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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

DISEÑO DE UNA RED DE TELEFONÍA MÓVIL PARA UNA RUTA

DE TREN SUBTERRÁNEO

TESIS

PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:

INGENIERO ELECTRÓNICO

PRESENTADO POR:

LARRY HUGO ZUMAETA ZUTA

PROMOCIÓN

2008 - II

LIMA – PERÚ

2015

DISEÑO DE UNA RED DE TELEFONÍA MÓVIL PARA UNA RUTA

DE TREN SUBTERRÁNEO

Dedicatoria:

A mi madre y mi padre que me

apoyaron e incentivaron en

todo momento para culminar

mi tesis y crecer en lo personal

de la mano con lo profesional.

SUMARIO

En la presente tesis se describe el análisis necesario para realizar el diseño de

una red de telefonía móvil que soporte las tecnologías GSM (Global System for Mobile

Communication) y UMTS (Universal Mobile Telecommunicaction System) en interiores.

El escenario escogido es una ruta de tren subterráneo, el cual es un medio de

transporte que se puede implantar en nuestro país y albergará miles de usuarios

diariamente.

El análisis consiste en escoger la estación base adecuada, el reconocimiento de la

arquitectura del lugar, la importancia de realizar mediciones de calidad de señal celular

con un teléfono de ingeniería, el análisis de tráfico para determinar la capacidad de la red,

el diseño del sistema radiante y el link budget de los sistemas GSM y UMTS.

También se describe la red de transporte a utilizar para conectar las estaciones

base del metro subterráneo a la red central del operador.

Para brindar cobertura de telefonía móvil en las estaciones del metro se usa un

sistema pasivo de antenas distribuidas, para los túneles se usa una solución con cable

radiante.

Las predicciones de cobertura de las estaciones del metro se hacen con el

reconocido software de simulación iBwave, para el tráfico que soporta la red y los niveles

de señal en los túneles se realizan cálculos teóricos.

Finalmente se muestra los aspectos económicos, el costo de inversión y el de

operación, además el tiempo que se emplea en implementar la red de telefonía móvil

para la ruta del tren subterráneo.

ÍNDICE

SUMARIO v

CAPÍTULO I

INTRODUCCIÓN 1

1.1 Antecedentes generales 1

1.2 Descripción del problema 2

1.3 Objetivos 4

CAPÍTULO II

CONCEPTOS TEÓRICOS DE TELEFONÍA MÓVIL 5

2.1 Sistema GSM (Global System for Mobile Communication) 5

2.1.1 Arquitectura del sistema GSM 5

2.1.2 Estación Móvil (Mobile Station) 6

2.1.3 Subsistema de Estaciones Base (Base Station Subsystem) 8

2.1.4 Subsistema de Red de Conmutación (Network Switching Subsystem) 11

2.2 Sistema UMTS (Universal Mobile Telecommunicaction System) 13

2.2.1 Arquitectura del sistema UMTS 13

2.2.2 Equipo Usuario (User Equipment) 13

2.2.3 Red de Acceso Radio Terrestre UMTS (UMTS Terrestrial Radio Access

Network) 15

2.2.4 Núcleo de Red (Core Network) 16

2.3 Tecnología WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) 17

2.3.1 Ensanchado y Des-ensanchado (Spreading y Despreading) 17

2.3.2 Multitrayecto y Receptor Rake 19

2.3.3 Control de potencia 21

2.3.4 Softer y Soft Handovers 22

2.4 Sistema de antenas distribuidas (DAS) 24

2.4.1 Sistema de antenas distribuidas pasivo 24

2.4.2 Componentes pasivos 25

2.4.3 Sistema de antenas distribuidas activo 28

2.4.4 Componentes activos 29

2.4.5 Soluciones con cable radiante 30

vii

CAPÍTULO III

PLANTEAMIENTO DE LA SOLUCIÓN 33

3.1 Descripción de la solución 33

3.2 Estación base a implementar 34

3.2.1 Unidad de Banda Base (BBU3900) 34

3.2.2 Unidad Remota de Radio (RRU3908) 37

3.3 Análisis de la arquitectura del sitio y las condiciones iniciales de

cobertura celular 40

3.3.1 Análisis de la arquitectura del sitio 40

3.3.2 Análisis de la cobertura celular 41

3.4 Análisis de tráfico celular 42

3.4.1 Erlang 42

3.4.2 Consideraciones para el diseño de la red de telefonía móvil 43

3.4.3 Cálculo de la capacidad de tráfico celular para el sistema GSM 44

3.4.4 Cálculo de la capacidad de tráfico celular para el sistema UMTS 45

3.5 Diseño del sistema radiante para la Línea 2 del metro de Lima 49

3.5.1 Diseño del sistema radiante para la estación del metro 50

3.5.2 Diseño del sistema radiante para el túnel 57

3.6 Cálculo del Enlace Radio (Link Budget) para los sistemas GSM y UMTS 61

3.6.1 Cálculo del Enlace Radio (Link Budget) para el sistema GSM 61

3.6.2 Cálculo del Enlace Radio (Link Budget) para el sistema UMTS 69

3.7 Topología de la Red de Telefonía Móvil para la Línea 2 del metro de Lima 79

CAPÍTULO IV

COSTOS Y TIEMPOS DE EJECUCIÓN 106

4.1 Costos de inversión de la Red de Telefonía Móvil 106

4.2 Costos de operación y mantenimiento de la Red de Telefonía Móvil 108

4.3 Tiempo de implementación de la Red de Telefonía Móvil 108

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 113

ANEXO A

ERLANG B TRAFFIC TABLE 116

ANEXO B

DATA SHEET DE ELEMENTOS PASIVOS 119

ANEXO C

IBWAVE DESIGN 128

viii

ANEXO D

CÁLCULO DE LA CAPACIDAD DE TRÁFICO CELULAR PARA SERVICIOS DE

DATOS USANDO LICENCIAS HSPA 132

BIBLIOGRAFÍA 136

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 Ruta de la línea 2 del metro de Lima 3

Figura 2.1 Arquitectura del sistema GSM 6

Figura 2.2 Diagrama de bloques del GSM Mobile Station 7

Figura 2.3 Diagrama de bloques de una BTS con una TRX 9

Figura 2.4 Sitios posibles para el TRAU en la cadena de señal 10

Figura 2.5 Network Switching Subsystem 11

Figura 2.6 Arquitectura UMTS 14

Figura 2.7 Estructura interna del User Equipment 15

Figura 2.8 Core Network 16

Figura 2.9 Ensanchamiento y des-ensanchamiento en WCDMA 18

Figura 2.10 Espectro ensanchado 18

Figura 2.11 Propagación multitrayecto 19

Figura 2.12 Control de potencia de lazo cerrado en WCDMA 21

Figura 2.13 Softer Handover 23

Figura 2.14 Soft Handover 24

Figura 2.15 Distribución de potencia típica de un splitter de 3 vias 26

Figura 2.16 Configuracion típica de tapers en un DAS 26

Figura 2.17 Circulador 27

Figura 2.18 Combinador de 3dB 27

Figura 2.19 Diplexor, triplexor, duplexor 28

Figura 2.20 Ejemplo de un sistema activo para edificios 29

Figura 2.21 Cable radiante 30

Figura 2.22 Instalación de cable radiante en un túnel 32

Figura 3.1 Conexión de nodo central con unidades remotas 33

Figura 3.2 Topología de la red de transporte 34

Figura 3.3 BBU3900 35

Figura 3.4 Configuración de tablero para GSM (single mode) 36

Figura 3.5 Configuración de tablero para UMTS (single mode) 36

Figura 3.6 Configuración de tablero para GSM y UMTS (dual mode) 36

Figura 3.7 RRU3908 37

x

Figura 3.8 Arquitectura de la estación de la Línea 2 del metro 41

Figura 3.9 Distribución de los ambientes de una estación de la Línea 2 del metro 50

Figura 3.10 Diagrama de ubicación de antenas 51

Figura 3.11 Diagrama unilineal del sistema de antenas 52

Figura 3.12 Predicción de cobertura 2G - Andén 55

Figura 3.13 Predicción de cobertura 2G - Mezanine 55

Figura 3.14 Predicción de cobertura 3G – Andén 56

Figura 3.15 Predicción de cobertura 3G – Mezanine 56

Figura 3.16 Diagrama de proyección de cable radiante en un túnel de la Línea 2

del metro de Lima 60

Figura 3.17 Diagrama de proyección de cable radiante que muestra un corte del

cable radiante en un túnel de la Línea 2 del metro de Lima 60

Figura 3.18 Diagrama de proyección dos cables radiantes en un túnel de la Línea 2

del metro de Lima 61

Figura 3.19 Topología de red del Anillo Lima Oeste de la Línea 2 del metro de Lima 81

Figura 3.20 Topología del Nodo Buenos Aires de la Línea 2 del metro de Lima 82

Figura 3.21 Topología del Nodo Carmen de la Legua de la Línea 2 del metro de Lima 83

Figura 3.22 Topología del Nodo Elio de la Línea 2 del metro de Lima. 84

Figura 3.23 Topología del Nodo Parque Murillo de la Línea 2 del metro de Lima 85

Figura 3.24 Topología del Nodo Manco Cápac de la Línea 2 del metro de Lima 86

Figura 3.25 Topología del Nodo Nicolás Ayllón de la Línea 2 del metro de Lima 87

Figura 3.26 Topología del Nodo Evitamiento de la Línea 2 del metro de Lima 88

Figura 3.27 Topología del Nodo La Cultura de la Línea 2 del metro de Lima 89

Figura 3.28 Topología del nodo Prolongación Javier Prado de la Línea 2 del metro

de Lima 90

Figura 3.29 Esquema de fibra óptica – Nodo Buenos Aires 92

Figura 3.30 Esquema de fibra óptica – Nodo Carmen de la Legua 93

Figura 3.31 Esquema de fibra óptica – Nodo Elio 94

Figura 3.32 Esquema de fibra óptica – Nodo Parque Murillo 95

Figura 3.33 Esquema de fibra óptica –Nodo Manco Cápac 96

Figura 3.34 Esquema de fibra óptica – Nodo Nicolás Ayllón 97

Figura 3.35 Esquema de fibra óptica – Nodo Evitamiento 98

Figura 3.36 Esquema de fibra óptica – Nodo La Cultura 99

Figura 3.37 Esquema de fibra óptica – Nodo Prolongación Javier Prado 100

Figura 4.1 Cronograma de implementación de la red 109

Figura B.1 Especificaciones técnicas de antena omnidireccional 120

xi

Figura B.2 Especificaciones técnicas de antena panel 121

Figura B.3 Especificaciones técnicas de splitter de 2, 3 y 4 vías 122

Figura B.4 Especificaciones técnicas del taper de 6, 8, 10 y 20 dB 123

Figura B.5 Especificaciones técnicas del filtro 124

Figura B.6 Especificaciones técnicas del cable coaxial 125

Figura B.7 Especificaciones técnicas del cable radiante 126

Figura B.8 Especificaciones técnicas de la carga de 10W 127

Figura C.1 Clientes que usan el software Ibwave Design 129

Figura C.2 Predicción de cobertura en la tecnología UMTS 130

Figura C.3 Predicción de cobertura en estadio 131

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1.1 Estaciones de la Línea 2 del metro de Lima 2

Tabla 1.2 Longitud de los túneles de la Línea 2 del metro de Lima 4

Tabla 2.1 Pérdida de potencia del cable coaxial por cada 100 metros 25

Tabla 3.1 Número máximo de RRUs por BBU 36

Tabla 3.2 Especificaciones técnicas de transmisión de la BBU3900 37

Tabla 3.3 Especificaciones técnicas de la BBU3900 37

Tabla 3.4 Rango de frecuencias para la RRU3908 V1 38

Tabla 3.5 Rango de frecuencias para la RRU3908 V2 38

Tabla 3.6 Especificaciones técnicas de capacidad 38

Tabla 3.7 Especificaciones técnicas de potencia 39

Tabla 3.8 Otras especificaciones técnicas 39

Tabla 3.9 Propiedades eléctricas de los materiales 41

Tabla 3.10 Tráfico en Erlangs de un usuario típico 43

Tabla 3.11 Atenuación de los cables utilizados en el diseño 52

Tabla 3.12 Ganancia de las antenas utilizadas en el diseño 53

Tabla 3.13 Pérdidas de acoplamiento e inserción de los elementos pasivos 53

Tabla 3.14 EIRP de antenas – Sistema GSM 54

Tabla 3.15 EIRP de antenas – Sistema UMTS 54

Tabla 3.16 Especificaciones técnicas del cable RLKU 78-50 JFNA 57

Tabla 3.17 Distribución de potencias GSM 58

Tabla 3.18 Distribución de potencias UMTS 59

Tabla 3.19 Distancias de los túneles y número de sectores 59

Tabla 3.20 Constantes PLS para diferentes ambientes 65

Tabla 3.21 Link Budget DL GSM 1900 MHz 66

Tabla 3.22 Link Budget UL GSM 1900MHz 68

Tabla 3.23 Potencia de transmisión del télefono celular GSM 1900MHz 69

Tabla 3.24 Valores típicos de Eb/No 71

Tabla 3.25 Link Budget DL UMTS 850 MHz 73

Tabla 3.26 Radio de cobertura celular DL UMTS 850 MHz 74

Tabla 3.27 Link Budget UL UMTS 850 MHz 77

xiii

Tabla 3.28 Potencias del teléfono móvil UMTS 850 MHz 79

Tabla 3.29 Distancia máxima entre BBU y RRU 79

Tabla 3.30 Anillos de Protección 80

Tabla 3.31 Conexiones de los hilos de fibra óptica – Nodo Buenos Aires 101

Tabla 3.32 Conexiones de los hilos de fibra óptica – Nodo Carmen de la Legua 101

Tabla 3.33 Conexiones de los hilos de fibra óptica – Nodo Elio 102

Tabla 3.34 Conexiones de los hilos de fibra óptica – Nodo Parque Murillo 102

Tabla 3.35 Conexiones de los hilos de fibra óptica – Nodo Manco Cápac 103

Tabla 3.36 Conexiones de los hilos de fibra óptica – Nodo Nicolás Ayllón 103

Tabla 3.37 Conexiones de los hilos de fibra óptica – Nodo Evitamiento 104

Tabla 3.38 Conexiones de los hilos de fibra óptica – Nodo La Cultura 104

Tabla 3.39 Conexiones de los hilos de fibra óptica – Nodo Prolongación Javier Prado 105

