAttribute ("YMax", DoubleValue (macroUeBox.yMax)); remHelper->SetAttribute ("Z", DoubleValue (ueZ)); remHelper->Install (); Simulator::Stop (Seconds (simTime)); //lteHelper->EnablePhyTraces (); lteHelper->EnableMacTraces (); lteHelper->EnableRlcTraces (); lteHelper->EnablePdcpTraces (); //Ptr<RadioBearerStatsCalculator> rlcStats = lteHelper->GetRlcStats (); //rlcStats->SetAttribute ("EpochDuration", TimeValue (Seconds (1.0))); //Ptr<RadioBearerStatsCalculator> pdcpStats = lteHelper->GetPdcpStats (); //pdcpStats->SetAttribute ("EpochDuration", TimeValue (Seconds (1.0))); Simulator::Run (); //GtkConfigStore config; //config.ConfigureAttributes (); lteHelper = 0; Simulator::Destroy (); NS_LOG_UNCOND ("Termino"); return 0; }



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Código del escenario con edificaciones

SEGUNDO ESCENARIO #include <ns3/lte-helper.h> #include <ns3/epc-helper.h> #include <ns3/ipv4-global-routing-helper.h> #include <ns3/core-module.h> #include <ns3/network-module.h> #include <ns3/mobility-module.h> #include <ns3/internet-module.h> #include <ns3/lte-module.h> #include <ns3/config-store-module.h> #include <ns3/buildings-module.h> #include <ns3/point-to-point-helper.h> #include <ns3/applications-module.h> #include <ns3/log.h> #include <iomanip> #include <ios> #include <string> #include <vector> // The topology of this simulation program is inspired from // 3GPP R4-092042, Section 4.2.1 Dual Stripe Model // note that the term "apartments" used in that document matches with // the term "room" used in the BuildingsMobilityModel using namespace ns3; NS_LOG_COMPONENT_DEFINE ("ThirdScenario"); bool AreOverlapping (Box a, Box b) { return !((a.xMin > b.xMax) || (b.xMin > a.xMax) || (a.yMin > b.yMax) || (b.yMin > a.yMax)); } class FemtocellBlockAllocator { public: FemtocellBlockAllocator (Box area, uint32_t nApartmentsX, uint32_t nFloors); void Create (uint32_t n); void Create (); private: bool OverlapsWithAnyPrevious (Box); Box m_area; uint32_t m_nApartmentsX; uint32_t m_nFloors; std::list<Box> m_previousBlocks; double m_xSize; double m_ySize;



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Ptr<UniformRandomVariable> m_xMinVar; Ptr<UniformRandomVariable> m_yMinVar; }; FemtocellBlockAllocator::FemtocellBlockAllocator (Box area, uint32_t nApartmentsX, uint32_t nFloors) : m_area (area), m_nApartmentsX (nApartmentsX), m_nFloors (nFloors), m_xSize (nApartmentsX*10 + 20), m_ySize (70) { m_xMinVar = CreateObject<UniformRandomVariable> (); m_xMinVar->SetAttribute ("Min", DoubleValue (area.xMin)); m_xMinVar->SetAttribute ("Max", DoubleValue (area.xMax - m_xSize)); m_yMinVar = CreateObject<UniformRandomVariable> (); m_yMinVar->SetAttribute ("Min", DoubleValue (area.yMin)); m_yMinVar->SetAttribute ("Max", DoubleValue (area.yMax - m_ySize)); } void FemtocellBlockAllocator::Create (uint32_t n) { for (uint32_t i = 0; i < n; ++i) { Create (); } } void FemtocellBlockAllocator::Create () { Box box; uint32_t attempt = 0; do { NS_ASSERT_MSG (attempt < 100, "Too many failed attemtps to position apartment block. Too many blocks? Too small area?"); box.xMin = m_xMinVar->GetValue (); box.xMax = box.xMin + m_xSize; box.yMin = m_yMinVar->GetValue (); box.yMax = box.yMin + m_ySize; ++attempt; } while (OverlapsWithAnyPrevious (box)); NS_LOG_LOGIC ("allocated non overlapping block " << box); m_previousBlocks.push_back (box); Ptr<GridBuildingAllocator> gridBuildingAllocator; gridBuildingAllocator = CreateObject<GridBuildingAllocator> (); gridBuildingAllocator->SetAttribute ("GridWidth", UintegerValue (1));



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gridBuildingAllocator->SetAttribute ("LengthX", DoubleValue (100*m_nApartmentsX)); gridBuildingAllocator->SetAttribute ("LengthY", DoubleValue (100)); gridBuildingAllocator->SetAttribute ("DeltaX", DoubleValue (10)); gridBuildingAllocator->SetAttribute ("DeltaY", DoubleValue (10)); gridBuildingAllocator->SetAttribute ("Height", DoubleValue (15*m_nFloors)); gridBuildingAllocator->SetBuildingAttribute ("NRoomsX", UintegerValue (m_nApartmentsX)); gridBuildingAllocator->SetBuildingAttribute ("NRoomsY", UintegerValue (2)); gridBuildingAllocator->SetBuildingAttribute ("NFloors", UintegerValue (m_nFloors)); gridBuildingAllocator->SetAttribute ("MinX", DoubleValue (box.xMin + 10)); gridBuildingAllocator->SetAttribute ("MinY", DoubleValue (box.yMin + 10)); gridBuildingAllocator->Create (2); } bool FemtocellBlockAllocator::OverlapsWithAnyPrevious (Box box) { for (std::list<Box>::iterator it = m_previousBlocks.begin (); it != m_previousBlocks.end (); ++it) { if (AreOverlapping (*it, box)) { return true; } } return false; } void PrintGnuplottableBuildingListToFile (std::string filename) { std::ofstream outFile; outFile.open (filename.c_str (), std::ios_base::out | std::ios_base::trunc); if (!outFile.is_open ()) { NS_LOG_ERROR ("Can't open file " << filename); return; } uint32_t index = 0; for (BuildingList::Iterator it = BuildingList::Begin (); it != BuildingList::End (); ++it) { ++index; Box box = (*it)->GetBoundaries (); outFile << "set object " << index << " rect from " << box.xMin << "," << box.yMin << " to " << box.xMax << "," << box.yMax << " front fs empty " << std::endl; } } void PrintGnuplottableUeListToFile (std::string filename)



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{ std::ofstream outFile; outFile.open (filename.c_str (), std::ios_base::out | std::ios_base::trunc); if (!outFile.is_open ()) { NS_LOG_ERROR ("Can't open file " << filename); return; } for (NodeList::Iterator it = NodeList::Begin (); it != NodeList::End (); ++it) { Ptr<Node> node = *it; int nDevs = node->GetNDevices (); for (int j = 0; j < nDevs; j++) { Ptr<LteUeNetDevice> uedev = node->GetDevice (j)->GetObject <LteUeNetDevice> (); if (uedev) { Vector pos = node->GetObject<MobilityModel> ()->GetPosition (); outFile << "set label \"" << uedev->GetImsi () << "\" at "<< pos.x << "," << pos.y << " left font \"Helvetica,4\" textcolor rgb \"grey\" front point pt 1 ps 0.3 lc rgb \"grey\" offset 0,0" << std::endl; } } } } void PrintGnuplottableEnbListToFile (std::string filename) { std::ofstream outFile; outFile.open (filename.c_str (), std::ios_base::out | std::ios_base::trunc); if (!outFile.is_open ()) { NS_LOG_ERROR ("Can't open file " << filename); return; } for (NodeList::Iterator it = NodeList::Begin (); it != NodeList::End (); ++it) { Ptr<Node> node = *it; int nDevs = node->GetNDevices (); for (int j = 0; j < nDevs; j++) { Ptr<LteEnbNetDevice> enbdev = node->GetDevice (j)->GetObject <LteEnbNetDevice> (); if (enbdev) { Vector pos = node->GetObject<MobilityModel> ()->GetPosition (); outFile << "set label \"" << enbdev->GetCellId () << "\" at "<< pos.x << "," << pos.y << " left font \"Helvetica,4\" textcolor rgb \"white\" front point pt 2 ps 0.3 lc rgb \"white\" offset 0,0" << std::endl;



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} } } } int main (int argc, char *argv[]) { // change some default attributes so that they are reasonable for // this scenario, but do this before processing command line // arguments, so that the user is allowed to override these settings Config::SetDefault ("ns3::UdpClient::Interval", TimeValue (MilliSeconds (1))); Config::SetDefault ("ns3::UdpClient::MaxPackets", UintegerValue (1000000)); Config::SetDefault ("ns3::LteRlcUm::MaxTxBufferSize", UintegerValue (10 * 1024)); CommandLine cmd; cmd.Parse (argc, argv); ConfigStore inputConfig; inputConfig.ConfigureDefaults (); // parse again so you can override input file default values via command line cmd.Parse (argc, argv); // the scenario parameters get their values from the global attributes defined above // Number of femtocell blocks uint32_t nBlocks = 3; // Number of femtocell blocks uint32_t nApartmentsX = 1; // Number of femtocell block along Xaxis bock uint32_t nFloors = 1; // Number of floors double HeighteNB = 35.0; // Height of eNB node in mts -1.5. double areaMarginFactor = 50;// Total users outdoor double homeUesHomeEnbRatio = 10.0; // Total UEs indoor per block double macroEnbTxPowerDbm = 46; // Power in dBm in eNB MACRO //double homeEnbTxPowerDbm = 10; // Power in dBm in HeNB femtocell uint16_t macroEnbDlEarfcn = 100;// Channel of download 38 // uint16_t homeEnbDlEarfcn = 100; // Channel of download 5 uint16_t macroEnbBandwidth = 100; // 10 MHz BW for MACRO // uint16_t homeEnbBandwidth = 15; // 3 MHZ BW for femto double simTime = 1.1; // Simultation time uint16_t srsPeriodicity = 160; // 160 to install up to 160 UEs uint16_t outdoorUeMinSpeed = 0; // COnstant position for the simulation uint16_t outdoorUeMaxSpeed = 0; Config::SetDefault ("ns3::LteEnbRrc::SrsPeriodicity", UintegerValue (srsPeriodicity)); // Box for all the scenario Box macroUeBox; double ueZ = 1.5; macroUeBox = Box (-1000, 1000, -1000, 1000, ueZ, HeighteNB); // Block allocator for 3 buildings FemtocellBlockAllocator blockAllocator (macroUeBox, nApartmentsX, nFloors);