Tabla 4.1 Costos por concepto de equipamiento 106

Tabla 4.2 Costos por concepto de actividades para la implementación 107

Tabla 4.3 Gastos de mantenimiento, alquiler de espacio y energía 108

Tabla A.1 Tabla de tráfico Erlang B 117

Tabla D.1 Capacidad de tráfico celular HSDPA para la estación 134

Tabla D.2 Capacidad de tráfico celular HSUPA para la estación 134

Tabla D.3 Capacidad de tráfico celular HSDPA para el túnel 135

Tabla D.4 Capacidad de tráfico celular HSUPA para el túnel 135

LISTA DE ACRONIMOS

2G Segunda Generación

3G Tercera Generación

AuC Authentication Center

BBU Base Band Unit

BSC Base Station Controller

BSS Base Station Subsystem

BTS Base Transceiver Station

CDMA Code Division Multiple Access

CN Core Network

DAS Distributed Antenna System

DCS Digital Cellular System

DL Downlink

Eb/No Energy per bit/Noise

EIR Equipment Identity Register

EIRP Effective Isotropic Radiated Power

ETSI Instituto Europeo para la Estandarización de las Telecomunicaciones

EU Expansion Unit

FDD Frequency Division Duplex

FE Fast Ethernet

GGSN Gateway GPRS Support Node

GMSC Gateway Mobile Switching Center

GOS Grado de Servicio

GPRS General Packet Radio Service

GPS Global Positioning System

GSM Global System for Mobile Communication

GTMU GSM Timing an Main control Unit

HLR Home Location Register

HSPA High Speed Packet Access

HSDPA High Speed Downlink Packet Access

HSUPA High Speed Uplink Packet Access

xv

IMEI Mobile Station Equipment Identity

IMSI International Mobile Subscriber Identity

IMT2000 International Mobile Telecommunications – 2000

IP Internet Protocol

ISDN Integrated Services for Digital Network

LTE Long Term Evolution

MAPL Maximum Allowed Path Loss

MCC Mobile Country Code

MNC Mobile Network Code

MRC Maximal Ratio Combining

MS Mobile Station

MSC Mobile Switching Center

MSIN Mobile Subscriber Identification Number

MSISDN Mobile Subscriber ISDN Number

MSRN Mobile Station Roaming Number

MT Mobile Termination

MU Master Unit

NSS Network Switching Subsystem

OMC Operation and Maintenance Center

PCS Personal Communication System

PIM Passive Intermodulation

PLS Path loss slopes

PN Pseudo Ruido

RAN Radio Access Network

RAND Random Number

RF Radio Frequency

RNC Radio Network Controller

RRU Radio Remote Unit

RU Remote Unit

SGSN Serving GPRS Support Node

SIM Subscriber Identity Module

SIR Signal-to-Interference

SNR Signal to noise rate

TE Terminal Equipment

TDD Time Division Duplex

TRAU Transcoding Rate and Adaptation Unit

xvi

UE User Equipment

UICC Universal Integrated Circuit Card

UL Uplink

UMTS Universal Mobile Telecommunication System

UPEU Universal Power and Envairoment Interface Unit

UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network

UTRP Universal Transmision Processing unit

USIM Universal Subscriber Indetity Module

VLR Visitor Location Register

VSWR Voltage Standing Wave Ratio

WCDMA Wideband Code Division Multiple Access

WBBP WCDMA Baseband Processing unit

WMPT WCDMA Main Processing Transmission unit

LISTADO DE TÉRMINOS

Antenas indoor Antenas de menor tamaño usadas para interiores

Bit Dígito del sistema de numeración binario

Bit rate Velocidad de transmisión del bit

Body loss Atenuación ocasionada por objetos y/o personas

Chip Unidad de información del código de ensanchamiento

Chip rate Velocidad de transmisión del chip

Datasheet Hoja de especificaciones técnicas

Downlink Enlace de bajada, de la estación base al terminal

Drive test Medición de cobertura celular en exteriores

Drywall Panel de yeso presionado entre dos hojas de papel grueso

Fading loss Pérdidas de propagación ocasionada por todos los tipos de fading

Handover Cambio de celda del terminal móvil

Indoor Interiores

Intercell handover Handover de una frecuencia a otra

Interfaz aire Enlace de comunicación por radio entre el móvil y la estación base

Laptop Computadora portátil

Link budget Cálculo del enlace radio

Multipath fading Atenuación ocasionada por el multitrayecto

Outdoor Exteriores

Overhead Códigos adicionales transmitidos para el control y comprobación de

errores

Paging Canal de transporte que lleva información de la capa física

Processing Gain Indicador relativo de la relación entre todo el ancho de banda

disponible y la tasa de bit de banda base

Rack Soporte metálico destinado a alojar equipamiento electrónico

Receptor Rake Receptor usado mitigar los problemas causados por el multitrayecto

Red de datos Red de transporte basada en múltiples routers de alta capacidad

Site Sitio

Sitio inbuilding Sitio donde se implementa un red de telefonía móvil en interiores

xviii

Señales outdoor Señales celulares de la red macro

Shadow fading Atenuación ocasionada por los obstáculos

Softer handover Handover entre sectores de una misma estación base

Splitter Elemento pasivo que divide la potencia equitativamente

Survey Estudio de campo

Tap Elemento pasivo que divide la potencia no equitativamente

Tasa de información Velocidad de transmisión de la información

Timeslot Segmento de tiempo utilizado para llevar información

Uplink Enlace de subida, del terminal a la estación base

Usuario denso Usuario de telefonía móvil que consume 100 mE

Usuario de oficina Usuario de telefonía móvil que consume 50 mE

Usuario extremo Usuario de telefonía móvil que consume 200 mE

Usuario privado Usuario de telefonía móvil que consume 20 mE

Walt test Medición de cobertura celular en interiores

CAPÍTULO I

INTRODUCCIÓN

1.1 Antecedentes generales

El campo de las comunicaciones móviles está creciendo a nivel mundial, a finales del

2013, la tasa de penetración de los abonados móviles supera el 100% en cuatro de las

seis regiones mundiales de la UIT, a la cabeza se encuentra la comunidad de Estados

Independientes (CEI, conformado por 10 de las 15 exrepúblicas soviéticas) con un 170%,

seguida de Europa (126%), las Américas (109%), y los Estados Árabes (105%). Asia-

Pacífico tiene un tasa de 89% y África del 63% (1).

Por otro lado, el porcentaje del tráfico de las comunicaciones móviles en interiores ha

aumentado considerablemente, en el año 2014 se tuvo que un 80% de las

comunicaciones móviles fueron realizadas en interiores (2); por este antecedente los

operadores de telefonía móvil están implementando soluciones indoor para dar buena

cobertura en lugares de alta densidad de usuarios, como hoteles, centros empresariales,

hospitales y centros comerciales.

Debido a la problemática del transporte en la capital, el Estado Peruano tiene

planeado terminar de la construcción de un nuevo ramal del metro de Lima, la Línea 2,

para el año 2020 (3). Está previsto que la Línea 2 del metro de Lima una el distrito de Ate

Vitarte con el Callao de manera subterránea y que albergue en sus instalaciones 665 mil

pasajeros diariamente (4); por tal motivo se necesita implementar una solución indoor que

brinde una buena cobertura de telefonía móvil para esta gran demanda de usuarios en la

Línea 2 del metro de Lima.

______________________________

(1) Extracto tomado de la publicación “El mundo en el 2013: Datos y cifras de las TIC” realizada por la UIT el

27 de Febrero del 2013.

(2) Extracto del seminario “El estándar en soluciones inalámbricas para in-building” realizado por la empresa

Ibwave el 15 de Agosto del 2014 en Lima - Perú.

(3) Extracto de la publicación “Línea 2 del Metro estará lista en el 2020 y ya no en el 2019” realizada por el

diario El Comercio el 18 de Marzo del 2015.

(4) Extracto de la publicación “Construcción de línea 2 del Metro de Lima creará 11 mil empleos” realizada por

el diario El Comercio el 29 de Diciembre del 2014.

2

1.2 Descripción del problema

Está previsto que la Línea 2 del metro de Lima tenga 27 estaciones, las cuáles no

tienen cobertura de telefonía móvil por ser subterráneas, así como también los túneles

que las interconectan.

Por dicha razón se necesita implementar una red de telefonía móvil que soporte las

tecnologías GSM y UMTS, la cual debe brindar una comunicación continua y de calidad a

través de todas las instalaciones de la Línea 2 del metro de Lima, además la

comunicación no se debe perder al entrar o salir de una estación cualesquiera del metro.

Está previsto que las instalaciones de la Línea 2 del metro de Lima posean

espaciosos ductos y montantes de comunicaciones, que cada estación del metro cuente

con una sala de telecomunicaciones y sus respectivos tableros de energía aterrados a su

respectivos pozos a tierra.

Se considera todas las estaciones de la Línea 2 del metro de Lima de las mismas

dimensiones.

Para GSM se tiene disponible la banda de 1900 MHz y para UMTS la banda de

850MHz.

En la tabla 1.1 se muestra las estaciones de la Línea 2 del Metro de Lima.

Tabla 1.1 Estaciones de la Línea 2 del metro de Lima

Elaboración propia

Zona

1. Puerto del Callao 6. Oscar Benavides

2. Buenos Aires 7. San Marcos

3. Juan Pablo Segundo 8. Elio

4. Insurgentes 9. La Alborada

5. Carmen de la Legua -

10. Tingo María 15. Cangallo

11. Parque Murillo 16. 28 de Julio

12. Plaza Bolognesi 17. Nicólas Ayllón

13. Estación Central 18. Circunvalación

14. Plaza Manco Capac -

19. Nicólas de Arriola 24. Mercado Santa Anita

20. Evitamiento 25. Vista Alegre

21. Óvalo Santa Anita 26. Prolongación Jv Prado

22. Colectora Industrial 27. Municipalidad de Ate

23. La Cultura -

Estaciones

Estaciones

Lima Oeste

Estaciones

Lima Centro

Estaciones

Lima Este

En la figura 1.1 se muestra la ruta de la Línea 2 del metro de Lima.

3

Figura 1.1 Ruta de la línea 2 del metro de Lima

Fuente: http://elcomercio.pe de fecha 29 de Marzo del 2014

4

En la tabla 1.2 se muestra la longitud de los túneles en la ruta de la Línea 2 del

metro de Lima.

Tabla 1.2 Longitud de los túneles de la Línea 2 del metro de Lima

Elaboración propia

Longitud (m)

Puente del Callao Buenos Aires 1400

Buenos Aires Juan Pablo Segundo 1400

Juan Pablo Segundo Insurgentes 800

Insurgentes Carmen de la Legua 800

Carmen de la Legua Oscar Benavides 800

Oscar Benavides San Marcos 800

San Marcos Elio 800

Elio La Alborada 1000

La Alborada Tingo María 800

Tingo María Parque Murillo 700

Parque Murillo Plaza Bolognesi 800

Plaza Bolognesi Estación Central 700

Estación Central Plaza Manco Capac 800

Plaza Manco Capac Cangallo 800

Cangallo 28 de Julio 600

28 de Julio Nicolás Ayllón 800

Nicolás Ayllón Circunvalación 800

Circunvalación Nicolás Arriola 1000

Nicolás Arriola Evitamiento 1600

Evitamiento Óvalo Santa Anita 800

Óvalo Santa Anita Colectora Industrial 800

Colectora Industrial La Cultura 800

La Cultura Mercado Santa Anita 1200

Mercado Santa Anita Vista Alegre 1000

Vista Alegre Prolongación Javier Prado 800

Prolongación Javier Prado Municipalidad de Ate 1200

Túnel

1.3 Objetivos

El primer objetivo es diseñar un sistema de telefonía móvil que garantice una buena

cobertura celular en las estaciones y túneles de la Línea 2 del metro de Lima.

Considerando que el operador de telefonía celular se proyecta a tener un 40% del

mercado al año 2020, el segundo objetivo es dimensionar el sistema de telefonía móvil de

forma que pueda soportar la capacidad requerida por los usuarios, es decir atender

diariamente a 266 mil personas.

Como objetivo final se desea que el sistema de telefonía móvil propuesto soporte un

posible accidente en cualquier tramo de la Línea 2 del metro de Lima. El diseño

propuesto es para un solo operador de telefonía celular.

CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

2.1 Sistema GSM

La tarea de GSM fue definir un nuevo estándar para las comunicaciones móviles en

la frecuencia de 900 MHz, esto fue decidido para usar tecnología digital. En 1991, el

primer sistema GSM estuvo listo para ser vendido, este mismo año se definió el primer

sistema derivado del GSM, el Digital Cellular System 1800 (DCS 1800), el cual tenía las

mismas características que GSM pero para una frecuencia de 1800 MHz. En Estados

Unidos, DCS 1800 fue adaptado a la frecuencia 1900, dicho sistema se llamó Personal

Communication System 1900 (PCS 1900). En 1992, varios países europeos tenían redes

GSM en operación, y así GSM se convirtió en un éxito comercial importante para los

fabricantes del este sistema, así como para los operadores de la red.

Gracias al éxito de GSM se liberó el monopolio de las telecomunicaciones en la

Europa de los años noventa, lo que trajo consigo la baja de precios y el aumento del

mercado de telefonía móvil, además de la implantación del estándar en diferentes partes

del mundo.

2.1.1 Arquitectura del sistema GSM

Los componentes fundamentales de una red GSM son mostrados en la figura 2.1. Un

usuario lleva un Mobile Station (MS), el cual puede comunicar a través del aire con una

estación base llamada Base Transceiver Station (BTS). La BTS tiene equipamiento de

transmisión y recepción, antenas y amplificadores. Un grupo de BTS son contraladas por

una estación llamada Base Station Controller (BSC), en la cual reside la inteligencia del

sistema.

El tráfico originado por varios usuarios es enrutado a través de un switch, llamado

Mobile Switching Center (MSC), la MSC se encarga de realizar todas funciones de

conmutación, esto incluye la ruta de búsqueda, la transmisión de datos y el

procesamiento de llamadas de servicio. Una red de celular puede tener varias MSCs, y

cada una es responsable de cierta parte de la red. GSM tiene varios tipos de base de

6

datos. El HLR (Home Location Register) y el VLR (Visited Location Register) almacenan

la ubicación actual de un usuario móvil.

Además existen dos bases de datos que ejecutan funciones de seguridad, el AuC

(Authentication Center) almacena información de seguridad relacionadas a claves de

autentificación y encriptación, el EIR (Equipment Identity Register) almacena información

sobre los equipos terminales de los usuarios. La administración de la red es organizada

desde una sitio central, el OMC (Operation and Maintenance Center).

Entre sus funciones están incluidas la administración de los abonados, terminales, la

carga de datos, la configuración de red, el monitoreo del desempeño y mantenimiento de

la red.

Figura 2.1 Arquitectura del sistema GSM

Fuente: GSM – Arquitecture, Protocols and Service - Third Edition – Cap 3 – Pag 44

2.1.2 Estación Móvil (Mobile Station)

Es el dispositivo más simple de la red, pero a su vez es una pieza fundamental del

sistema GSM, ya que mediante el MS podemos transmitir y recibir voz y datos por medio

de la interfaz aire del sistema GSM. En la figura 2.2 se muestra el diagrama de bloques

del MS

7

Figura 2.2 Diagrama de bloques del GSM Mobile Station

Fuente: GSM Networks – Protocols, Terminology and Implementation – Cap 2 – Pag 14

a) Funciones de la Estación Móvil

Entre las principales funciones se tiene:

Transmisión de voz y data.

Sincronización de tiempo y frecuencia.

Monitoreo de la potencia y calidad de señal de las celdas circundantes para realizar

un óptimo handover.

Provisión de actualizaciones de ubicación.

Equiparación de las distorsiones de trayectoria múltiple.

Mostrar un mensaje corto de hasta 160 caracteres.

b) Tarjeta SIM

Cada usuario GSM cuenta con su propia tarjeta SIM (Suscriber Identity Module), la

cual puede ser insertada en cualquier MS, otorgándole así todos los privilegios de la red

GSM. La tarjeta SIM puede almacenar mensajes cortos e información del abonado, dicha

información contiene una libreta de números telefónicos con sus respectivos nombres

cortos, para hacer más rápida y eficiente la comunicación entre abonados. El uso del SIM

y por lo tanto de la totalidad del MS puede ser protegido con un número personal de

identificación contra los accesos no autorizados.

c) Números de Identificación Móvil

GSM usa números de identificación descriptores para identificar abonados, equipos,

estaciones o áreas fijas; estos números de identificación se describen a continuación:

8

International Mobile Station Equipment Identity

El International Mobile Station Equipment Identity (IMEI) identifica únicamente un MS

internacionalmente, además proporciona datos de su fabricante y fecha de fabricación;

funciona como un tipo de número serial del MS. La información del IMEI es registrada por

el operador, la cual es almacenada en el EIR. Por medio del IMEI se puede reconocer el

equipo obsoleto, robado o no funcional; y puede ser negado el servicio si es requerido.

International Mobile Subscriber Identity

Un IMSI es asignado para cada usuario GSM autorizado, esta información se

almacena en la tarjeta SIM. Un MS puede solo ser operado si una SIM con un IMSI válido

es insertada en un equipo con un IMEI también válido. El IMSI usa un máximo de 15

dígitos decimales y consiste de tres partes:

- Mobile Country Code (MCC), tres dígitos internacionalmente estandarizados.

- Mobile Network Code (MNC), dos dígitos para identificación única de las redes

móviles con un país.

- Mobile Suscriber Identification Number (MSIN), diez dígitos como máximo, número de

identificación de un abonado en su red móvil local.

Mobile Subscriber ISDN (Integrated Services for Digital Network) Number

El número de teléfono real de un usuario móvil es llamado Mobile Subscriber ISDN

Number (MSISDN). La tarjeta SIM se asigna al abonado de tal manera que una estación

móvil pueda tener varios MSISDNs dependiendo de la SIM. Con este concepto GSM fue

el primer sistema móvil en distinguir entre la identidad del abonado y el número para

llamar. La separación entre el MSISDN y el IMSI sirve primordialmente para proteger la

confidencialidad del IMSI, en contraste al MSISDN, el IMSI no necesita ser público.

Mobile Station Roaming Number

El Mobile Station Roaming Number (MSRN) es un numero ubicación temporal

dependiente del MSISDN; es asignado por el VLR local responsable de cada MS en dicha

área. Las llamadas son enrutadas hacia el MS usando el MSRN.

2.1.3 Subsistema de Estaciones Base (Base Station Subsystem)

Por medio de la interfaz aire, el BBS proporciona conexión entre los MSs de una

delimitada área con el Network Switching Subsystem (NSS). El BSS consta de las

siguientes elementos de red: una o más BTSs, una BSC y un TRAU (Transcoding Rate

and Adaptation Unit).

9

a) Estación Base Transceptora (Base Transceiver Station)

La responsabilidad primordial de una BTS es transmitir y recibir señales de radio

desde un MS a través de la interfaz aire. A su vez la BTS hará llegar la información

obtenida del MS hacia la BSC mediante un sistema de transmisión, el cual puede ser por

medio de enlaces microondas, fibra óptica o tecnología IP. A continuación se exponen

una lista de funciones que realiza la BTS:

Realiza medidas de la señal de radio proveniente del MS.