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blockAllocator.Create (nBlocks); // Number of UE for the scenario uint32_t nHomeEnbs = nBlocks; NS_LOG_LOGIC ("nHomeEnbs = " << nHomeEnbs); // User indoor uint32_t nHomeUes = homeUesHomeEnbRatio*nHomeEnbs; NS_LOG_LOGIC ("nHomeUes = " << nHomeUes); // User in the macro area outdoor uint32_t nMacroUes = areaMarginFactor; // Creation of the nodes //NodeContainer homeEnbs; //homeEnbs.Create (nHomeEnbs); NodeContainer macroEnb; macroEnb.Create (1); NodeContainer homeUes; homeUes.Create (nHomeUes); NodeContainer macroUes; macroUes.Create (nMacroUes); // Propagation loss model MobilityHelper mobility; mobility.SetMobilityModel ("ns3::ConstantPositionMobilityModel"); Ptr <LteHelper> lteHelper = CreateObject<LteHelper> (); lteHelper->SetAttribute ("PathlossModel", StringValue ("ns3::HybridBuildingsPropagationLossModel")); // Values for Concrete and Window lteHelper->SetPathlossModelAttribute ("ShadowSigmaExtWalls", DoubleValue (0)); lteHelper->SetPathlossModelAttribute ("ShadowSigmaOutdoor", DoubleValue (1)); lteHelper->SetPathlossModelAttribute ("ShadowSigmaIndoor", DoubleValue (1.5)); // use always LOS model lteHelper->SetPathlossModelAttribute ("Los2NlosThr", DoubleValue (1e6)); lteHelper->SetSpectrumChannelType ("ns3::MultiModelSpectrumChannel"); //lteHelper->EnableLogComponents (); Config::SetDefault ("ns3::PfFfMacScheduler::HarqEnabled", BooleanValue (false));// False for disable HARQ protocol // Enable EPC helper Ptr<PointToPointEpcHelper> epcHelper; NS_LOG_LOGIC ("enabling EPC"); epcHelper = CreateObject<PointToPointEpcHelper> (); lteHelper->SetEpcHelper (epcHelper); // Macro eNBs // Just one MacroCell Ptr<ListPositionAllocator> positionAlloc1 = CreateObject<ListPositionAllocator> (); positionAlloc1->Add (Vector (0.0,0.0,HeighteNB)); mobility.SetPositionAllocator(positionAlloc1); mobility.Install (macroEnb); BuildingsHelper::Install (macroEnb); Config::SetDefault ("ns3::LteEnbPhy::TxPower", DoubleValue (macroEnbTxPowerDbm));



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lteHelper->SetEnbAntennaModelType ("ns3::IsotropicAntennaModel"); lteHelper->SetEnbDeviceAttribute ("DlEarfcn", UintegerValue (macroEnbDlEarfcn)); lteHelper->SetEnbDeviceAttribute ("UlEarfcn", UintegerValue (macroEnbDlEarfcn + 18000)); lteHelper->SetEnbDeviceAttribute ("DlBandwidth", UintegerValue (macroEnbBandwidth)); lteHelper->SetEnbDeviceAttribute ("UlBandwidth", UintegerValue (macroEnbBandwidth)); NetDeviceContainer macroEnbDevs = lteHelper->InstallEnbDevice (macroEnb); // HomeEnbs randomly indoor // Ptr<PositionAllocator> positionAlloc = CreateObject<RandomRoomPositionAllocator> (); // mobility.SetPositionAllocator (positionAlloc); // mobility.Install (homeEnbs); // BuildingsHelper::Install (homeEnbs); // Config::SetDefault ("ns3::LteEnbPhy::TxPower", DoubleValue (homeEnbTxPowerDbm)); //lteHelper->SetEnbAntennaModelType ("ns3::IsotropicAntennaModel"); // lteHelper->SetEnbDeviceAttribute ("DlEarfcn", UintegerValue (homeEnbDlEarfcn)); // lteHelper->SetEnbDeviceAttribute ("UlEarfcn", UintegerValue (homeEnbDlEarfcn + 18000)); // lteHelper->SetEnbDeviceAttribute ("DlBandwidth", UintegerValue (homeEnbBandwidth)); // lteHelper->SetEnbDeviceAttribute ("UlBandwidth", UintegerValue (homeEnbBandwidth)); //lteHelper->SetEnbDeviceAttribute ("CsgId", UintegerValue (1)); //lteHelper->SetEnbDeviceAttribute ("CsgIndication", BooleanValue (true)); // NetDeviceContainer homeEnbDevs = lteHelper->InstallEnbDevice (homeEnbs); // home UEs located in the same apartment in which there are the Home eNBs Ptr<PositionAllocator> positionAlloc = CreateObject<RandomRoomPositionAllocator> (); mobility.SetPositionAllocator (positionAlloc); mobility.Install (homeUes); BuildingsHelper::Install (homeUes); // set the home UE as a CSG member of the home eNodeBs lteHelper->SetUeDeviceAttribute ("CsgId", UintegerValue (1)); NetDeviceContainer homeUeDevs = lteHelper->InstallUeDevice (homeUes); // macro Ues NS_LOG_LOGIC ("randomly allocating macro UEs in " << macroUeBox << " speedMin " << outdoorUeMinSpeed << " speedMax " << outdoorUeMaxSpeed); positionAlloc = CreateObject<RandomBoxPositionAllocator> (); Ptr<UniformRandomVariable> xVal = CreateObject<UniformRandomVariable> (); xVal->SetAttribute ("Min", DoubleValue (macroUeBox.xMin)); xVal->SetAttribute ("Max", DoubleValue (macroUeBox.xMax)); positionAlloc->SetAttribute ("X", PointerValue (xVal)); Ptr<UniformRandomVariable> yVal = CreateObject<UniformRandomVariable> (); yVal->SetAttribute ("Min", DoubleValue (macroUeBox.yMin)); yVal->SetAttribute ("Max", DoubleValue (macroUeBox.yMax)); positionAlloc->SetAttribute ("Y", PointerValue (yVal)); Ptr<UniformRandomVariable> zVal = CreateObject<UniformRandomVariable> (); zVal->SetAttribute ("Min", DoubleValue (macroUeBox.zMin)); zVal->SetAttribute ("Max", DoubleValue (macroUeBox.zMax)); positionAlloc->SetAttribute ("Z", PointerValue (zVal)); mobility.SetPositionAllocator (positionAlloc); mobility.Install (macroUes); // Install the MUEs in the model BuildingsHelper::Install (macroUes);