Establece en enlace de radio con el MS (modulación, demodulación, codificación,

decodificación, etc.).

Transmite señales de sincronización.

Control de potencia.

Operación y mantenimiento.

En la figura 2.3 se muestra el diagrama de bloques de una estación base.

Figura 2.3 Diagrama de bloques de una BTS con una TRX


b) Controlador de Estaciones Base (Base Station Controller)

La BSC constituye un primer nivel de concentración de tráfico hacia la red NSS con

objeto de minimizar costes de trasmisión. Se comunica con las distintas BTS bajo su

control a través de la interfaz Abis y con la MSC a través de la interfaz A. Entre sus

principales funciones tenemos:

10

La BSC lleva a cabo la administración de los recursos de radio para las celdas bajo su

control.

Asigna y solicita las frecuencias y timeslots para todos los MSs en su área.

Maneja los intercell handovers para los MSs que se están moviendo entre las BTS de

su control.

Administra la potencia de la BTS.

Brinda señales de sincronización en tiempo y frecuencia para la BTS.

Calcula el tiempo de retardo de las señales recibidas por el MS en referencia al reloj

de la BTS.

Controla los saltos de frecuencia de todas las BTS y MSs en su área.

Controla la concentración del tráfico para reducir el número de líneas desde la BSC

hacia la MSC y BTS.

Operación y mantenimiento para el BSS.

c) Transcoder Rate and Adaptor Unit

La misión del TRAU es comprimir y descomprimir la señal de voz entre el MS y el

TRAU. Esto permite comprimir la señal de voz de 64 Kbps a 16 Kbps en caso de un canal

full rate y 8 Kbps en caso de un canal half rate. Ningún TRAU es usado para conexiones

de datos.

Cuando el TRAU es instalado en el site de la MSC, un señal de voz en full rate usa

solo 16 Kbps sobre el enlace de la BSC con la MSC. El TRAU también puede ser

instalado entre la BTS y la BSC, esto requiere el uso de 64 Kbps de tráfico entre la BSC y

la MSC, por lo tanto más uso del enlace. La variante más usada en la realidad es instalar

el TRAU en el site de la MSC. Ambos sitios para el TRAU se muestran en la figura 2.4.

Figura 2.4 Sitios posibles para el TRAU en la cadena de señal


11

2.1.4 Subsistema de Red de Conmutación (Network Switching Subsystem)

El NSS (Network Switching Subsystem) descrito en la figura 2.5, desempeña un

papel central en cada red GSM. Mientras el BSS brinda el acceso de radio para el MS, los

diferentes elementos de red comprendidos en el NSS asumen la responsabilidad del

completo control del sistema y las funciones de base de datos requeridas para configurar

las conexiones de llamadas, para ellos usan la encriptación, autenticación y el roaming.

Para poder lograr estas tareas, la NSS consta de las siguientes partes: MSC (Mobile

Switching Center), HLR (Home Location Register), Authentication Center (AuC), VLR

(Visitor Location Register), EIR (Equipment Indentify Register).

Figura 2.5 Network Switching Subsystem


a) Centro de Conmutación Móvil (Mobile Switching Center)

El MSC es una central ISDN responsable del control de llamada: establecimiento,

mantenimiento y libración de una comunicación. Una MSC puede controlar varias BSC.

Entre sus principales funciones tenemos:

Paging.

Coordina el establecimiento de las llamadas de todos los MS en su jurisdicción.

Maneja el registro de posición.

Realiza funciones de interconexión con diferentes redes a través del GMSC.

Administra de los handover entre BSC.

Maneja la facturación de los abonados en su área.

Reasigna frecuencias a las BTS en su área para satisfacer las fuertes demandas en

cada una de ellas.

12

Maneja la señalización entre diferentes interfaces.

Realiza la sincronización con el BSS.

Trabaja como una puerta de enlace para los SMS.

b) Registro de Ubicación Local (Home Location Register)

El HLR es una base de datos que almacena permanentemente información

relacionada de un conjunto dado de abonados, información tal como números de

identificación, servicios de suscripción, permisos e información de autenticación,

independientemente de la localización real de los mismos en un determinado momento.

El HLR proporciona todos los datos necesarios al GMSC, para localizar a los MS en

su área MSC cuando se desea establecer las llamadas dirigidas a ellos; incluso cuando

ellos hacen roaming hacia otras redes GSM. Cada usuario está registrado en un único

HLR.

c) Registro de Ubicación del Visitante (Visitor Location Register)

El VLR es una base de datos local controlada por el MSC, que contiene toda la

información relevante de los MS que en un momento determinado están en el área de

localización controlada por dicho VLR. Realiza autentificación del MS en el MSC

asociado. Memoriza los mismos datos del HLR y así evita señalizaciones entre ambos.

Se conecta con otros VLR y HLR a través del sistema de señalización de red (SS7).

La diferencia entre el VLR y HLR es que al VLR se le asigna un área geográfica

determinada, mientras que el HLR maneja tareas que son independientes de la ubicación

del abonado.

d) Centro de Autenticación (Authentication Center)

El AuC almacena información necesaria para proteger las comunicaciones a través

de la interfaz aire contra las intrusiones, a las cuales los MS son vulnerables. Además

proporciona al HLR los valores como por ejemplo el RAND (Random Number) que

permiten la autenticación del MS en cada MSC/VLR.

e) Registro de Identificación del Equipamiento (Equipment Indentify Register)

El EIR es una gran base de datos que almacena los números IMEI de todos los

equipos móviles registrados. Maneja tres tipos de base de datos:

Lista blanca, contiene los IMEI permitidos en la red.

Lista negra, contiene los IMEI de los equipos terminales que han sido reportados

como robados.

13

Lista gris, contiene los IMEI de los equipos terminales que tienen ciertos problemas,

como por ejemplo un software defectuoso.

2.2 Sistema UMTS

En 1992 la ITU identificó 230 MHz de espectro en la banda de 2 GHz para

implementar un sistema de tercera generación IMT2000 (International Mobile

Telecommunications – 2000), el cual fue creado para cumplir los siguientes requisitos:

Tasas de trasmisión de 2048 Kbps para interiores y ambientes de poco movimiento, y

384 Kbps en ambientes urbanos y a velocidades máximas de 120 Km/h.

Movilidad global.

Terminales multimodo.

El sistema de poder conectarse con otras redes.

Mayor eficiencia espectral.

UMTS es la propuesta de la ETSI (Instituto Europeo para la Estandarización de las

Telecomunicaciones) para tercera generación de telefonía celular y es planteado usar

WCDMA como técnica de acceso múltiple; siendo al final así este estándar el que

prevaleció en el mercado desde esa fecha hasta la actualidad.

2.2.1 Arquitectura del sistema UMTS

La red UMTS se divide en tres partes, el User Equipment, la UTRAN (UMTS

Terrestrial Radio Access Network) y el Core Network (CN), las cuales se detallan en la

figura 2.6. El UE está conformado por un equipo terminal y tarjeta inteligente (USIM), en

la UTRAN tenemos al nodo B, el cual se encarga de administrar los recursos de radio, el

RNC (Radio Network Controller) es el corazón de la UTRAN y administra cierta cantidad

de nodos B, además es el que hace llegar los paquetes de voz y datos hacia el CN.

2.2.2 Equipo Usuario (User Equipment)

El UE tiene dos componentes principales, el Mobile Equipment (ME) y el Universal

Integrated Circuit Card (UICC). El ME es el equipo terminal en sí, el cual nos permite

hacer la comunicación con el Nodo B a través de la interfaz Uu; mientras el UICC es una

tarjeta inteligente que es introducida en el ME. En un simple teléfono móvil, el ME es

usualmente un simple dispositivo, pero en terminales de datos, sus funciones están

divididas en dos: El Mobile Termination (MT) porta todas las funciones de

comunicaciones 3G, mientras el Terminal Equipment (TE) es donde las tramas de datos

empiezan y terminan. Por ejemplo el MT puede ser un tarjeta plug-in UMTS para una

laptop, mientras él TE sería la laptop en sí. El detalle en la figura 2.7.

14

Figura 2.6 Arquitectura UMTS

Fuente: Elaboración propia, basado en el libro UMTS – Cap 2 – Pag 31

15

Figura 2.7 Estructura interna del User Equipment

Fuente: Essentials of UMTS – Cap 2 – Pag 40

El UICC envuelve el concepto del SIM usado en GSM, la terminología ha cambiado

porque UMTS hace una clara distinción entre hardware y software: el UICC es el

hardware de la tarjeta inteligente, mientras el USIM (Universal Subscriber Indetity Module)

es un protocolo de software que corre en el UICC.

2.2.3 Red de Acceso Radio Terrestre UMTS (UMTS Terrestrial Radio Access

Network)

La parte más importante del sistema UMTS es el UMTS Terrestrial Radio Access

Network (UTRAN), la cual tiene dos componentes: el nodo B y el Radio Network

Controller (RNC), los cuales están conectados a través de la interfaz Iub. La interconexión

entre RNCs se da a través de la interfaz Iur.

a) Nodo B

El Nodo es el encargado de transmitir y recibir las señales de radio a los UEs a

través de la interfaz aire, entre sus principales funciones tenemos:

Modula y demodula la señal de radio.

Codifica el canal físico CDMA.

Controla la potencia de lazo cerrado en el modo FDD.

Encargado de administrar los softer handover.

Encargado de reportar las mediciones de interferencia en el enlace de subida y la

información de la potencia en el enlace de bajada.

b) Controlador de la Red de Radio (Radio Network Controller)

El RNC es el nodo central en la RAN, es aquel que controla al grupo de nodos B que

estén conectados a él. La RNC maneja los recursos de radio y algunas funciones de

movilidad, entre sus principales funciones tenemos:

Controla la admisión de los usuarios.

16

Administra los recursos de radio.

Administra la asignación de códigos.

Maneja herramientas de control de potencia.

Maneja los soft handover en la red.

Posee un centro de operación y mantenimiento.

Maneja funciones de seguridad.

2.2.4 Núcleo de Red (Core Network)

El Core Network está compuesto por los siguientes elementos de red, los cuales se

muestran en la figura 2.8.

Figura 2.8 Core Network

Fuente: Essentials of UMTS – Cap 2 – Pag 36

MSC (Mobile Switching Center), controla la conmutación de circuitos, maneja la voz y

aplicaciones de datos en tiempo real para un UE en la red.

GMSC (Gateway Mobile Switching Center), interconecta con otras MSC y redes

externas para la conmutación de circuitos de datos y voz.

17

SGSN (Serving GPRS Support Node), administra el tráfico conmutado de paquetes al

interno de la red.

GGSN (Gateway GPRS Support Node), administra el tráfico conmutado de paquetes

que viajan al exterior de la red.

HLR (Home Location Register), es una gran base de datos que contiene toda la

información relevante acerca de la SIM de un abonado.

VLR (Visitor Location Register), es una gran base de datos con la posición de todos

UEs enganchados a la red.

EIR (Equipment identity register), es la entidad que decide si un UE dado puede ser

permitido en la red.

2.3 Tecnología WCDMA

WCDMA es una tecnología de acceso múltiple por división de código de banda

ancha, capaz de soportar altas tazas de transferencias de archivos. La taza de chip de

3.84 Mcps conduce una ancho de banda de portadora de aproximadamente 5 MHz.

WCDMA soporta dos modos de operación: Frequency Division Duplex (FDD) y Time

Division Duplex (TDD). En el modo FDD se utiliza un ancho de banda separado de 5 MHz

tanto para enlace de subida como para el de bajada, mientras en el modo TDD solo 5

MHz son compartidos entre los enlaces de subida y bajada. Enlace de subida es la

conexión del UE al nodo B, mientras el enlace de bajada es la conexión del nodo B al UE.

WCDMA soporta la operación de nodos B asíncronos, de modo que, no hay

necesidad de una referencia de tiempo global como un GPS. El despliegue de micros

nodos B y nodos B indoor es más sencillo cuando no es necesario dicha referencia de

tiempo. WCMDA posee una detección coherente de los enlaces de subida y bajada

gracias al uso de los símbolos piloto, debido a esto comparándolo con el sistema CDMA,

se mejora la cobertura y capacidad en el enlace de subida.

WCDMA fue diseñado para trabajar junto con GSM, por lo tanto, los handovers entre

GSM y WCDMA son soportados con el fin de ser capaces de aprovechar la cobertura

GSM para la introducción de WCDMA.

2.3.1 Ensanchado y Des-ensanchado (Spreading y Despreading)

Para modular la señal que se desea trasmitir se utiliza un código conocido como

secuencia de pseudo ruido (PN), el cual consiste en una serie de impulsos binarios con

un periodo determinado. La secuencia PN está representada por valores de 1 y -1, esto lo

hace obtener propiedades muy parecidas al ruido. En la figura 2.9 se detalla lo explicado.

18

Figura 2.9 Ensanchamiento y des-ensanchamiento en WCDMA

Fuente: WCDMA for UMTS – HSPA Evolution and LTE – Fourth Edition – Cap 3 – Pag 42

El concepto general de espectro ensanchado se muestra en la siguiente figura 2.10:

Figura 2.10 Espectro ensanchado

Elaboración propia

En el transmisor, el primer paso es la modulación de la señal angosta, la cual ocupa

una cierta banda de frecuencia, en el proceso de modulación, la señal ensanchadora es

multiplicada por la de banda angosta, la cual es expandida a lo largo de una frecuencia

mayor.

En el des-ensanchamiento la señal es regresada a la señal de banda angosta la cual

puede ser re modulada usando cualquier esquema de demodulación digital. El espectro

ensanchado trae consigo los siguientes beneficios:

Mejora la inmunidad frente a distintos tipos de ruido y distorsión multitrayecto.

19

Posibilita ocultar y encriptar señales, la señal recibida solo se puede decodificar si se

conoce el código de usuario.

Capacidad de acceso múltiple, asignándole a distintos usuarios distintos códigos, es

posible transmitir varias comunicaciones.

Rechaza las interferencias, al realizar una correlación entre la señal recibida y el

código de usuario, se pueden corregir errores ocasionados por interferencias.

2.3.2 Multitrayecto y Receptor Rake

La propagación de las señales radio está caracterizada por múltiples reflexiones,

difracciones y atenuaciones.

Estas son causadas por obstáculos naturales como edificios, montañas, autos, etc.,

resultando la propagación multitrayecto un ejemplo de esto, en la figura 2.11. La

propagación multitrayecto trae consigo dos efectos:

Figura 2.11 Propagación multitrayecto

Fuente: “UMTS”. ISTE Ltd – 2007 – Cap 5 – Pag 103

La energía de la señal puede llegar al receptor en dos instantes claramente distintos.

El retardo se extiende típicamente de 1 a 2 us en zonas urbanas y sub urbanas, en

algunos casos este retardo llega a ser de 20 us o más. El tiempo de duración de un

chip de 3.84 Mcps es 0.26 us, si la diferencia de tiempo de los componentes

multitrayecto es por lo menos 0.26 us, el receptor WCDMA puede separar estos

componentes multitrayecto y combinarlos coherentemente para obtener la diversidad

múltiple.

20

El multitrayecto genera en ocasiones un desfase de la señal recibida, la cual puede

cancelar dicha señal, a este efecto se le conoce con el nombre de desvanecimiento

rápido.

Para aprovechar las componentes multitrayecto, el sistema cuenta con un potente

receptor llamado receptor Rake, el cual es capaz de recibir varias versiones de la misma

señal, con distintos tiempos de llegada y combinar dichas señales en una zona de mejor

calidad. El receptor Rake consta de varias ramas cuyas salidas de combinan linealmente

de acuerdo a ciertos coeficientes, para dar lugar a una variable global llamada variable de

decisión. Además como sucede en comunicaciones móviles, el canal es variante en el

tiempo, los coeficientes del receptor deben adaptarse a sus variaciones.

El funcionamiento del receptor Rake se puede interpretar de dos maneras

conceptuales distintas:

Como un sistema de diversidad por combinación, en el que las réplicas multitrayecto

producidas por el canal son separadas en componentes, cada una de ellas formada

por un grupo de ecos con retardos parecidos. Realmente la separación entre las

componentes no es total, sino que existe cierto grado de interferencia, determinado

por la auto correlación de la secuencia código utilizada.

Como un filtro adaptado a la forma de onda recibida.

Según el primer enfoque, el receptor detecta cada una de las componentes

multitrayecto y lleva a cabo una combinación óptima (MRC, Maximal Ratio Combining) de

las mismas. El resultado es una relación señal/(interferencia + ruido) o SIR (Signal to

Interference Ratio), igual a la suma de las SIR de cada una de las componentes

detectadas. Debe tenerse en cuenta que el método MRC es aplicable en general para

componentes o señales recibidas en puntos diferentes, y sólo es óptimo en esas

condiciones.

En nuestro caso, en el que todas las componentes multitrayecto están presentes

simultáneamente en el receptor, este método equivale a la detección de cada una de

ellas considerando a las demás como interferencia.

El segundo enfoque considera la superposición de todas las componentes

multitrayecto como una señal deseada, y el receptor Rake se comporta como un filtro

adaptado a esta señal total, lo cual constituye la forma óptica de detección. Suponiendo

un canal con dispersión temporal no correlacionada, la potencia de la señal total es igual

a la suma de las potencias individuales de las componentes.

21

Por tanto según este enfoque se suman las potencias de las componentes

multitrayecto detectadas, sin considerar ninguna de ellas como interferencia.

La utilización de una u otra interpretación es equivalente a la selección de un criterio

para la determinación de los coeficientes del receptor Rake. En el primer caso estos se

eligen independientemente, mientras que en el segundo deben seleccionarse

conjuntamente para reproducir la respuesta al impulso del canal. En la práctica ambos

métodos pueden considerarse equivalentes.

2.3.3 Control de potencia

El rápido control de potencia es tal vez el aspecto más importante en WCDMA, in

particular en el uplink. Sin este control una simple sobre potencia de un móvil podría

bloquear una celda. La figura 2.12 representa el problema y la solución en la forma del

control de potencia de lazo cerrado.

Figura 2.12 Control de potencia de lazo cerrado en WCDMA

Fuente: http://www.telecomsource.net

Las estaciones móviles MS1 y MS2 operan a una misma frecuencia, separados en la

estación base por sus respectivos spreading codes. Puede pasar que el MS1 en el borde

22

de la célula sufra una pérdida de trayecto, es decir con un nivel por debajo del MS2, el

cual está cerca de la estación base. Si no hubiera un mecanismo controlado por potencia

para el MS1 y MS2 para el mismo nivel de la estación base, es decir ambos móviles

transmitieran a la misma potencia, la señal del móvil que estuviera más cerca de la

estación base interferiría en gran medida al móvil MS1 y a otros que se encuentren lejos

de dicha estación base.

Este problema es llamado near-far (cerca-lejos) en WCDMA, la óptima estrategia en

el sentido de maximizar la capacidad es igualar la potencia recibida por bit de todos los

móviles a cada momento.

En un control de potencia de lazo cerrado para el uplink, la estación base realiza una

estimación frecuente del SIR (Signal-to-Interference) recibido y el SIR ideal deseado. Si la

medición del SIR es mayor que el SIR ideal deseado, la estación base dispondrá al móvil

menor potencia, si está debajo dispondrá para el móvil mayor potencia.

Este comando de medición es ejecutado a una tasa de 1500 veces por segundo (1.5

KHz) para cada móvil y así operar más rápido que cualquier cambio significativo de

pérdida de trayecto que pudiese ocurrir.

Así el control de potencia de lazo cerrado prevendrá cualquier desequilibrio de

potencia entre todas las señales de subida que reciba la estación base.

La misma técnica de control de potencia para lazo cerrado es también usada para el

downlink, pero aquí la motivación es diferente, en el downlink no existe el problema near-

far debido al escenario de uno a muchos, es decir una celda de la estación base entrega

señal a varios móviles.

Esto es, sin embargo deseable para proporcionar una cantidad marginal de potencia

adicional para los móviles al límite de la celda, ya que ellos padecen de una interferencia

debido a las otras celdas cercanas.

También en el downlink un método de mejora de las señal débiles causadas por el

desvanecimiento, potencia adicional es necesaria a bajas velocidades cuando otros

métodos basados en corrección de error intercalados y códigos de corrección de error no

trabajan efectivamente.

2.3.4 Softer y Soft Handovers

Durante un softer handover, un móvil está en el límite de la cobertura proporcionada

por dos sectores adyacentes de una estación base. La comunicación del móvil y la

estación móvil se realiza al mismo tiempo vía dos canales de interfaz aire, uno para cada

sector por separado. Esto requiere el uso códigos separados en el enlace de bajada, así

el móvil puede distinguir las señales. Las dos señales son recibidas en el móvil por medio

23

del receptor Rake, muy similar a la recepción multitrayecto, excepto que los fingers (sub

receptor del Rake) necesitarán generar su respectivo código para cada sector para la

apropiada operación de despreading (des-ensanchamiento). En la figura 2.13 se puede

apreciar el softer handover.

Figura 2.13 Softer Handover


En la dirección de subida un proceso similar tiene lugar en la estación base, el

código de canal del móvil es recibido en cada sector, ruteado así en la misma banda base

del receptor Rake. Durante el softer handover solo un bucle de control potencia por

conexión es activado.

Durante el soft handover, un móvil se encuentra entre el área de cobertura de dos

sectores pertenecientes a diferentes estaciones base. De la misma manera que para un

softer handover, ambos canales (señales) son recibidas y procesadas por el móvil en el

receptor Rake.

En el enlace de subida existen diferencias significativas entre el soft y softer

handover, el código de canal de un móvil es recibido de ambas estaciones base, pero la

información recibida es entonces ruteada a la RNC para ser combinadas. Esto es hecho

típicamente de modo que el mismo marco indicador de fiabilidad provisto para el lazo

24

externo de control de potencia sea usado para seleccionar el mejor marco entre dos

posibles candidatos dentro de la RNC.

El softer handover se muestra en la figura 2.14.

Figura 2.14 Soft Handover


2.4 Sistema de antenas distribuídas (DAS)

2.4.1 Sistema de antenas distruidas pasivo

El sistema de antenas distribuidas pasivo es relativamente fácil de planificar, lo

principal que se necesita para hacer un sistema de estos es calcular la pérdida máxima

de cada antena en el sistema y hacer el link budget para las áreas particulares que cada

antena cubre.

Se necesita adaptar el diseño del DAS pasivo a las limitaciones del edificio con

respecto a las restricciones de donde y como lo pesados cables coaxiales pueden ser

instalados.

Usualmente el planificador radio frecuencia elaborará un diseño basado en la planta

de los pisos antes del estudio (survey) inicial, para luego adaptar el diseño con los

requerimientos de instalación del edificio. Es muy importante conocer todas las distancias

25

de los cables y el tipo de modo que se pueda calcular la pérdida que tendrá la señal

emitida de la estación base a cada antena.

La solución de problemas es un inconveniente con el sistema pasivo. Se necesita

usar un medidor de potencia conectado a puntos específicos en el DAS pasivo en orden

de revelar alguna falla, en caso el sistema la tenga. A continuación se exponen las

ventajas y desventajas del sistema pasivo de antenas distribuidas.

Ventajas:

Es sencillo pero consume tiempo en diseñar.

Componentes de distintas fábricas son compatibles.

Pueden ser instalados en ambientes difíciles.

Desventajas:

No hay vigilancia de errores en el sistema, la estación base no da alarma de VSWR,

incluso con los errores de cierre de la estación base debido a la alta pérdida de

retorno.

No es flexible a los upgrades.

Es dificil equilibrar link budget para todas las antenas y no se obtiene un uniforme

nivel de cobertura.

Requiere de un cuarto de comunicaciones dedicado para el soporte del equipamiento.

2.4.2 Componentes pasivos

a) Cable coaxial

El cable coaxial es ampliamente usado en los sistemas distribuidos de antenas,

especialmente en sistemas pasivos, se les clasifica por el ancho del cable, mientras más

anchos sean, menor pérdida presentan.

La tabla 2.1 detalla las pérdidas de los cables.

Tabla 2.1 Pérdida de potencia del cable coaxial por cada 100 metros

Fuente: Indoor Radio Planning – A Practical Guide for GSM, DCS, UMTS & HSPA – Cap4

– Pag 95

Cable Type 900 MHz 1800 MHz 2100 MHz

1/4 inch 13 19 20

1/2 inch 7 10 11

7/8 inch 4 6 6.5

1 1/4 inch 3 4.4 4.6

1 5/8 inch 2.4 3.7 3.8

Frequency/Typical loss per 100 m

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b) Splitter

Es usado para dividir una línea coaxial en dos o más líneas y viceversa. Es

importante usar todos los puertos del splitter, si no se llegara a utilizar algún puerto se

debe colocar una carga en este.

La pérdida en cada puerto del splitter se calcula de la siguiente manera:

Splitters loss = 10log(# de puertos) + pérdida de inserción

La pérdida de inserción en los splitters es típicamente 0.1 dB. En la figura 2.15 se

muestra la distribución de potencias en un splitter de 3 vías.

Figura 2.15 Distribución de potencia tipica de un splitter de 3 vias


– Pag 97

c) Tap splitter

Al igual que el splitter de dos vías, los taps se usan para dividir una línea coaxial en

dos vías, la diferencia es que la potencia no es dividida de igual forma entre sus puertos.

En la figura 2.16 muestra una distribución típica de tapers en un DAS.

Figura 2.16 Configuracion tipica de tapers en un DAS.


– Pag 98

27

d) Atenuador

Atenúa la señal RF en el valor del atenuador, es usado para controlar la potencia del

site indoor y evitar así que se propaguen en demasía al exterior. Los valores estándares

son de 1, 2, 3, 6, 10, 12, 18, 20, 30 y 40dB.

e) Circulador

El circulador es un componente no reciproco con baja pérdida de inserción (0.5 dB)

en la dirección delantera (puertos 1-2, 2-3, 3-1) y una alta pérdida de inserción (mayor a

23 dB) en la dirección reversa (puertos 2-1, 3-2, 1-3). El detalle en la figura 2.17.

Figura 2.17 Circulador


– Pag 99

f) Combinador de 3dB

Es usado para combinar dos fuentes de señal, al mismo tiempo el combinador divide

las dos señales combinadas en dos puertos de salida. En ambos puertos saldrá la mitad

de la potencia de ambas señales. El detalle en la figura 2.18.

Figura 2.18 Combinador de 3dB


– Pag 100

28

g) Carga

Es usada como terminación de las líneas de transmisión, comúnmente usadas en

uno de los puertos de un circulador, también usadas para dejar un reserva de potencia

para una futura ampliación del sistema DAS.

h) Filtros

Para diseñar soluciones indoor hay básicamente dos tipos de filtros, el duplexor y el

diplexor o triplexor. En la figura 2.19 un ejemplo de tipos de filtros.

Figura 2.19 Diplexor, triplexor, duplexor


– Pag 103

El duplexor es usado para separar una señal combinada de TX/RX en dos separadas

líneas de TX y RX. El diplexer separa o combinar dos bandas de frecuencia, por ejemplo

en las entradas ingresan las señales separadas para luego juntarse en una sola línea de

transmisión. El triplexor aplica lo mismo solo que para tres señales RF.

2.4.3 Sistema de antenas distribuidas activo

La función principal de un sistema de antenas distribuidas activo es similar que el

DAS pasivo, distribuye la señal a un número determinado de antenas indoor, sin embargo

tienen grandes diferencias. El DAS activo normalmente se basa en cables delgados,

como la fibra óptica, haciendo así la instalación más sencilla comparada con la instalación

de los cables rígidos usados para los sistemas pasivos. El DAS activo consiste de varios

componentes, la configuración exacta depende del fabricante de los mismos. Cuando se

diseña un DAS pasivo, se necesita saber la distancia exacta del cable para calcular el link

budget, cuando diseñamos un DAS activo da lo mismo que la antena se encuentre a 20

metros o a 5 kilómetros de la estación base. El rendimiento de las antenas en todo el

sistema será el mismo, debido a que el sistema activo compensa las pérdidas de los

cables usando señales internas calibradas y amplificadores.

29

En la figura 2.20 un ejemplo del uso de un DAS activo.

Figura 2.20 Ejemplo de un sistema activo para edificios


– Pag 109

2.4.4 Componentes activos

a) Unidad Maestra

La unidad maestra (MU) se conecta la estación base de baja potencia, la MU

distribuye las señales al resto del sistema vía unidades de expansión (EU), la conexión

entre la MU y la EU es típicamente realizada con fibra óptica.

30

La MU es el cerebro del sistema, genera y controla la calibración interna de las

señales en el sistema con amplificadores internos y ajusta las ganancias y niveles de los

diferentes puertos en orden de compensar la diferencia producida por las pérdidas de

cable entre todas las unidades. La unidad maestra también monitorea el rendimiento del

DAS, en un caso de mal funcionamiento la MU es capaz de enviar un señal de alarma a

la estación base y permite al operador saber exactamente en qué parte del DAS está el

problema para ser solucionado rápidamente.

b) Unidad de Expansión

Las EU son típicamente distribuidas a través de un edificio o campus lejanos a la

unidad maestra.

La EU convierte las señales ópticas de la MU en señales eléctricas y distribuirlas así

a las unidades remotas (RU). Idealmente las EU también pueden alimentar con corriente

DC a las RUs a través del cable de señal existente.

c) Unidad Remota

La unidad remota es siempre instalada muy cerca a la antena para reducir al máximo

las pérdidas ocasionadas por los cables coaxiales. La RU convierte la señal proveniente

de la EU en señales de radio de bajada y las señales de subida provenientes de los

móviles en señales eléctricas para ser enviadas a la EU. La RU es conectada a la EU con

un cable coaxial delgado o cables CAT5 haciendo que su instalación sea más fácil y

rápida que los rígido cables coaxiales usados en el DAS pasivo.

2.4.5 Soluciones con cable radiante

El cable radiante es típicamente basado en un cable coaxial tradicional con un

conductor interior (1), un dieléctrico (2), un blindaje externo (3), ranuras espaciadas sobre

el blindaje (4) y una envoltura externa (5), el cual se puede apreciar en la figura 2.21.

Figura 2.21 Cable radiante


– Pag 124

31

El cable puede ser diseñado considerando las pérdidas de acoplamiento a ciertas

distancias, perdidas por inserción o anchos de banda de frecuencias. El cable actúa como

una larga antena o como varias pequeñas antenas, las ranuras radiarán y capturaran

señal a lo largo de la longitud del cable.

a) Parámetros clave de los cables radiantes

La instalación de una solución con cable radiante se ve al inicio simple y fácil de

entender, pero la instalación y diseño de soluciones con cable radiante es un desafío. Los

parámetros más importantes a tener en cuenta en una solución con cables radiantes son

las siguientes:

Rango de frecuencia, se debe estar seguro de que el cable esté preparado para el

rango de frecuencias que se va a utilizar.

Pérdidas longitudinales, dichas pérdidas se incrementan con la distancia y varían con

las frecuencias.

Pérdidas de acoplamiento, estas son las pérdidas entre el cable y los equipos

terminales, especificados a una distancia y probabilidad dada, típicamente 2 o 6 metros.

Las especificaciones de acoplamiento tienen un gran margen de variancia, típicamente

+/- 10 dB. Asegurarse de incluir este margen en el link budget.

Pérdida del sistema, es la suma de las pérdidas longitudinales y de acoplamiento,

esta información es muchas veces proporcionada en los datasheets.

Especificaciones mecánicas, tener en cuenta dichas especificaciones tales como el

tamaño, radio de curvatura, resistencia al fuego entre otras. Dichos cables deben cumplir

con los estándares del país o de los que solicite el operador.

b) Desafíos en la instalación de cables radiantes

Aterramiento, la instalación de cables radiantes dentro de túneles de tren deben

tener un buen sistema de puesta a tierra debido a que el sistema de rieles del tren induce

fuertemente al cable radiante, por esto el aterramiento es muy importante.

Seguir las instrucciones, es muy importante instalar el cable radiante exactamente

como especifica el vendedor del cable, no dejar el extremo más lejano a la fuente del

cable radiante abierto, debe terminar en una antena o en una carga.

Usar las grapas adecuadas, para que las pérdidas de acoplamiento no aumenten

drásticamente.

Alinear el cable, especialmente para altas frecuencias como 1900 MHz o 2100 MHz,

el cable tiene que ser alineado perfectamente dado que las ranuras puedan brindar su

máxima cobertura y minimizar así las pérdidas de acoplamiento.

32

Limpiar el cable frecuentemente, si el cable se encuentra muy sucio aumenta

dramáticamente las pérdidas del sistema, afectando así el rendimiento de la red.

Figura 2.22 Instalación de cable radiante en un túnel

Fuente: http://www.syslink.com.co/

CAPÍTULO III

PLANTEAMIENTO DE LA SOLUCIÓN

3.1 Descripción de la solución

Se requiere brindar cobertura a las 27 estaciones subterráneas de la Línea 2 del

Metro de Lima, además de los túneles que las interconectan, para este fin se necesita

instalar unidades de radio frecuencia en cada una de las estaciones y túneles.