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// Install the lte nodes NetDeviceContainer macroUeDevs = lteHelper->InstallUeDevice (macroUes); // IP for all the nodes Ipv4Address remoteHostAddr; NodeContainer ues; Ipv4StaticRoutingHelper ipv4RoutingHelper; Ipv4InterfaceContainer ueIpIfaces; Ptr<Node> remoteHost; NetDeviceContainer ueDevs; // EPC is enable NS_LOG_LOGIC ("setting up internet and remote host"); // Create a single RemoteHost NodeContainer remoteHostContainer; remoteHostContainer.Create (1); remoteHost = remoteHostContainer.Get (0); InternetStackHelper internet; internet.Install (remoteHostContainer); // Create the Internet PointToPointHelper p2ph; p2ph.SetDeviceAttribute ("DataRate", DataRateValue (DataRate ("100Gb/s"))); p2ph.SetDeviceAttribute ("Mtu", UintegerValue (1500)); p2ph.SetChannelAttribute ("Delay", TimeValue (Seconds (0.010))); Ptr<Node> pgw = epcHelper->GetPgwNode (); NetDeviceContainer internetDevices = p2ph.Install (pgw, remoteHost); Ipv4AddressHelper ipv4h; ipv4h.SetBase ("1.0.0.0", "255.0.0.0"); Ipv4InterfaceContainer internetIpIfaces = ipv4h.Assign (internetDevices); // in this container, interface 0 is the pgw, 1 is the remoteHost remoteHostAddr = internetIpIfaces.GetAddress (1); Ptr<Ipv4StaticRouting> remoteHostStaticRouting = ipv4RoutingHelper.GetStaticRouting (remoteHost->GetObject<Ipv4> ()); remoteHostStaticRouting->AddNetworkRouteTo (Ipv4Address ("7.0.0.0"), Ipv4Mask ("255.0.0.0"), 1); // for internetworking purposes, consider together home UEs and macro UEs ues.Add (homeUes); ues.Add (macroUes); ueDevs.Add (homeUeDevs); ueDevs.Add (macroUeDevs); // Install the IP stack on the UEs internet.Install (ues); ueIpIfaces = epcHelper->AssignUeIpv4Address (NetDeviceContainer (ueDevs)); // attachment (needs to be done after IP stack configuration)



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// using initial cell selection lteHelper->Attach (macroUeDevs); lteHelper->Attach (homeUeDevs); // EPC is enable , Setting Applications NS_LOG_LOGIC ("setting up applications"); // Install and start applications on UEs and remote host uint16_t dlPort = 10000; uint16_t ulPort = 20000; // randomize a bit start times to avoid simulation artifacts // (e.g., buffer overflows due to packet transmissions happening // exactly at the same time) Ptr<UniformRandomVariable> startTimeSeconds = CreateObject<UniformRandomVariable> (); // User protocol datagram startTimeSeconds->SetAttribute ("Min", DoubleValue (0)); startTimeSeconds->SetAttribute ("Max", DoubleValue (0.010)); // Set IP Adress for all the users. ApplicationContainer clientApps; ApplicationContainer serverApps; for (uint32_t b = 0; b < ues.GetN (); ++b) { ++dlPort; ++ulPort; Ptr<Node> ue = ues.Get (b); // Set the default gateway for the UE Ptr<Ipv4StaticRouting> ueStaticRouting = ipv4RoutingHelper.GetStaticRouting (ue->GetObject<Ipv4> ()); ueStaticRouting->SetDefaultRoute (epcHelper->GetUeDefaultGatewayAddress (), 1); // Use UDP and ECP for Downlink NS_LOG_LOGIC ("installing UDP DL app for UE " << b); UdpClientHelper dlClientHelper (ueIpIfaces.GetAddress (b), dlPort); clientApps.Add (dlClientHelper.Install (remoteHost)); PacketSinkHelper dlPacketSinkHelper ("ns3::UdpSocketFactory", InetSocketAddress (Ipv4Address::GetAny (), dlPort)); serverApps.Add (dlPacketSinkHelper.Install (ue)); // USE EPC for Uplink NS_LOG_LOGIC ("installing UDP UL app for UE " << b); UdpClientHelper ulClientHelper (remoteHostAddr, ulPort); clientApps.Add (ulClientHelper.Install (ue)); PacketSinkHelper ulPacketSinkHelper("ns3::UdpSocketFactory", InetSocketAddress (Ipv4Address::GetAny (), ulPort));



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serverApps.Add (ulPacketSinkHelper.Install (remoteHost)); // --- Bearer----------------------------------- Ptr<EpcTft> tft = Create<EpcTft> (); EpsBearer bearer (EpsBearer::NGBR_VIDEO_TCP_DEFAULT); lteHelper->ActivateDedicatedEpsBearer (ueDevs.Get (b), bearer, tft); Time startTime = Seconds (startTimeSeconds->GetValue ()); serverApps.Start (startTime); clientApps.Start (startTime); } // End of FOR installation fo IP for every UE. //-----To insert the buildings and ue consistent shadow model. BuildingsHelper::MakeMobilityModelConsistent (); // ----- GENERATE REM PrintGnuplottableBuildingListToFile ("0buildings.txt"); PrintGnuplottableEnbListToFile ("0enbs.txt"); PrintGnuplottableUeListToFile ("0ues.txt"); Ptr<RadioEnvironmentMapHelper> remHelper; remHelper = CreateObject<RadioEnvironmentMapHelper> (); remHelper->SetAttribute ("ChannelPath", StringValue ("/ChannelList/0")); remHelper->SetAttribute ("OutputFile", StringValue ("0Srem.out")); remHelper->SetAttribute ("XMin", DoubleValue (macroUeBox.xMin)); remHelper->SetAttribute ("XMax", DoubleValue (macroUeBox.xMax)); remHelper->SetAttribute ("YMin", DoubleValue (macroUeBox.yMin)); remHelper->SetAttribute ("YMax", DoubleValue (macroUeBox.yMax)); remHelper->SetAttribute ("Z", DoubleValue (ueZ)); remHelper->Install (); Simulator::Stop (Seconds (simTime)); lteHelper->EnablePhyTraces (); lteHelper->EnableMacTraces (); lteHelper->EnableRlcTraces (); lteHelper->EnablePdcpTraces (); Simulator::Run (); GtkConfigStore config; config.ConfigureAttributes (); lteHelper = 0; Simulator::Destroy (); NS_LOG_UNCOND ("Termino"); return 0; }