Las unidades de radio se conectan a sus nodos centrales a través de fibra óptica

monomodo, hay 9 puntos concentradores en toda la ruta del metro para estos nodos

centrales.

En la figura 3.1 se describe lo explicado en el párrafo anterior.

Figura 3.1 Conexión de nodo central con unidades remotas

Elaboración propia

34

En cada punto concentrador se implementa un switch de capa 3, el cual

transporta el tráfico de los nodos que se conecten a él a la red de datos del operador de

telefonía celular, además estos equipos brindan una protección en anillo con los otros

puntos concentradores.

En la figura 3.2 se describe lo explicado en el párrafo anterior.

Figura 3.2 Topología de la red de transporte

Elaboración propia

3.2 Estación base a implementar

Para esta solución se utiliza equipos marca Huawei, este fabricante divide su

estación base en dos partes, un nodo central llamado BBU (Base Band Unit) y una

unidad remota llamada RRU (Radio Remote Unit), cabe resaltar que una BBU soporta

hasta 6 RRUs. Para el diseño del DAS se considera que las frecuencias del operador de

telefonía celular son de 850 MHz para UMTS y 1900 MHz para GSM. A continuación se

expone sus principales características para los sistemas GSM y UMTS.

3.2.1 Unidad de Banda Base (BBU3900)

Las funciones de la BBU son las siguientes:

Administrador de toda la estación base de manera centralizada, incluyendo la

operación y mantenimiento, el procesamiento de señales y el reloj del sistema.

Procesamiento de las señales de banda base en el enlace de subida y bajada.

35

Provee interfaces físicas para la interconexión de la estación base con la red de

transporte.

Proporciona puertos de comunicación con los módulos de radio frecuencia.

En la figura 3.3 se muestra una BBU3900.

Figura 3.3 BBU3900

Fuente: http://enterprise.huawei.com

La BBU puede ser configurada con los siguientes tableros:

GSM Timing an Main control Unit (GTMU), realiza funciones de operación y

mantenimiento, provee una referencia de tiempo al sistema, además provee 4 puertos

E1, un puerto Fast Ethernet (FE) eléctrico, un puerto FE óptico y 6 puertos de

comuncación con los módulos de radio frecuencia.

WCDMA Main Processing Transmission unit (WMPT), realiza funciones de operación

y mantenimiento, provee una referencia de tiempo al sistema, además provee 4

puertos E1, un puerto FE eléctrico, un puerto FE óptico.

WCDMA Baseband Processing unit (WBBP), provee 6 puertos de comunicación con

lo módulos de radio frecuencia, procesa las señales de banda base de los enlaces de

subida y bajada.

Universal Power and Envairoment Interface Unit (UPEU), convierte a – 48 V DC or +

24 V DC la potencia de entrada.

Universal Transmision Processing unit (UTRP), provee las interfaces adicionales para

la tranmisión.

FAN module.

36

La BBU se puede configurar en dos modos, single mode y dual mode, a

continuación, en las figuras 3.4, 3.5 y 3.6 se muestra las configuraciones para los

sistemas GSM y UMTS.

Figura 3.4 Configuración de tablero para GSM (single mode)

Fuente: Documento BBU3900 Description – Huawei Technologies

Figura 3.5 Configuración de tablero para UMTS (single mode)


Figura 3.6 Configuración de tablero para GSM y UMTS (dual mode)


En la tabla 3.1 se muestran las especificaciones técnicas de capacidad.

Tabla 3.1 Número máximo de RRUs por BBU

Elaboración propia, basado en documento BBU3900 Description – Huawei Technologies

Configuración Modo Número de RRUs

Single GSM Soporta como máximo 6 RRUs

Single UMTS Soporta como máximo 6 RRUs

Dual GSM + UMTS Soporta como máximo 6 RRUs GSM/UMTS

37

En la tabla 3.2 se muestran las especificaciones técnicas de transmisión.

Tabla 3.2 Especificaciones técnicas de transmisión de la BBU3900


Modo

GTMU 4 E1s/T1s, 1 FE puerto eléctrico, 1 FE puerto óptico

UTRPb4 8 E1s/T1s

WMPT 4 E1s/T1s, 1 FE puerto eléctrico, 1 FE puerto óptico

UTRP2 2 FE/GE puerto óptico

UTRP3 8 E1s/T1s

UTRP6 1 STM-1/OC-3

UTRP9 4 FE/GE puertos eléctricos

Puertos de transmisión

GSM

UMTS

En la tabla 3.3 se muestran otras especificaciones técnicas BBU3900.

Tabla 3.3 Especificaciones técnicas de la BBU3900


Item Especificaciones

Voltaje de entrada -48 V DC, rango de voltaje: -38.4 V DC a -57 V DC

Dimensión 86 mm x 442 mm x 310 mm

Peso < 12 Kg

Temperatura de operación Entre -20 a 55 grados centigrados

Humedad relativa Entre 5% a 95% de humedad relativa

3.2.2 Unidad Remota de Radio (RRU3908)

La RRU realiza la modulación, demodulación, procesamiento de la información,

combinación y división de las señales de banda base y de radio frecuencia. En la figura

3.7 se muestran los dos tipos de RRU.

Figura 3.7 RRU3908

Fuente: Documento RRU3908 Description – Huawei Technologies

38

En la tabla 3.4 se muestra el rango de frecuencia para la RRU3908 V1.

Tabla 3.4 Rango de frecuencias para la RRU3908 V1

Elaboración propia, basado en documento RRU3908 Description – Huawei Technologies

Banda de

Frecuencia

(MHz)

Banda de Frecuencia

de Recepción

(MHz)

Banda de Frecuencia

de Transmisión

(MHz)

850 824 a 849 869 a 894

890 a 915 935 a 960

880 a 905 925 a 950

1710 a 1755 1805 a 1850

1740 a 1785 1835 a 1880

1850 a 1890 1930 a 1970

1870 a 1910 1950 a 1990

900

1800

1900

En la tabla 3.5 se muestra el rango de frecuencia para la RRU3908 V1.

Tabla 3.5 Rango de frecuencias para la RRU3908 V2.

Elaboración propia, basado en documento RRU3908 Description – Huawei Technologies.

Banda de

Frecuencia

(MHz)

Banda de Frecuencia

de Recepción

(MHz)

Banda de Frecuencia

de Transmisión

(MHz)

850 824 a 849 869 a 894

890 a 915 935 a 960

880 a 915 925 a 960900

En la tabla 3.6 se muestra las especificaciones técnicas de capacidad de la

RRU3908.

Tabla 3.6 Otras especificaciones técnicas de capacidad.


Configuración Modo Capacidad

RRU3908 V1: cada RRU soporta 6 TRXs.

RRU3908 V2: cada RRU soporta 8 TRXs.

Single UMTS Cada RRU soporta 4 TRXs.

Dual GSM+UMTS

G1U1, G2U1, G3U1, G4U1, G5U1, G1U2,

G2U2, G3U1, G4U1.

GxUy: x TRXs GSM, y TRXs UMTS.

Single GSM

39

En la tabla 3.7 se muestra las especificaciones técnicas de potencia de la

RRU3908.

Tabla 3.7 Especificaciones técnicas de potencia.


Number of

GSM Carriers

Number of

UMTS Carriers

Output power per

GSM carrier (W)

Output power per

UMTS carrier (W)

1 0 40 -

2 0 30 -

3 0 20 -

4 0 15 -

5 0 12 -

6 0 10 -

0 1 - 40

0 2 - 30

0 3 - 20

0 4 - 15

1 1 30 40

1 2 30 20

2 1 20 30

2 2 15 20

3 1 13 20

4 1 10 20

En la tabla 3.8 se muestran otras especificaciones técnicas de la RRU3908.

Tabla 3.8 Especificaciones técnicas

Elaboración propia, basado en documento RRU3908 Description – Huawei Technologies

Item Especificación

Voltaje de entrada -48 V DC, rango de voltaje: -36 V DC a -57 V DC

Dimensión 485 mm x 380 mm x 170 mm

Peso 23 Kg

Potencia máxima

de salida60 W

Figura de ruidoGSM: 3 dB

UMTS: 4 dB

Temperatua de

operación

RRU 3908 V1: -40 a 45 grados centígrados.

RRU 3908 V2: -40 a 50 grados centígrados.

Humedad relativa 5% RH a 100% RH

40

3.3 Análisis de la arquitectura del sitio y las condiciones iniciales de cobertura

celular

3.3.1 Análisis de la arquitectura del sitio

El primer paso para diseñar una red de telefonía móvil Indoor es hacer un

reconocimiento detallado de la estructura de la edificación, en el cual se debe reconocer

las montantes de comunicaciones, los ductos disponibles para pasar el cableado

necesario, lugares tentativos donde se puede colocar las antenas, ubicar la sala de

comunicaciones o un espacio apropiado para colocar los equipos de telecomunicaciones,

reconocer la sala de tableros eléctricos y el sistema de aterramiento del lugar.

Otro punto importante para realizar un buen diseño Indoor es reconocer en su

mayoría las dimensiones y materiales estructurales de la edificación, como por ejemplo

paredes de concreto, drywall o madera, ventanales de vidrio entre otros; así como

también el espesor de los mismos.

Esto ayuda al momento de diseñar la red de telefonía móvil con el software de

simulación, dado que los diversos materiales que contiene una edificación poseen

diversas pérdidas de transmisión, pérdidas por difracción, pérdidas por reflexión entre

otras características eléctricas.

Para el diseño de la estación del metro se tiene una estación tipo la cual posee un

área aproximada de 3000 m2, presenta 4 entradas y 2 niveles, en el primer nivel se

encuentran las zonas de espera para abordar los trenes y las vías del tren, en el segundo

nivel un mezanine donde hay algunas pequeñas tiendas y transita la gente; sus paredes

son en su mayoría de concreto, pero también presentan algunas divisiones de drywall y

madera pesada, además de un ventanal de vidrio.

Las estaciones cuentan con una amplia sala de comunicaciones en la parte baja de

la estación, con el espacio suficiente para albergar los equipos generadores de señal

2G/3G, además a pocos metros de dicha sala se encuentra una sala de tableros

eléctricos, de donde se puede obtener energía eléctrica para alimentar al rectificador

central, el que a su vez alimenta a los equipos de telecomunicaciones.

Además los túneles del metro presentan un amplia canalización subterránea que

permite el paso de la fibra óptica, tambien posee ambientes con tableros eléctricos.

La estructura de la estación se muestra en la figura 3.8.

En tabla 3.9 se muestra los tipos de material considerados para las estaciones de la


41

Figura 3.8 Arquitectura de la estación de la Línea 2 del metro

Fuente: Software Ibwave Design

Tabla 3.9 Propiedades eléctricas de los materiales

Elaboración propia, basado en la base de datos del software Ibwave

850 MHz 1900 MHz 2100 MHz 850 MHz 1900 MHz 2100 MHz

Concreto

liviano0.02 0.05 0.06 2.81 6 6.64 22 15.02 2 1

Concreto

mediano0.03 0.07 0.08 5.85 11.04 12.08 19 7.51 6 1

Concreto

pesado0.04 0.09 0.1 9.27 17.72 19.41 16 6.01 9 1

Madera

pesada0.02 0.04 0.04 2.29 4.68 5.15 22 13.63 2.3 1

Vidrio 0 0.01 0.01 4.35 4.37 4.38 15 4.06 19 1

Drywall 0.02 0.04 0.04 2.48 4.3 4.66 20 9.52 4 1

Dielectrividad

relativa (er)

Permeabilidad

relativa (ur)Material

Conductividad

(S/m)

Pérdida de transmisión

(dB)

Pérdida

por

difracción

(dB)

Pérdida

por

reflexión

(dB)

3.3.2 Análisis de la cobertura celular

Otro punto importante para diseñar redes celulares con buena calidad de señal en

interiores, es realizar las mediciones de cobertura antes de la instalación del sistema,

42

esto permite visualizar con que intensidad estan llegando las señales de la red outdoor y

tomar así las precausiones del caso antes de realizar el diseño del sistema radiante.

Cuando la señal es fuerte en ciertas zonas del sitio indoor a implementar, se debe

diseñar el sistema radiante de tal manera que en esas zonas la cobertura de la estación

base indoor sea muy buena, esto quiere decir que las potencias de las antenas que

alumbren dichas zonas deben ser mas fuertes que el resto. En el escenario de la

presente tesis, por tratarse de ser un ruta de tren subterráneo, las señales externas son

mínimas, por lo que no afectarán la calidad de señal del sistema.

3.4 Análisis de tráfico celular

Uno de los mas importantes parametros de diseño en un red de telefonía móvil es el

número de canales de voz que se tienen disponibles.

El tráfico de voz es crítico en tiempo real, muchos servicios de datos pueden

degradarse en velocidad o de retardo en el tiempo, pero sin ninguna afectación en la

experiencia de usuario.

No importa si enviaste un correo y demoró 30 segundos o mas en salir, pero una

conexión de voz debe ser mantenida 1:1 en el tiempo, un canal de voz necesita un

permanente canal de tráfico.

Por lo comentado líneas arriba se hace el dimensionamiento de la capacidad de

tráfico celular del sistema GSM/UMTS en base a los servicios de voz.

3.4.1 Erlang

El Erlang es una unidad de medición de tráfico en telecomuniaciones, es el continuo

uso de un canal de voz. Un Erlang es usado para describir el volumen de tráfico total en

un hora para un celda especifica.

Si tenemos por ejemplo 20 usuarios, los cuáles hacen 60 llamadas en una hora y

cada llamada realizada por ellos tuvo un promedio de duración de 4 minutos, el cálculo

del tráfico total en Erlangs sería:

Cuando se habla de Erlangs, se habla tambien de grado de servicio (GOS), el cuál

esta definido por el porcentaje de llamadas que son rechazadas debido a la falta de

canales de tráfico. Si por ejemplo los usuarios hacen 100 llamadas y una de ellas es

rechazada debido a la falta de canales de tráfico, la tasa de bloqueo es de 1 en 100 o

1%; esto refiere a un GOS del 1%.

43

Para realizar los cálculos de capacidad es necesario el uso de la tabla de Erlang B,

la cúal es usada para calcular el número de canales requeridos para una determinada

carga en Erlangs y un determinado grado de servicio.

En toda red celular, cada usuario tiene un perfil de tráfico específico, en la tabla 3.10

se muestra los perfiles de usuario en Erlangs por cada tipo de usuario, el cuál es un valor

promedio que a sido obtenido luego de un análisis de post implementación en varias

redes y la cual es utilizada por varios libros para realizar los cálculos de tráfico celular.

Tabla 3.10 Tráfico en Erlangs de un usuario típico


– Pag 225

Tipo de usuario Tráfico por usuario

Extremo 200 mE

Denso 100 mE

Oficina 50 mE

Privado 20 mE

3.4.2 Consideraciones para el diseño de la red de telefonía móvil

Para la Línea 2 del metro de Lima, se ha considerado trenes de 6 vagones, cada

vagón soporta como máximo 200 personas, por lo que en total el tren puede transportar

como máximo 1200 personas.

La longitud del túnel mas largo del metro es de 1600 metros, la velocidad promedio

de los trenes es de 37.5 Km/h, esto implica que un tren se demora alrededor de 2.7

minutos en recorrer el túnel mas grande del sistema; además se sabe que la frecuencia

en hora de los trenes en hora punta es de 3 minutos y el tiempo de espera entre

paraderos es de 20 segundos.

De lo expuesto líneas arriba no hay la posibilidad que dos trenes que viajen en un

mismo sentido esten juntos en un túnel cualesquiera de la Línea 2 del metro de Lima, ya

que sacando los cálculos para el túnel de mayor longitud, el tiempo en que se demora el

tren en recorrer el túnel es menor a la frecuencia de trenes en hora punta.

El peor escenario de capacidad en un túnel es el que se encuentren dos trenes en

circulación en un mismo túnel, cada uno viajando en diferente sentido, lo cual implica

tener en ese instante un máximo de 2400 personas.

En el caso de una estación cualesquiera de la Línea 2 del metro se considera como

el peor escenario cuando dos trenes estén esperando el arribo de los pasajeros (uno en

cada sentido de la vía) más 600 personas esperando en las instalaciones del metro, lo

que hace un total de 3000 personas.

44

Actualmente en el Perú se cuenta con cuatro operadores de telefonía móvil, se

asume que esta red será para uno de estos operadores y que este operador se proyecta

a tener el 40% de usuarios en el mercado para el 2020.

Ahora se recuerda que se tiene dos tecnologías a implementar en la red de metro

subterráneo, GSM y UMTS; de acuerdo a la tendencia que se tiene en Lima los usuarios

3G aumentan cada vez mas, por lo que se asume que el 40% de los usuarios son de

GSM y el 60% serán de UMTS para el año 2020.

Además se considera solo servicios de voz para GSM, mientras que para UMTS se

considera servicios de voz y datos.

Con respecto a los tipos de usuario, se considera 6% de usuarios extremos, 14% de

usuarios densos, 30% de usuarios de oficina y 50% de usuarios privados. Estos

porcentajes son obtenidos de la hora pico de una red de telefonía móvil real, los cuales

conosco de mi experiencia trabajando en una operadora de telefonía móvil.

3.4.3 Cálculo de la capacidad de tráfico celular para el sistema GSM

a) Capacidad de tráfico celular para el túnel

De las consideraciones a tomar para el cálculo de la capacidad de la red de telefonía

móvil, se tiene que el número de usuarios para el peor caso en un túnel es:

Al separarlo por tipo de usuario tenemos 23 usuarios extremos, 54 usuarios densos,

115 usuarios de oficina y 192 usuarios privados, el tráfico en Erlangs dá como resultado

para estos usuarios:

Para el cálculo de capacidad de tráfico de la red de telefonía móvil se elije un GOS

del 1%, usando la tabla de Erlang B (anexo A) para los 19.6E dá como resultado, que es

necesario contar con 30 canales para cursar el tráfico de voz.

En GSM por lo general una TRX soporta 7 canales de tráfico, por lo que se necesita

por lo menos 5 TRX para darle buena capacidad al túnel. La RRU2G soporta hasta 6

TRX, esto significa que es solo necesario una RRU2G para cumplir la exigencia de tráfico

de voz en el túnel.

b) Capacidad de tráfico celular para la estación de la Línea 2 del metro

El número de usuarios para el peor escenario en una estación es:

45

Al separarlo por tipo de usuario se tiene 29 usuarios extremos, 67 usuarios densos,

144 usuarios de oficina y 240 usuarios privados, el tráfico en Erlangs dá como resultado

para estos usuarios:

Usando la tabla de Erlang B con un GOS del 1% se necesita 35 canales para cursar

un tráfico de 24.5E. En GSM por lo general una TRX soporta 7 canales de tráfico (5), por

lo que se necesita por lo menos 5 TRX para darle buena capacidad al túnel en servicio de

voz. La RRU2G soporta hasta 5 TRX, esto significa que como mínimo es necesario una

RRU2G para cumplir la exigencia de tráfico en la estación.

Para cubrir con la demanda de tráfico en la estación se propone implementar dos

RRU2G a 4TRX cada una, esto hace un total de 8TRX (56 canales de tráfico). Usando la

tabla de Erlang B se obtiene que el tráfico máximo soportado por la red de telefonía móvil

en la estación es de 43.32 E

Para el túnel se considera una RRU a 6 TRX (42 canales de tráfico), lo que equivale

a un tráfico máximo de 30.77 E.

3.4.4 Cálculo de la capacidad de tráfico celular para el sistema UMTS

A diferencia que para GSM, calcular la capacidad para UMTS es mas complejo por

lo que se toma los siguientes supuestos:

Todos los usuarios bajo el área de cobertura de una TRX estan igualmente

distribuidos de modo que todos los usuarios esten a la misma distancia de la antena.

El nivel de potencia que los teléfonos móviles usan es el mismo y asi la interferencia

que ellos causan tiene el mismo nivel.

Los usuarios bajo una TRX usan el mismo bit rate banda base.

Bajo estas circustancias un valor llamado “Processing Gain (Gp)” puede ser definido.

Processing Gain es un indicador relativo de la relación entre todo el ancho de banda

disponible (BRF) y la taza de bit de banda base (Binformation).

_____________________________

(5) Dato obtenido del libro Indoor Radio Planning – A Practical Guide for GSM, DCS, UMTS & HSPA – Cap6,

página 227.

46

La potencia (P) requerida para transferir información en un canal es la multiplicación

de la energía usada por bit y la tasa de información de la banda base.

Además es conocido que el ruido en un canal (Nchannel) usando parcialmente el ancho

de banda total (BRF) puede ser expresado como:

Donde N0 es la densidad espectral del ruido (W/Hz). Basado en esto, la relación

señal a ruido es:

⁄

⁄

Ahora si hay X usuarios bajo la cobertura de una TRX y esto sumado a las

suposiciones previas antes indicadas, significa que hay X-1 usuarios causando

interferancia a un usuario. Esto tambien indica la relación señal a ruido y puede ser

expresado matemáticamente en la siguiente ecuación:

⁄

Se considera por lo menos mas de 10 usuarios, la ecuación anterior se puede

reducir a:

⁄

Igualando las dos ecuaciones de S/N se tiene:

⁄

⁄

Despejando el número de usuarios (X) se obtiene:

⁄

Ahora se calcula el número de usuarios (canales de tráfico) para el servicio de voz

ofrecido en UMTS, en el cúal el ancho de banda es de 12.2 Kbps.

47

Para tener una excelente calidad en el servicio de voz en UMTS, se elige un Eb/No

de 8 dB (6). Pasando el Eb/No de dB a una relación adimencional:

⁄

( ⁄ )

⁄

Calculo el Gp sabiendo que el chip rate en WCDMA es de 3.84 Mbps:

El número de usuarios o canales de tráfico es:

⁄

A continuación se calcula cuantos usuarios puede soportar una TRX para las

distintas velocidades en los servicios de datos. Los servicios de datos el Eb/No requieren

un menor Eb/No por lo que se escoje un Eb/No de 5 dB (7). Pasando el Eb/No de dB a

una relación adimencional:

⁄

( ⁄ )

⁄

Calculo el Gp para los servicios de datos:

_____________________________

(6) Dato obtenido de la página 29 de la públicación: Cellular Network Planning and Optimization Part VIII -

WCDMA link budget, del profesor Jyri Hämäläinen de la Universidad Politécnica de Helsinki – Finlandia.

(7) Dato obtenido de la página 29 de la públicación: Cellular Network Planning and Optimization Part VIII -

WCDMA link budget, del profesor Jyri Hämäläinen de la Universidad Politécnica de Helsinki – Finlandia.

48

El número de usuarios por TRX en UMTS es:

⁄

⁄

⁄

⁄

a) Capacidad de tráfico celular para el túnel

El número de usuarios para el peor escenario en una estación de la Línea 2 del

metro de Lima es:


173 usuarios de oficina y 288 usuarios privados, el tráfico en Erlangs que dá como

resultado estos usuarios es:

Usando la tabla de Erlang B con un GOS del 1% se necesita 41 canales de tráfico

para los 29.3E. De los cálculos ya realizados se sabe que 1 TRX puede soportar hasta 48

canales de tráfico, por lo que se necesita como mínimo una RRU3G configurada a 1 TRX

para satisfacer la demanda de tráfico de voz en el túnel.

b) Capacidad de tráfico celular para la estación

El número de usuarios para el peor escenario en una estación es:


216 usuarios de oficina y 360 usuarios privados, el tráfico en Erlangs que dá como

resultado estos usuarios es:

49

Usando la tabla de Erlang B con un GOS del 1% se necesita 49 canales de tráfico

para los 36.7E. De los cálculos ya realizados se sabe que una TRX puede soportar hasta

48 canales de tráfico, por lo que se necesita como mínimo una RRU3G configurada a dos

TRX o dos RRU3G conigurada a una TRX cada una para satisfacer la demanda de tráfico

de voz en la estación.

Para UMTS el escenario es distinto que para GSM, ya que para UMTS se necesita

mas capacidad para la transmisión de datos, por lo que se propone activar dos TRX en

las RRU3G, la primera para voz y la segunda para datos.

Para la estación del metro se propone dos RRU configuradas a dos TRX cada una,

de los cálculos realizados en el sub capítulo 3.4.4 se sabe que una TRX soporta 48

canales de tráfico, por lo que en total para voz se tiene como máximo 96 canales de

tráfico que en unidades de tráfico equivale a 80.31 E.

Para el túnel se propone una RRU configurada a dos TRX, una de ellas para servicio

sde voz y la otra para servicios de datos. Al tener una TRX para voz, significa que soporta

hasta 48 canales de tráfico, por lo que el tráfico máximo que soporta la red de telefonía

móvil en el túnel es 36.11 E.

A continuación se calcula la capacidad de tráfico celular que soporta una RRU en

modo dual (GSM/UMTS), dado que se planea utilizar esta configuración de la RRU para

una red de cable radiante redundante en los túneles de la Línea 2 del metro de Lima.

Cuando la RRU trabaja en modo dual, por limitaciones de potencia solo soporta una

TRX en UMTS y hasta cuatro TRX en GSM.

Se sabe que para GSM una TRX soporta 7 canales de tráfico, al tener cuatro TRX se

tiene un máximo de 28 canales de tráfico disponibles.

Se usa la tabla de Erlang B con un GOS de 1% y se obtiene que la capacidad de

tráfico máximo en GSM es 18.64 E.

Para UMTS se conoce que una TRX soporta 48 canales de tráfico, de los cuales 24

canales son para el servicio de voz y los otros 24 para el servicio de datos.

Se usa la tabla de Erlang B con un GOS de 1% y se obtiene que la capacidad de

tráfico máximo para servicios de voz en UMTS es 15.30 E

3.5 Diseño del sistema radiante para la Línea 2 del metro de Lima

Se conoce como sistema radiante, a todo sistema capaz de irradiar energía o

radiación. Para el caso de una red de telefonía móvil, el sistema irradia energía

electromagnética para que exista comunicación entre la estación base y el teléfono móvil.

50

Para las estaciones, dado que son relativamente pequeñas comparadas con un gran

edificio o centro comercial, el uso de un sistema de antenas distribuidas pasivo es

suficiente, mientras que para los túneles es mejor utilizar una solución con cable radiante,

porque así no interesa cuantas curvas tenga el túnel, siempre va a tener cobertura celular

a través de todo su recorrido.

3.5.1 Diseño del sistema radiante para la estación del metro

Cuando se implementa un solución indoor con un sistema de antenas distribuidas se

debe asegurar que las antenas tengan línea de vista con el área que se desea curbrir, ya

que las antenas son de baja potencia y un obstáculo como una viga o una pared de

concreto degrada considerablemente la señal, tal como se indican los valores de

atenuación mostrados en la tabla 3.9. Una estación típica de la Línea 2 del metro de Lima

presenta cuatro pasillos de ingreso, dos en cada extremo de la estación que se unen en

una sola entrada; para darle cobertura celular se coloca una antena omni direccional en

la intersección de estos pasillos. Para cubrir el mezanine se colocan dos antenas

omnidireccionales, cada una pertenece a un sector diferente, esto para que cada una de

ellas capture el 50% del tráfico celular en dicha área. Para la entrada a los paraderos se

coloca una antena omnidireccional a cada ingreso, finalmente para cubrir la zona de los

paraderos y el andén del tren se colocan cuatro antenas panel, dos de ellas para cada

sector. En la figura 3.9 se detalla la distribución de los ambientes de la estación y en la

figura 3.10 se muestra la ubicación de las RRUs, la distribución de antenas y recorrido del

cableado.

Figura 3.9 Distribución de los ambientes de una estación de la Línea 2 del metro


51

Figura 3.10 Diagrama de ubicación de antenas


52

Con ayuda del software Ibwave Design se puede obtener la distancia de los cables

entre todos los elemementos del DAS, esto se puede apreciar en la figura 3.11.

Figura 3.11 Diagrama unilineal del sistema de antenas


Se procede a obtener los EiRP en GSM y UMTS de todas las antenas del sistema

pasivo de antenas distribuidas.

Para obtener los EiRP se debe conocer las pérdidas de los elementos pasivos, la

atenuación del cable coaxial y las ganancias de las antenas a diferentes frecuencias.

En las tablas 3.11, 3.12 y 3.13 se muestran las especificaciones técnicas de los

elementos pasivos a utilizar en el diseño.

Tabla 3.11 Atenuación de los cables utilizados en el diseño

Elaboración propia, basada en la especificación técnica del cable SCF ½ pulgada

Cable 850 MHz 1900 Mhz

SCF 1/2 JFN RFS 10.60 dB/100 m 16.40 dB / 100 m

Atenuación

53

Tabla 3.12 Ganancia de las antenas utilizadas en el diseño

Elaboración propia, basada en las especificaciones técnicas de las antenas

Antena 850 MHz 1900 MHz

I-ATO1-698/2700 2 dBi 5 dBi

I-ATP1-800/2700 7 dBi 10 dBi

Ganancia

Tabla 3.13 Pérdidas de acoplamiento e inserción de los elementos pasivos

Elaboración propia, basada en las especificaciones técnicas de los elementos pasivos

Splitter/Tapper Inserción Acoplamiento

PDC2E-698/2700 3.30 dB -

CDS6I-800/2700 1.70 dB 6.00 dB

CDS7I-800/2700 1.40 dB 7.00 dB

CDS15I-800/2700 0.40 dB 15.00 dB

Atenuación

Además cabe mencionar que las pérdida de inserción del filtro utilizado en el diseño

es de 0.4 dB y que se está considerando 0.5 dB de pérdida por cada par de conectores.

A continuación se muestra lo cálculos de la EiRP antena por antena en el sistema

GSM, la potencia de salida de cada TRX por unidad de radio es 40 dBm (10W).

(

) (

)

(

) (

)

(

) (

)

54

Realizando el mismo cálculo con el resto de antenas del sistema se obtiene lo

mostrado en la tabla 3.14.

Tabla 3.14 EIRP de antenas – Sistema GSM


Other

Thru LossSys Out

Pwr

Total DAS

Gain/Loss

Antenna

Gain

Antenna

EiRP

Total Pwr per Ch.

Subtotal

(dB)

Subtotal

(dB)(dBm) (dB) (dBi) (dBm)

ANT0 -1.8 -0.4 40 -28.15 5 16.85

ANT1 -0.4 -0.4 40 -23.76 5 21.24

ANT2 -0.4 40 -24.05 5 20.95

ANT3 -3.5 -0.4 40 -17.8 10 32.2

ANT4 -1.2 -0.4 40 -14.38 10 35.62

ANT5 -1.2 -0.4 40 -13.8 10 36.2

ANT6 -0.4 40 -14.42 10 35.58

ANT7 -1.4 -0.4 40 -25.48 5 19.52

ANT8 -1.8 -0.4 40 -24.59 5 20.41

ANT9 -0.8 -0.4 40 -21.46 5 23.54

Summary

GSM -15.4 -4.86

GSM -15.4 -8.28

GSM -7.7 -3.3 -11.39

GSM -3.3 -8.89

GSM -8.4 -5.62

GSM -13.9

GSM -3.3 -9.48

GSM -15.4 -7.56

GSM -15.4 -8.25

Subtotal

(dB)

Subtotal

(dB)

Subtotal

(dB)

GSM -7.7 -3.3 -14.94

Antenna

IDSystem

Coupler Splitter Cable

Tap Loss Loss

El sistema UMTS/WCDMA trabaja distinto al sistema GSM, la potencia que recibe el

móvil es la potencia del canal piloto, esta potencia es por lo general el 10% de la potencia

total, para el presente diseño he considerado 33 dBm (2W) de potencia piloto por TRX,

por lo que la potencia total de la unidad de radio por TRX es 40 dBm (20W).

En la tabla 3.15 se muestra el EIRP de las antenas para el sistema UMTS.

Tabla 3.15 EIRP de antenas – Sistema UMTS


Filter

Thru LossTotal DAS

Gain/Loss

Antenna

Gain

Subtotal

(dB)

Subtotal

(dB)

Pilot

(dBm)

Total

(dBm)(dB) (dBi)

Pilot

(dBm)

ANT0 -1.8 -0.4 33 43 -22.91 2 12.09

ANT1 -0.4 -0.4 33 43 -21.12 2 13.88

ANT2 -0.4 33 43 -21.15 2 13.85

ANT3 -3.5 -0.4 33 43 -12.93 7 27.07

ANT4 -1.2 -0.4 33 43 -11.08 7 28.92

ANT5 -1.2 -0.4 33 43 -10.7 7 29.3

ANT6 -0.4 33 43 -12.45 7 27.55

ANT7 -1.4 -0.4 33 43 -22.58 2 12.42

ANT8 -1.8 -0.4 33 43 -20.61 2 14.39

ANT9 -0.8 -0.4 33 43 -19.78 2 15.22

Antenna

IDSystem

Coupler Splitter Cable

UMTS -7.7 -3.3 -9.7 22.09

Tap Loss Loss Sys Out Pwr Antenna EiRP

UMTS -15.4 -5.35 23.85

Subtotal

(dB)

Subtotal

(dB)

Subtotal

(dB)

Pwr per Ch.