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Codigo de escenario con femto celdas TERCER ESCENARIO #include <ns3/lte-helper.h> #include <ns3/epc-helper.h> #include <ns3/ipv4-global-routing-helper.h> #include <ns3/core-module.h> #include <ns3/network-module.h> #include <ns3/mobility-module.h> #include <ns3/internet-module.h> #include <ns3/lte-module.h> #include <ns3/config-store-module.h> #include <ns3/buildings-module.h> #include <ns3/point-to-point-helper.h> #include <ns3/applications-module.h> #include <ns3/log.h> #include <iomanip> #include <ios> #include <string> #include <vector> // The topology of this simulation program is inspired from // 3GPP R4-092042, Section 4.2.1 Dual Stripe Model // note that the term "apartments" used in that document matches with // the term "room" used in the BuildingsMobilityModel using namespace ns3; NS_LOG_COMPONENT_DEFINE ("ThirdScenario"); bool AreOverlapping (Box a, Box b) { return !((a.xMin > b.xMax) || (b.xMin > a.xMax) || (a.yMin > b.yMax) || (b.yMin > a.yMax)); } class FemtocellBlockAllocator { public: FemtocellBlockAllocator (Box area, uint32_t nApartmentsX, uint32_t nFloors); void Create (uint32_t n); void Create (); private: bool OverlapsWithAnyPrevious (Box); Box m_area; uint32_t m_nApartmentsX; uint32_t m_nFloors; std::list<Box> m_previousBlocks; double m_xSize;



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double m_ySize; Ptr<UniformRandomVariable> m_xMinVar; Ptr<UniformRandomVariable> m_yMinVar; }; FemtocellBlockAllocator::FemtocellBlockAllocator (Box area, uint32_t nApartmentsX, uint32_t nFloors) : m_area (area), m_nApartmentsX (nApartmentsX), m_nFloors (nFloors), m_xSize (nApartmentsX*10 + 20), m_ySize (70) { m_xMinVar = CreateObject<UniformRandomVariable> (); m_xMinVar->SetAttribute ("Min", DoubleValue (area.xMin)); m_xMinVar->SetAttribute ("Max", DoubleValue (area.xMax - m_xSize)); m_yMinVar = CreateObject<UniformRandomVariable> (); m_yMinVar->SetAttribute ("Min", DoubleValue (area.yMin)); m_yMinVar->SetAttribute ("Max", DoubleValue (area.yMax - m_ySize)); } void FemtocellBlockAllocator::Create (uint32_t n) { for (uint32_t i = 0; i < n; ++i) { Create (); } } void FemtocellBlockAllocator::Create () { Box box; uint32_t attempt = 0; do { NS_ASSERT_MSG (attempt < 100, "Too many failed attemtps to position apartment block. Too many blocks? Too small area?"); box.xMin = m_xMinVar->GetValue (); box.xMax = box.xMin + m_xSize; box.yMin = m_yMinVar->GetValue (); box.yMax = box.yMin + m_ySize; ++attempt; } while (OverlapsWithAnyPrevious (box)); NS_LOG_LOGIC ("allocated non overlapping block " << box); m_previousBlocks.push_back (box); Ptr<GridBuildingAllocator> gridBuildingAllocator; gridBuildingAllocator = CreateObject<GridBuildingAllocator> ();



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gridBuildingAllocator->SetAttribute ("GridWidth", UintegerValue (1)); gridBuildingAllocator->SetAttribute ("LengthX", DoubleValue (100*m_nApartmentsX)); gridBuildingAllocator->SetAttribute ("LengthY", DoubleValue (100)); gridBuildingAllocator->SetAttribute ("DeltaX", DoubleValue (10)); gridBuildingAllocator->SetAttribute ("DeltaY", DoubleValue (10)); gridBuildingAllocator->SetAttribute ("Height", DoubleValue (15*m_nFloors)); gridBuildingAllocator->SetBuildingAttribute ("NRoomsX", UintegerValue (m_nApartmentsX)); gridBuildingAllocator->SetBuildingAttribute ("NRoomsY", UintegerValue (2)); gridBuildingAllocator->SetBuildingAttribute ("NFloors", UintegerValue (m_nFloors)); gridBuildingAllocator->SetAttribute ("MinX", DoubleValue (box.xMin + 10)); gridBuildingAllocator->SetAttribute ("MinY", DoubleValue (box.yMin + 10)); gridBuildingAllocator->Create (2); } bool FemtocellBlockAllocator::OverlapsWithAnyPrevious (Box box) { for (std::list<Box>::iterator it = m_previousBlocks.begin (); it != m_previousBlocks.end (); ++it) { if (AreOverlapping (*it, box)) { return true; } } return false; } void PrintGnuplottableBuildingListToFile (std::string filename) { std::ofstream outFile; outFile.open (filename.c_str (), std::ios_base::out | std::ios_base::trunc); if (!outFile.is_open ()) { NS_LOG_ERROR ("Can't open file " << filename); return; } uint32_t index = 0; for (BuildingList::Iterator it = BuildingList::Begin (); it != BuildingList::End (); ++it) { ++index; Box box = (*it)->GetBoundaries (); outFile << "set object " << index << " rect from " << box.xMin << "," << box.yMin << " to " << box.xMax << "," << box.yMax << " front fs empty " << std::endl; } } void