(dBm)

UMTS -3.3 -6.17 38.92

UMTS -15.4 -4.92 23.88

UMTS -8.4 -3.65 37.55

UMTS -9.02 37.07

UMTS -7.7 -3.3 -7.41 24.39

UMTS -3.3 -5.79 39.3

-3.18 25.22

UMTS -15.4 -5.38 22.42

Summary

UMTS -15.4

55

A continuación, en las figuras 3.12, 3.13, 3.14 y 3.15, se muestran las predicciones

de cobertura para los sistemas GSM y UMTS en base a las EiRP de las antenas usando

el software Ibwave Design.

Figura 3.12 Predicción de cobertura 2G - Andén


Figura 3.13 Predicción de cobertura 2G - Mezanine


56

Figura 3.14 Predicción de cobertura 3G - Andén


Figura 3.15 Predicción de cobertura 3G - Mezanine


57

3.5.2 Diseño del sistema radiante para el túnel

El sistema radiante elejido para dar cobertura celular a los túneles de la Línea 2 del

metro es la solución de cable radiante. Se utiliza para el diseño un cable radiante de 7/8

pulgadas el cual tiene las siguientes especificaciones técnicas para las frecuencias 850

MHz y 1900 MHz. En la tabla 3.16 se muestran las especificaciones técnicas del cable

radiante.

Tabla 3.16 Especificaciones técnicas del cable RLKU 78-50 JFNA

Elaboración propia basada en el datasheet

FrecuenciaCoupling

Loss (dB)

Attenuation

Loss (dB/Km)

850 MHz 70 42.3

1900 MHz 67 81.8

Debido a la gran longitud que tienen los túneles de la Línea 2 del metro, en su

mayoría superior a los 800 metros, las potencias de las unidades de radio son una

limitante, para el caso de la RRU2G, usando 6 TRX se tiene como potencia máxima 40

dBm, mientras que para la RRU3G usando 2 TRX, la potencia es de 43 dBm, pero en 3G

los cálculos de la cobertura celular se hacen en base a la potencia del piloto, la cual es

casi siempre el 10% de la potencia total de la TRX (33 dBm).

Para realizar los cálculos de cobertura para un cable radiante se utiliza la siguiente

expresión:

Donde:

PRx es el nivel de potencia que llega a la antena del terminal móvil.

PTx es el nivel de potencia que se inyecta en el cable radiante.

d es la distancia del cable radiante desde el punto de entrada de la señal hasta el

punto donde se quiere tomar la medida.

La es la pérdida por atenuación longitudinal por propagación en el cable radiante.

Lc son las pérdidas por acoplamiento (coupling loss), estas hacen referencia a las

pérdidas que se producen entre el cable radiante y la antena del terminal receptor

tomadas a 2 m de distancia del cable radiante.

Lfc son las pérdidad a añadir como factor de corrección en el caso de que la distancia

entre el cable radiante y el punto donde se quiere calcular el nivel de señal es mayor

a 2m.

58

Ahora se tiene que agregar las pérdidas por el material de los trenes y las perdidas

por la alta densidad de personas, se asume 12 dB y 3 dB respectivamente.

Se procede a calcular cuantos metros se pueden cubrir con buen nivel de señal (-75

dBm) dentro del túnel, usando la máxima potencia de las unidades de radio; para esto se

despeja la ecuación para obtener la distancia máxima que se puede cubrir aplicando una

potencia dada.

Reemplazando se tiene:

Para 2G / 1900 MHz

Para 3G / 850 MHz

Debido a que se va a utilizar el mismo cable radiante para propagar señal 2G y 3G,

se usará una RRU para cubrir 400 metros en un túnel.

En los siguientes cuadros se muestra la distribución de señal para GSM y UMTS

para cada tramo de 400 metros, estos cálculos han sido realizados considerando la

potencia máxima de transmisión por TRX de 2G y 3G. En las tablas 3.17 y 3.18 se

muestra las distribución de potencias en GSM y UMTS por distancia en un túnel.

Tabla 3.17 Distribución de potencias GSM

Elaboración propia

Distancia

(m)

Pérdidas

de cable

(dB)

Total de

pérdidas

(dB)

Potencia en

el móvil

GSM (dBm)

5 0.41 82.41 -42.41

10 0.82 82.82 -42.82

20 1.64 83.64 -43.64

50 4.09 86.09 -46.09

100 8.18 90.18 -50.18

150 12.27 94.27 -54.27

200 16.36 98.36 -58.36

250 20.45 102.45 -62.45

300 24.54 106.54 -66.54

350 28.63 110.63 -70.63

400 32.72 114.72 -74.72

59

Tabla 3.18 Distribución de potencias UMTS

Elaboración propia

Distancia

(m)

Pérdidas

de cable

(dB)

Total de

pérdidas

(dB)

Potencia en

el móvil

UMTS (dBm)

5 0.21 85.21 -52.21

10 0.42 85.42 -52.42

20 0.85 85.85 -52.85

50 2.12 87.12 -54.12

100 4.23 89.23 -56.23

150 6.35 91.35 -58.35

200 8.46 93.46 -60.46

250 10.58 95.58 -62.58

300 12.69 97.69 -64.69

350 14.81 99.81 -66.81

400 16.92 101.92 -68.92

Las longitudes aproximadas de los túneles y la cantidad de sectores a utilizar por

túnel son las mostradas en la tabla 3.19.

Tabla 3.19 Distancias de los túneles y número de sectores

Elaboración propia

Longitud (m) # de Sectores

Puente del Callao Buenos Aires 1400 4

Buenos Aires Juan Pablo Segundo 1400 4

Juan Pablo Segundo Insurgentes 800 2

Insurgentes Carmen de la Legua 800 2

Carmen de la Legua Oscar Benavides 800 2

Oscar Benavides San Marcos 800 2

San Marcos Elio 800 2

Elio La Alborada 1000 3

La Alborada Tingo María 800 2

Tingo María Parque Murillo 700 2

Parque Murillo Plaza Bolognesi 800 2

Plaza Bolognesi Estación Central 700 2

Estación Central Plaza Manco Capac 800 2

Plaza Manco Capac Cangallo 800 2

Cangallo 28 de Julio 600 2

28 de Julio Nicolás Ayllón 800 2

Nicolás Ayllón Circunvalación 800 2

Circunvalación Nicolás Arriola 1000 3

Nicolás Arriola Evitamiento 1600 4

Evitamiento Óvalo Santa Anita 800 2

Óvalo Santa Anita Colectora Industrial 800 2

Colectora Industrial La Cultura 800 2

La Cultura Mercado Santa Anita 1200 3

Mercado Santa Anita Vista Alegre 1000 3

Vista Alegre Prolongación Javier Prado 800 2

Prolongación Javier Prado Municipalidad de Ate 1200 3

Túnel

60

En la figura 3.16 se muestra la proyección de cable radiante en un túnel de la


Figura 3.16 Diagrama de proyección de cable radiante en un túnel de la Línea 2 del

metro de Lima

Elaboración propia

De lo expuesto anteriormente, se puede asegurar la cobertura celular en los túneles

de la Línea 2 del metro, ahora se asume el caso de que ocurra un accidente; la fibra

óptica no se afecta dado que va por canalización subterránea, pero el cable radiante va

en el exterior, por lo que puede romperse y dejar así una parte del túnel sin cobertura

celular. Lo explicado se muestra en la figura 3.17.

Figura 3.17 Diagrama de proyección de cable radiante que muestra un corte del cable

radiante en un túnel de la Línea 2 del metro de Lima

Elaboración propia

61

Si los usuarios quedan atrapados en el punto que se muestra en la figura 3.17, no le

va a llegar señal celular proveniente de la RRU A y estarían sin comunicación durante un

siniestro. Para evitar este posible problema, esta previsto implementar un red paralela

usando cable radiante colocando las RRUs redundantes al otro extremo de la RRU que

estan brindando el servicio. Lo explicado se muestra en la figura 3.18.

Figura 3.18 Diagrama de proyección dos cables radiantes en un túnel de la Línea 2 del

metro de Lima

Elaboración propia

Con esta distribución no importa en que parte del túnel se rompa el cable radiante,

siempre va a existir cobertura celular dentro de los túneles de la Línea 2 del metro de

Lima ante cualquier evento desafortunado. Si bien es cierto cuando se realizó el análisis

de capacidad de tráfico celular se llegó a la conclusión que solo es necesaria una RRU,

por temas de cobertura se necesitan mas de una ya que lo túneles son de una longitud

considerable, en su mayoría superior a los 800 metros.

3.6 Cálculo del Enlace Radio (Link Budget) para los sistemas GSM y UMTS

3.6.1 Cálculo del Enlace Radio (Link Budget) para el sistema GSM

Para la elaboración del link budget GSM lo primero que se debe calcular es lo

referente al transmisor de la estación base, esto se ve reflejado en la EiRP (Effective

Isotropic Radiated Power) de las antenas involucradas en el sistema DAS, para este caso

se toma como ejemplo la antena número 3 de la estación de la Línea 2 del metro, el

feeder loss de esta antena se obtiene de la tabla 3.14.

62

En segundo lugar se debe obtener los datos referentes al receptor del terminal móvil,

como por ejemplo la ganancia de la antena del terminal móvil, cabe resaltar que esta

ganancia puede ser negativa, para este caso se toma la ganancia típica de un móvil que

es de 0 dBi (8).

La figura de ruido del terminal móvil es otro parámetro que se debe tomar en cuenta,

los amplificadores electrónicos dentro un receptor generan ruido, la potencia relativa de

este ruido es definida como la figura de ruido (Noise figure NF).

Dicha figura de ruido junto con el piso de ruido térmico definen la referencia para el

piso de ruido de la estación móvil. Un valor típico para la figura de ruido en un terminal

GSM es de 8 dB (9).

El ruido térmico es conocido también como el ruido blanco, dicho ruido tiene su

potencia distribuida equitativamente a través de todo el espectro de radio frecuencia.

Para calcular la potencia de ruido de una frecuencia dada, se necesita establecer una

base de ruido, esto es el ruido a un ancho de banda de 1 Hz.

Conociendo este nivel se puede fácilmente multiplicar la potencia del ruido a 1 Hz

por el ancho de banda en Hz. Así el ruido térmico está definido por:

Donde P es la potencia de ruido térmico en dBW, K es la constante de Boltzmann

igual a 1.38 x 10-23 (J/K), T es la temperatura en grados Kelvin (K) y B el ancho de

banda en Hz.

Ahora calculo la potencia de ruido térmico para un 1Hz a una temperatura ambiente

de 17°C (290K):

Pasando dicho resultado a dBm:

_____________________________

(8) Dato obtenido del libro Indoor Radio Planning – A Practical Guide for GSM, DCS, UMTS & HSPA - Cap8,

página 271.


página 271.

63

Para el caso de esta red GSM el ancho de banda es 200 KHz, finalmente nuestra

potencia de ruido térmico es:

Finalmente el piso de ruido para el sistema GSM es:

La interferencia (i/f) es otro factor a tomar en cuenta dentro del link budget, esta

interferencia se produce porque siempre hay mas estaciones base celulares

transmitiendo en la misma portadora, esta interferencia aumenta el piso de ruido,

incrementando asi la potencia de señal requerida para cumplir con el SNR (Signal to

noise rate).

Es siempre recomendable realizar un medición de señal previa a la instalación del

sistema DAS, para saber cuál es la interferencia producida por las señales outdoor en

nuestro sitio indoor y saber así en que lugares será necesaria más potencia para dominar

frente a las señales outdoor.

En este caso se trata de una estación subterránea de la Línea 2 del metro de Lima,

por lo que la presencia de señales outdoor es mínima, casi nula, por lo que se toma el

valor de -110dBm, que un valor típico mínimo obtenido en pruebas de walk test en

lugares sin cobertura.

La relación señal ruido (SNR) requerida es un factor importantísimo, ya que

mediante el se puede saber cuál es el nivel de señal mínimo necesario para que un

servicio cualesquiera pueda funcionar con normalidad en el sistema GSM.

En otras palabras para un servicio específico se necesita una calidad mínima de

radio enlace en términos de SNR, esto es una definición de cuan fuerte debe ser el nivel

de señal recibido sobre el piso de ruido para que cierto servicio pueda trabajar con

normalidad.

Para el caso de voz en GSM el SNR requerido es de 9 dB (10), por lo que el mínimo

nivel de recepción requerido, también llamado sensibilidad del receptor, para este servicio

es:

_____________________________


página 273.

64

((

) (

))

(

)

Por último se debe considerar las pérdidas referentes al canal de radio frecuencia,

entre estas se tiene la pérdida por desvanecimiento debido a las reflexiones y

refracciones de la señal RF (multipath fading) y la pérdida de desvanecimiento por los

obstáculos (shadow fading), en sitios indoor estas pérdidas son aproximadamente 6 dB y

10 dB respectivamente (11).

También se tiene la pérdida que genera el usuario al ubicarse entre la estación base

y el móvil, esta pérdida es conocida como body loss y su valor aproximado es de 3 dB (12).

La pérdida total por margen de desvanecimiento es:

Considerando las pérdidas totales por margen de desvanecimiento, el nivel de

recepción mínimo necesario para el servicio de voz es:

Para calcular el radio de cobertura celular aproximado de la antena se puede utilizar

la siguiente fórmula:

Donde MAPL es la máxima pérdida del enlace que se puede calcular de la siguiente

manera:

____________________________


página 271.


página 271.

65

Reemplazando con los valores ya obtenidos se tiene:

El PLS (Path loss slopes) es un modelo empírico utilizado para calcular pérdidas de

acuerdo al ambiente en el que el usuario se encuentra y la frecuencia que utiliza el

sistema. En la tabla 3.20 se muestra los valores de la constante PLS.

Tabla 3.20 Constantes PLS para diferentes ambientes


– Pag 282

Se asume un valor de PLS de 32 dB, valor típico de un aeropuerto como se muestra

en la tabla 3.20, debido a que el número de personas que alberga una estación de la

Línea 2 del metro, se parece en mucho al de un aeropuerto.

Cabe resaltar que estos son valores empíricos, por lo que el diseñador puede tomar

cualquier valor según su criterio.

La constante PL1m se obtiene de la pérdida de espacio libre a una distancia de 1m

de la antena.

En donde F es la frecuencia (MHz) y D la distancia (Km).

66

Finalmente se tiene que el radio de cobertura de la antena es:

En la tabla 3.21 se muestra en link budget DL en el sistema GSM.

Tabla 3.21 Link Budget DL GSM 1900 MHz

Elaboración propia

BS Power 40 dBm

Feeder loss 17.8 dB

DAS Antenna gain 10 dB

EiRP 32.2 dBm

MS noise figure 8 dB

Thermal noise level -121 dBm

MS Noise floor -113 dBm

Interference -110 dBm

MS Antenna gain 0 dB

SNR 9 dB

MS sensitivity -99.24 dBm

Shadow fading 10 dB

Multipath fading 6 dB

Body loss 3 dB

Total fading margin 19 dB

MS Rx Min -80.24 dBm

MAPL 112.44 dB

PLS 32 dB

PL1m 38 dB

Coverage radius 211.89 m

Mobile Station Receiver

RF Channel

Link Budget DL GSM

Base Station Transmiter

Para el link budget en el sentido uplink se parte desde el terminal móvil hacia el

receptor de la estación base.

67

Para los cálculos se elige un teléfono móvil GSM de categoría 2, el cual tiene como

potencia máxima de salida 24 dBm (13), para el análisis se considera la ganancia de la

antena 0 dBi y un body loss de 3 dB (14), reemplazando en la fórmula del EiRP se tiene:

Ahora para hallar la figura de ruido del sistema se realiza el siguiente cálculo:

La figura de ruido en una estación base para GSM es típicamente 3 dB (15) y se sabe

que la pérdida del sistema DAS es 17.8 dB según la tabla 3.14, reemplazando se tiene:

Ahora se procede a calcular la sensitividad de la BTS, la cual esta definida por:

Al igual que en link budget dowwlink el PLS para este escenario es 32 dB y la

pérdida por espacio libre a la distancia de 1 metro (PL1m) es:

El nivel mínimo de recepción en la BTS es:

Ahora se calcula es MAPL:

____________________________

(13) Información obtenida de página web de Radio Electronics, http://www.radio-electronics.com


página 276.


página 276.

68

El radio de cobertura de la antena es:

En la tabla 3.22 se muestra en link budget UL en el sistema GSM.

Tabla 3.22 Link Budget UL GSM 1900MHz

Elaboración propia

MS Power 24 dBm

MS Antenna gain 0 dB

Body loss 3 dB

EiRP 21 dBm

BS Noise figure 3 dB

DAS passive loss 17.8 dB

System noise figure 20.8 dB

Thermal noise level -121 dBm

DAS Antenna gain 10 dB

SNR 9 dB

BS sensitivity -101.2 dBm

Shadow fading 10 dB

Multipath fading 6 dB

Total fading margin 16 dB

PLS 32 dB

PL1m 38 dB

BS Rx Min -85.2 dBm

MAPL 106.2 dB


Link Budget UL GSM

Mobile Station Transmiter

DAS receiver

RF Channel

Los cálculos anteriores sirvieron para obtener el máximo radio de cobertura del

teléfono móvil, ahora se plantea hallar la potencia con la que transmite el teléfono móvil a

cierta distancia de la antena.