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PrintGnuplottableUeListToFile (std::string filename) { std::ofstream outFile; outFile.open (filename.c_str (), std::ios_base::out | std::ios_base::trunc); if (!outFile.is_open ()) { NS_LOG_ERROR ("Can't open file " << filename); return; } for (NodeList::Iterator it = NodeList::Begin (); it != NodeList::End (); ++it) { Ptr<Node> node = *it; int nDevs = node->GetNDevices (); for (int j = 0; j < nDevs; j++) { Ptr<LteUeNetDevice> uedev = node->GetDevice (j)->GetObject <LteUeNetDevice> (); if (uedev) { Vector pos = node->GetObject<MobilityModel> ()->GetPosition (); outFile << "set label \"" << uedev->GetImsi () << "\" at "<< pos.x << "," << pos.y << " left font \"Helvetica,4\" textcolor rgb \"grey\" front point pt 1 ps 0.3 lc rgb \"grey\" offset 0,0" << std::endl; } } } } void PrintGnuplottableEnbListToFile (std::string filename) { std::ofstream outFile; outFile.open (filename.c_str (), std::ios_base::out | std::ios_base::trunc); if (!outFile.is_open ()) { NS_LOG_ERROR ("Can't open file " << filename); return; } for (NodeList::Iterator it = NodeList::Begin (); it != NodeList::End (); ++it) { Ptr<Node> node = *it; int nDevs = node->GetNDevices (); for (int j = 0; j < nDevs; j++) { Ptr<LteEnbNetDevice> enbdev = node->GetDevice (j)->GetObject <LteEnbNetDevice> (); if (enbdev) { Vector pos = node->GetObject<MobilityModel> ()->GetPosition (); outFile << "set label \"" << enbdev->GetCellId () << "\" at "<< pos.x << "," << pos.y << " left font \"Helvetica,4\" textcolor rgb \"white\" front point pt 2 ps 0.3 lc rgb \"white\" offset 0,0"



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<< std::endl; } } } } int main (int argc, char *argv[]) { // change some default attributes so that they are reasonable for // this scenario, but do this before processing command line // arguments, so that the user is allowed to override these settings Config::SetDefault ("ns3::UdpClient::Interval", TimeValue (MilliSeconds (1))); Config::SetDefault ("ns3::UdpClient::MaxPackets", UintegerValue (1000000)); Config::SetDefault ("ns3::LteRlcUm::MaxTxBufferSize", UintegerValue (10 * 1024)); CommandLine cmd; cmd.Parse (argc, argv); ConfigStore inputConfig; inputConfig.ConfigureDefaults (); // parse again so you can override input file default values via command line cmd.Parse (argc, argv); // the scenario parameters get their values from the global attributes defined above // Number of femtocell blocks uint32_t nBlocks = 3; // Number of femtocell blocks uint32_t nApartmentsX = 1; // Number of femtocell block along Xaxis bock uint32_t nFloors = 1; // Number of floors double HeighteNB = 35.0; // Height of eNB node in mts -1.5. double areaMarginFactor = 50;// Total users outdoor double homeUesHomeEnbRatio = 10.0; // Total UEs indoor per block double macroEnbTxPowerDbm = 46; // Power in dBm in eNB MACRO double homeEnbTxPowerDbm = 10; // Power in dBm in HeNB femtocell uint16_t macroEnbDlEarfcn = 100;// Channel of download 38 uint16_t homeEnbDlEarfcn = 100; // Channel of download 5 uint16_t macroEnbBandwidth = 50; // 10 MHz BW for MACRO uint16_t homeEnbBandwidth = 15; // 3 MHZ BW for femto double simTime = 120.1; // Simultation time uint16_t srsPeriodicity = 160; // 160 to install up to 160 UEs uint16_t outdoorUeMinSpeed = 0; // COnstant position for the simulation uint16_t outdoorUeMaxSpeed = 0; Config::SetDefault ("ns3::LteEnbRrc::SrsPeriodicity", UintegerValue (srsPeriodicity)); // Box for all the scenario Box macroUeBox; double ueZ = 1.5; macroUeBox = Box (-1000, 1000, -1000, 1000, ueZ, HeighteNB); // Block allocator for 3 buildings



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FemtocellBlockAllocator blockAllocator (macroUeBox, nApartmentsX, nFloors); blockAllocator.Create (nBlocks); // Number of UE for the scenario uint32_t nHomeEnbs = nBlocks; NS_LOG_LOGIC ("nHomeEnbs = " << nHomeEnbs); // User indoor uint32_t nHomeUes = homeUesHomeEnbRatio*nHomeEnbs; NS_LOG_LOGIC ("nHomeUes = " << nHomeUes); // User in the macro area outdoor uint32_t nMacroUes = areaMarginFactor; // Creation of the nodes NodeContainer homeEnbs; homeEnbs.Create (nHomeEnbs); NodeContainer macroEnb; macroEnb.Create (1); NodeContainer homeUes; homeUes.Create (nHomeUes); NodeContainer macroUes; macroUes.Create (nMacroUes); // Propagation loss model MobilityHelper mobility; mobility.SetMobilityModel ("ns3::ConstantPositionMobilityModel"); Ptr <LteHelper> lteHelper = CreateObject<LteHelper> (); lteHelper->SetAttribute ("PathlossModel", StringValue ("ns3::HybridBuildingsPropagationLossModel")); // Values for Concrete and Window lteHelper->SetPathlossModelAttribute ("ShadowSigmaExtWalls", DoubleValue (0)); lteHelper->SetPathlossModelAttribute ("ShadowSigmaOutdoor", DoubleValue (1)); lteHelper->SetPathlossModelAttribute ("ShadowSigmaIndoor", DoubleValue (1.5)); // use always LOS model lteHelper->SetPathlossModelAttribute ("Los2NlosThr", DoubleValue (1e6)); lteHelper->SetSpectrumChannelType ("ns3::MultiModelSpectrumChannel"); //lteHelper->EnableLogComponents (); Config::SetDefault ("ns3::PfFfMacScheduler::HarqEnabled", BooleanValue (false));// False for disable HARQ protocol // Enable EPC helper Ptr<PointToPointEpcHelper> epcHelper; NS_LOG_LOGIC ("enabling EPC"); epcHelper = CreateObject<PointToPointEpcHelper> (); lteHelper->SetEpcHelper (epcHelper); // Macro eNBs // Just one MacroCell Ptr<ListPositionAllocator> positionAlloc1 = CreateObject<ListPositionAllocator> (); positionAlloc1->Add (Vector (0.0,0.0,HeighteNB)); mobility.SetPositionAllocator(positionAlloc1); mobility.Install (macroEnb); BuildingsHelper::Install (macroEnb);



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Config::SetDefault ("ns3::LteEnbPhy::TxPower", DoubleValue (macroEnbTxPowerDbm)); lteHelper->SetEnbAntennaModelType ("ns3::IsotropicAntennaModel"); lteHelper->SetEnbDeviceAttribute ("DlEarfcn", UintegerValue (macroEnbDlEarfcn)); lteHelper->SetEnbDeviceAttribute ("UlEarfcn", UintegerValue (macroEnbDlEarfcn + 18000)); lteHelper->SetEnbDeviceAttribute ("DlBandwidth", UintegerValue (macroEnbBandwidth)); lteHelper->SetEnbDeviceAttribute ("UlBandwidth", UintegerValue (macroEnbBandwidth)); NetDeviceContainer macroEnbDevs = lteHelper->InstallEnbDevice (macroEnb); // HomeEnbs randomly indoor Ptr<PositionAllocator> positionAlloc = CreateObject<RandomRoomPositionAllocator> (); mobility.SetPositionAllocator (positionAlloc); mobility.Install (homeEnbs); BuildingsHelper::Install (homeEnbs); Config::SetDefault ("ns3::LteEnbPhy::TxPower", DoubleValue (homeEnbTxPowerDbm)); lteHelper->SetEnbAntennaModelType ("ns3::IsotropicAntennaModel"); lteHelper->SetEnbDeviceAttribute ("DlEarfcn", UintegerValue (homeEnbDlEarfcn)); lteHelper->SetEnbDeviceAttribute ("UlEarfcn", UintegerValue (homeEnbDlEarfcn + 18000)); lteHelper->SetEnbDeviceAttribute ("DlBandwidth", UintegerValue (homeEnbBandwidth)); lteHelper->SetEnbDeviceAttribute ("UlBandwidth", UintegerValue (homeEnbBandwidth)); lteHelper->SetEnbDeviceAttribute ("CsgId", UintegerValue (1)); lteHelper->SetEnbDeviceAttribute ("CsgIndication", BooleanValue (true)); NetDeviceContainer homeEnbDevs = lteHelper->InstallEnbDevice (homeEnbs); // home UEs located in the same apartment in which there are the Home eNBs positionAlloc = CreateObject<SameRoomPositionAllocator> (homeEnbs); mobility.SetPositionAllocator (positionAlloc); mobility.Install (homeUes); BuildingsHelper::Install (homeUes); // set the home UE as a CSG member of the home eNodeBs lteHelper->SetUeDeviceAttribute ("CsgId", UintegerValue (1)); NetDeviceContainer homeUeDevs = lteHelper->InstallUeDevice (homeUes); // macro Ues NS_LOG_LOGIC ("randomly allocating macro UEs in " << macroUeBox << " speedMin " << outdoorUeMinSpeed << " speedMax " << outdoorUeMaxSpeed); positionAlloc = CreateObject<RandomBoxPositionAllocator> (); Ptr<UniformRandomVariable> xVal = CreateObject<UniformRandomVariable> (); xVal->SetAttribute ("Min", DoubleValue (macroUeBox.xMin)); xVal->SetAttribute ("Max", DoubleValue (macroUeBox.xMax)); positionAlloc->SetAttribute ("X", PointerValue (xVal)); Ptr<UniformRandomVariable> yVal = CreateObject<UniformRandomVariable> (); yVal->SetAttribute ("Min", DoubleValue (macroUeBox.yMin)); yVal->SetAttribute ("Max", DoubleValue (macroUeBox.yMax)); positionAlloc->SetAttribute ("Y", PointerValue (yVal)); Ptr<UniformRandomVariable> zVal = CreateObject<UniformRandomVariable> (); zVal->SetAttribute ("Min", DoubleValue (macroUeBox.zMin)); zVal->SetAttribute ("Max", DoubleValue (macroUeBox.zMax)); positionAlloc->SetAttribute ("Z", PointerValue (zVal)); mobility.SetPositionAllocator (positionAlloc); mobility.Install (macroUes); // Install the MUEs in the model



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BuildingsHelper::Install (macroUes); // Install the lte nodes NetDeviceContainer macroUeDevs = lteHelper->InstallUeDevice (macroUes); // IP for all the nodes Ipv4Address remoteHostAddr; NodeContainer ues; Ipv4StaticRoutingHelper ipv4RoutingHelper; Ipv4InterfaceContainer ueIpIfaces; Ptr<Node> remoteHost; NetDeviceContainer ueDevs; // EPC is enable NS_LOG_LOGIC ("setting up internet and remote host"); // Create a single RemoteHost NodeContainer remoteHostContainer; remoteHostContainer.Create (1); remoteHost = remoteHostContainer.Get (0); InternetStackHelper internet; internet.Install (remoteHostContainer); // Create the Internet PointToPointHelper p2ph; p2ph.SetDeviceAttribute ("DataRate", DataRateValue (DataRate ("100Gb/s"))); p2ph.SetDeviceAttribute ("Mtu", UintegerValue (1500)); p2ph.SetChannelAttribute ("Delay", TimeValue (Seconds (0.010))); Ptr<Node> pgw = epcHelper->GetPgwNode (); NetDeviceContainer internetDevices = p2ph.Install (pgw, remoteHost); Ipv4AddressHelper ipv4h; ipv4h.SetBase ("1.0.0.0", "255.0.0.0"); Ipv4InterfaceContainer internetIpIfaces = ipv4h.Assign (internetDevices); // in this container, interface 0 is the pgw, 1 is the remoteHost remoteHostAddr = internetIpIfaces.GetAddress (1); Ptr<Ipv4StaticRouting> remoteHostStaticRouting = ipv4RoutingHelper.GetStaticRouting (remoteHost->GetObject<Ipv4> ()); remoteHostStaticRouting->AddNetworkRouteTo (Ipv4Address ("7.0.0.0"), Ipv4Mask ("255.0.0.0"), 1); // for internetworking purposes, consider together home UEs and macro UEs ues.Add (homeUes); ues.Add (macroUes); ueDevs.Add (homeUeDevs); ueDevs.Add (macroUeDevs); // Install the IP stack on the UEs internet.Install (ues); ueIpIfaces = epcHelper->AssignUeIpv4Address (NetDeviceContainer (ueDevs)); // attachment (needs to be done after IP stack configuration)



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// using initial cell selection lteHelper->Attach (macroUeDevs); lteHelper->Attach (homeUeDevs); // EPC is enable , Setting Applications NS_LOG_LOGIC ("setting up applications"); // Install and start applications on UEs and remote host uint16_t dlPort = 1234; uint16_t ulPort = 2000; // randomize a bit start times to avoid simulation artifacts // (e.g., buffer overflows due to packet transmissions happening // exactly at the same time) Ptr<UniformRandomVariable> startTimeSeconds = CreateObject<UniformRandomVariable> (); // User protocol datagram startTimeSeconds->SetAttribute ("Min", DoubleValue (0)); startTimeSeconds->SetAttribute ("Max", DoubleValue (0.010)); // Set IP Adress for all the users. ApplicationContainer clientApps; ApplicationContainer serverApps; for (uint32_t b = 0; b < ues.GetN (); ++b) { ++dlPort; ++ulPort; Ptr<Node> ue = ues.Get (b); // SinkHelper PacketSinkHelper dlPacketSinkHelper ("ns3::UdpSocketFactory", InetSocketAddress (Ipv4Address::GetAny (), dlPort)); PacketSinkHelper ulPacketSinkHelper ("ns3::UdpSocketFactory", InetSocketAddress (Ipv4Address::GetAny (), ulPort)); // On/Off Application Uplink OnOffHelper Donoffhelper ("ns3::UdpSocketFactory", InetSocketAddress (Ipv4Address::GetAny (), dlPort)); // On/Off Application Downlink OnOffHelper Uonoffhelper ("ns3::UdpSocketFactory",InetSocketAddress (Ipv4Address::GetAny (), ulPort)); //On/Off Config DOWNLINK Donoffhelper.SetAttribute ("PacketSize", UintegerValue(172)); //The size of packets sent in on state Donoffhelper.SetAttribute ("DataRate", DataRateValue(68800)); //The data rte in on state Donoffhelper.SetAttribute ("OnTime", StringValue ("ns3::ConstantRandomVariable[Constant=1.0]")); //duration of the 'On' state Donoffhelper.SetAttribute ("OffTime",StringValue ("ns3::ConstantRandomVariable[Constant=1.0]")); // duration of the 'Off' state //On/Off Config UPLINK



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Uonoffhelper.SetAttribute ("PacketSize", UintegerValue(172)); //The size of packets sent in on state Uonoffhelper.SetAttribute ("DataRate", DataRateValue(68800)); //The data rte in on state Uonoffhelper.SetAttribute ("OnTime", StringValue ("ns3::ConstantRandomVariable[Constant=1.0]")); //duration of the 'On' state Uonoffhelper.SetAttribute ("OffTime",StringValue ("ns3::ConstantRandomVariable[Constant=1.0]")); // duration of the 'Off' state // Install de dlPacket sink and the onoff application serverApps.Add (dlPacketSinkHelper.Install (ue)); serverApps.Add (ulPacketSinkHelper.Install (remoteHost)); serverApps.Add (Donoffhelper.Install (ue)); serverApps.Add (Uonoffhelper.Install (remoteHost)); clientApps.Add (Uonoffhelper.Install (ue)); clientApps.Add (Donoffhelper.Install (remoteHost)); // --- Bearer----------------------------------- Ptr<EpcTft> tft = Create<EpcTft> (); EpsBearer bearer (EpsBearer::NGBR_VIDEO_TCP_DEFAULT); lteHelper->ActivateDedicatedEpsBearer (ueDevs.Get (b), bearer, tft); // Start time for the application serverApps.Start (Seconds (0.01)); clientApps.Start (Seconds (0.01)); } // End of FOR installation fo IP for every UE. //-----To insert the buildings and ue consistent shadow model. BuildingsHelper::MakeMobilityModelConsistent (); // ----- GENERATE REM PrintGnuplottableBuildingListToFile ("0buildings.txt"); PrintGnuplottableEnbListToFile ("0enbs.txt"); PrintGnuplottableUeListToFile ("0ues.txt"); Ptr<RadioEnvironmentMapHelper> remHelper; remHelper = CreateObject<RadioEnvironmentMapHelper> (); remHelper->SetAttribute ("ChannelPath", StringValue ("/ChannelList/0")); remHelper->SetAttribute ("OutputFile", StringValue ("0Srem.out")); remHelper->SetAttribute ("XMin", DoubleValue (macroUeBox.xMin)); remHelper->SetAttribute ("XMax", DoubleValue (macroUeBox.xMax)); remHelper->SetAttribute ("YMin", DoubleValue (macroUeBox.yMin)); remHelper->SetAttribute ("YMax", DoubleValue (macroUeBox.yMax)); remHelper->SetAttribute ("Z", DoubleValue (ueZ)); remHelper->Install (); Simulator::Stop (Seconds (simTime)); lteHelper->EnablePhyTraces (); lteHelper->EnableMacTraces (); lteHelper->EnableRlcTraces (); lteHelper->EnablePdcpTraces (); Simulator::Run ();



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GtkConfigStore config; config.ConfigureAttributes (); lteHelper = 0; Simulator::Destroy (); NS_LOG_UNCOND ("Termino"); return 0; }

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