Se inicia de la fórmula del radio de cobertura:

Además se sabe:

69

Se reemplaza las relaciones anteriores en la fórmula del radio de cobertura y se

obtiene:

Se despeja la potencia del teléfono móvil y se consigue:

Se reemplaza los valores de PLS. BS Rx Min, PL1m, MS antenna gain y Body

loss de la tabla 3.22 y se obtiene:

En la tabla 3.23 se muestra la potencia de transmisión del móvil a diferentes

distancias de la antena.

Tabla 3.23 Potencia de transmisión del télefono celular GSM 1900MHz

Elaboración propia

5 -21.83 0.007

10 -12.20 0.060

20 -2.57 0.553

40 7.06 5.082

80 16.69 46.666

120 22.33 171.002

Distancia a la

antena (metros)

MS Power

(dBm)

MS Power

(mW)

3.6.2 Cálculo del Enlace Radio (Link Budget) para el sistema UMTS

Para el sistema UMTS se necesita calcular el EiRP del canal de tráfico de las

antenas involucradas en el sistema DAS, para este caso se toma como ejemplo la antena

número 3. Para calcular el EiRP del canal de tráfico se debe calcular primero la potencia

de transmisión del canal de tráfico.

70

Donde se considera una carga del 70% de la celda con un número máximo de

usuarios de 48, la potencia total de la unidad de radio es de 20W y el control overhead es

0.15.

De la tabla 3.15 se sabe que la pérdida debido a los elementos pasivos es de

12.93dB y la ganancia de la antena es de 7 dBi; reemplazando en la ecuación siguiente

se obtiene:

Se considera el valor de 7 dB para la figura de ruido en el terminal móvil UMTS (16),

además de lo ya expuesto para el sistema GSM en el sub capítulo 3.6.1, se sabe que la

potencia de ruido térmico para un 1Hz a temperatura ambiente es –174 dBm/Hz.

Para el caso de una red UMTS el ancho de banda es 3.84 MHz, con lo que la


Finalmente el piso de ruido para el sistema UMTS es:

Para UMTS cada servicio necesita un Eb/No (Energy per bit/Noise) específico, este

valor varía de acuerdo al tipo de servicio y si el cáculo del link budget se hace en el

enlace de subida o de bajada.

La tabla 3.24 muestra los valores de Eb/No.

____________________________


página 271.

71

Tabla 3.24 Valores típicos de Eb/No

Elaboración propia, basada en la página 29 de la publicación Cellular Network Planning and Optimization Part

VIII WCDMA link budget, del profesor Jyri Hämäläinen del Universidad de Helsinki

Servicio (Kbps) UL DL

Voz 12.2 4 - 5 7 - 8

Datos 64 2 - 3 5 - 6

Datos 128 2 - 3 5 - 6

Datos 384 2 - 3 5 - 7

Eb/No (dB)

Además se debe considerar la ganancia de procesamiento del servicio de radio.

(

)

Se conoce que el chip rate en UMTS es de 3.84 Mbps; el servicio de voz en UMTS,

que es el caso que se analiza, tiene una tasa de 12.2 Kbps.

(

)

Ahora se procede a calcular el nivel de señal requerido (MS Rx Min) el cual esta

definido por:

⁄

Donde:

Se considera un Eb/No de 7 dB, se reemplaza el valor del interfernce margin y los

otros valores ya conocidos en la ecuación del MS Rx Min y se obtiene:

Ahora se procede a calcular el MAPL:

72

Se conoce los valores del EiRP, MS Rx Min, shadow fading y multipath fading, para

la ganacia del teléfono móvil se considera 0 dB (17) y para la ganacia del soft handover

3dB (18).

Se reemplazan los valores y se obtiene:

Para calcular el radio de cobertura de la antena se emplea la siguiente fórmula:

La frecuencia para UMTS es 850 MHz, de la tabla 3.20 se obtiene que el nuevo

valor para la constante PLS es 35 dB. Ahora se procede a calcular el valor de la

constante PL1m:

Finalmente el radio de cobertura para dar servicio de voz (12.2 Kpbs) es:

Ahora se procede a calcular el radio de cobertura para los servicios de datos de

64 Kbps, 128 Kbps y 384 Kbps.

Solo cambian dos variables para hallar el radio de cobertura, una de ellas es el

Eb/No, que para servicios de datos se considera 5 dB; la otra es el processing gain, la

cual se procede a calcular.

(

)

(

)

(

)

____________________________


página 271.


página 274.

73

Se realiza el mismo procedimiento que para el servicio de voz y se obtiene:

En la tabla 3.25 se muestra el link budget para el servicio de voz.

Tabla 3.25 Link Budget DL UMTS 850 MHz

Elaboración propia

Cell Load 0.7

Max Number of users 48

Total transmitter power 20 W

BS power TCH 0.506 W

27.04 dBm

DAS antenna gain 7 dBi

DAS feeder loss 12.93 dB

Transmitter EIRP 21.11 dBm

MS antenna gain 0 dBi

Thermal noise density -174 dBm/Hz

Receiver noise figure 7 dB

Noise Floor -101.16 dBm

Processing gain 24.98 dB

Required Eb/No 7 dB

Interference margin 5.23 dB

Required signal power (Rx Min) -113.91 dBm

Body loss 3 dB

Multipath fading margin 6 dB

Soft handover gain 3 dB

Shadow Fading Margin 10 dB

Max Allowed propagation loss 119.02 dB


Link Budget DL UMTS

Transmitter characteristics

Receiver characteristics and margins

En la tabla 3.26 se muestra el radio de cobertura celular dependiendo del bit rate

del servicio.

74

Tabla 3.26 Radio de cobertura celular DL UMTS 850 MHz

Elaboración propia

Tipo de

Servicio

Bit rate

(Kbps)

Radio de

Cobertura

(metros)

Voz 12.2 327.21

Datos 64 232.43

Datos 128 190.67

Datos 384 139.31

Para el link budget en el sentido uplink se parte desde el terminal móvil hacia el

receptor de la estación base. Se considera un terminal de clase 4, el cual posee como

potencia máxima de transmisión 21 dBm (19).

Para el análisis se considera la ganancia de la antena 0 dB (20) y una pérdida por

body loss de 3 dB (21), reemplazando en la fórmula del EiRP se tiene:

Se considera el valor de 4 dB para la figura de ruido de la estación base UMTS (22),

además de lo ya expuesto para el sistema GSM en el sub capítulo 3.6.1, se sabe que la

potencia de ruido térmico para un 1Hz a temperatura ambiente es –174 dBm/Hz.

Para el caso de una red UMTS el ancho de banda es 3.84 MHz, con lo que la


____________________________

(19) Dato obtenido de la publicación de la ETSI: Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) User

Equipment (UE) radio transmission and reception (FDD) (3GPP TS 25.101 version 6.19.0 Release 6) del año

2009 – Pag 16.


página 271.


página 271.


página 276.

75

Finalmente el piso de ruido para el sistema UMTS es:

Para UMTS cada servicio necesita un Eb/No (Energy per bit/Noise) específico, este

valor varía de acuerdo al tipo de servicio y si el cáculo del link budget se hace en el

enlace de subida o de bajada.

Para los cálculos del link budget en el enlace de subida se considera el valor de 5 dB

para el Eb/No en un servicio de voz y 3 dB para un servicio de datos. Estas

consideraciones se hacen en base a la tabla 3.24.

Ahora se calcula es proceesing gain.

(

)

Se conoce que el chip rate en UMTS es de 3.84 Mbps. El servicio de voz en UMTS,

que es el caso que se analiza, tiene una tasa de 12.2 Kbps.

(

)

Ahora se procede a calcular el nivel de señal requerido (BS Rx Min) el cual esta

definido por:

⁄

Donde:

Se reemplaza el valor del interfernce margin y los otros valores ya conocidos en la

ecuación del BS Rx Min y se obtiene:

Ahora se procede a calcular el MAPL:

76

Se conoce los valores del EiRP, BS Rx Min, shadow fading y multipath fading, para

la ganacia del teléfono móvil se considera 0 dB (23) y para la ganacia del soft handover

3dB (24).

Reemplazando se obtiene:

Para calcular el radio de cobertura de la antena se emplea la siguiente fórmula:

La frecuencia para UMTS es 850 MHz, de la tabla 3.20 se obtiene que el nuevo

valor para la constante PLS es 35 dB. Ahora se procede a calcular el valor de la

constante PL1m:

Finalmente el radio de cobertura para dar servicio de voz (12.2 Kpbs) es:

Ahora se procede a calcular el radio de cobertura para lo servicios de datos de 64

Kbps, 128 Kbps y 384 Kbps. Solo cambian dos variables para hallar el radio de cobertura,

una de ellas es el Eb/No, que para los servicios de datos es 3 dB; la otra es el processing

gain, el cual se procede a calcular.

(

)

(

)

(

)

____________________________


página 271.


página 274.

77

Se realiza el mismo procedimiento que para el servicio de voz y se obtiene:

En la tabla 3.27 se muestra el link budget uplink en UMTS para un servicio de voz.

Tabla 3.27 Link Budget UL UMTS 850 MHz

Elaboración propia

Cell Load 0.7

Max Number of users 1

Total transmitter power 0.125 W

MS power TCH 0.125 W

21 dBm

MS antenna gain 0 dBi

Body loss 3 dB

Transmitter EIRP 18 dBm

DAS antenna gain 7 dBi

Thermal noise density -174 dBm/Hz

BS noise figure 4 dB

Noise Floor -104.16 dBm

Processing gain 24.98 dB

Required Eb/No 5 dB

Interference margin 5.23 dB

Required signal power (Rx Min) -118.91 dBm

DAS feeder loss 12.93 dB

Multipath fading margin 6 dB

Soft handover gain 3 dB

Shadow Fading Margin 10 dB

Max Allowed propagation loss 117.98 dB


Link Budget UL UMTS

Transmitter characteristics

Receiver characteristics and margins

Los cálculos anteriores sirvieron para obtener el máximo radio de cobertura del

teléfono móvil, ahora se plantea hallar la potencia con la que transmite el teléfono móvil a

cierta distancia de la antena para los servicios de voz y datos.

Se inicia de la fórmula del radio de cobertura:

78

Además se sabe:

Se reemplaza las ecuaciones anteriores en la fórmula del radio de cobertura y se

despeja el valor de MS power para obtener:

Ahora se reemplaza la fórmula del BS Rx Min en la ecuación anterior.

⁄

⁄

Se sabe que los valores de PLS y PL1m son 35 dB y 31 dB respectivamente, el

resto de valores se muestran en la tabla 3.27.

Se reemplazan los valores y se obtiene:

Con la fórmla de MS Power obtenida, se elaborra la tabla 3.28, aquella que

muestra la potencia con la que el teléfono móvil transmite a diferentes distancias de la

antena y a diferentes tipos de servicios.

79

Tabla 3.28 Potencias del teléfono móvil UMTS 850 MHz

Elaboración propia

Distancia a

la antena

(metros)

dBm mW dBm mW dBm mW dBm mW

5 -41.52 0.00007 -36.32 0.000 -33.31 0.000 -28.54 0.00

10 -30.98 0.00080 -25.78 0.003 -22.77 0.005 -18.00 0.02

20 -20.44 0.00903 -15.24 0.030 -12.23 0.060 -7.46 0.18

40 -9.91 0.10214 -4.71 0.338 -1.70 0.676 3.07 2.03

60 -3.74 0.42221 1.46 1.398 4.47 2.796 9.24 8.39

80 0.63 1.15562 5.83 3.827 8.84 7.653 13.61 22.95

120 6.79 4.77677 11.99 15.817 15.00 31.633 19.77 94.87

Voz 12.2 Kbps Datos 64 Kbps Datos 128 Kbps Datos 384 Kbps

MS Power

3.7 Topología de la Red de Telefonía Móvil para la Línea 2 del metro de Lima

De acuerdo al análisis de capacidad y cobertura realizado se tiene que para todas

las estaciones se van a implementar 2 RRU2G y 2 RRU3G, para el tema de los túneles,

el número de RRUs varía de acuerdo a lo longitud del túnel, además por un tema de

seguridad ante un siniestro, a todos los túneles se le asigna una red paralela de la mitad

de capacidad de tráfico celular que será activada siempre y cuando ocurra un accidente.

Se ha dividido las 27 estaciones y 26 túneles del metro en 9 nodos centrales, en

dichos nodos se encuentran todas las BBU, las cuales brindan señal a las RRU a través

de fibra óptica monomodo. Se usa fibra óptica monomodo debido a las distancias

considerables que se tienen entre estaciones, las cuáles varían entre los 600 y 1200

metros.

En la tabla 3.29 se muestra la máxima distancia soportada por las fibras ópticas

multimodo y monomodo.

Tabla 3.29 Distancia máxima entre BBU y RRU


Fibra óptica Distancia máxima entre BBU y RRU

Multimodo 450 metros

Monomodo 40000 metros

80

Las BBU son agregadas a la red de datos del operador a través de un switch de

capa 3, el cual se interconecta a través de fibra óptica monomodo a los diferentes nodos

concentradores de datos del operador.

Por un tema de protección, de los 9 nodos centrales se agrupan en grupos de 3, con

el fin de tener una redundancia en anillo.

A continuación la tabla 3.30 muestra como se agrupan los nodos centrales.

Tabla 3.30 Anillos de Protección

Elaboración propia

Anillo Nodos Centrales

Buenos Aires

Carmen de la Legua

Elio

Parque Murillo

Manco Cápac

Nicolás Ayllón

Evitamiento

La Cultura

Prolongación Javier Prado

Lima Oeste

Lima Centro

Lima Este

A continuación se muestra las figuras 3.19, 3.20, 3.21, 3.22, 3.23, 3.24, 3.25, 3.26,

3.27 y 3.28 que detallan la topología de la red y de los nodos concentradores.

81

Figura 3.19 Topología de red del Anillo Lima Oeste de la Línea 2 del metro de Lima

Elaboración propia

82

Figura 3.20 Topología del Nodo Buenos Aires de la Línea 2 del metro de Lima

Elaboración propia

83

Figura 3.21 Topología del Nodo Carmen de la Legua de la Línea 2 del metro de Lima

Elaboración propia

84

Figura 3.22 Topología del Nodo Elio de la Línea 2 del metro de Lima

Elaboración propia

85

Figura 3.23 Topología del Nodo Parque Murillo de la Línea 2 del metro de Lima

Elaboración propia

86

Figura 3.24 Topología del Nodo Manco Cápac de la Línea 2 del metro de Lima

Elaboración propia

87

Figura 3.25 Topología del Nodo Nicolás Ayllón de la Línea 2 del metro de Lima

Elaboración propia

88

Figura 3.26 Topología del Nodo Evitamiento de la Línea 2 del metro de Lima

Elaboración propia

89

Figura 3.27 Topología del Nodo La Cultura de la Línea 2 del metro de Lima

Elaboración propia

90

Figura 3.28 Topología del nodo Prolongación Javier Prado de la Línea 2 del metro de Lima

Elaboración propia

91

Como se explica anteriormente, para interconectar las BBU 2G y 3G con sus

respectivas RRU se usa fibra óptica monomodo, por tal motivo se utiliza un cable de 96

hilos que se distribuye a través de toda la Línea 2 del metro de Lima.

Para conectar la fibra óptica con las RRU se hace uso de ODF, el que se usa para

mantener el orden de los empalmes de fibras.

A continuación se muestra los diagramas de conexión con fibra óptica para los nodos

concentradores, junto con unas tablas que explican con más detalle las conexiones.

En la figura 3.29 y tabla 3.31 se muestra el esquema de fibra óptica para el Nodo

Buenos Aires.


Carmen de la Legua.


Elio.


Parque Murillo.


manco Cápac.


Nicolás Ayllón.


Evitamiento.

En la figura 3.36 y tabla 3.38 se muestra el esquema de fibra óptica para el Nodo La

Cultura.


Prolongación Javier Prado.

92

Figura 3.29 Esquema de fibra óptica – Nodo Buenos Aires

Elaboración propia

93

Figura 3.30 Esquema de fibra óptica – Nodo Carmen de la Legua

Elaboración propia

94

Figura 3.31 Esquema de fibra óptica – Nodo Elio

Elaboración propia

95

Figura 3.32 Esquema de fibra óptica – Nodo Parque Murillo

Elaboración propia

96

Figura 3.33 Esquema de fibra óptica –Nodo Manco Cápac

Elaboración propia

97

Figura 3.34 Esquema de fibra óptica – Nodo Nicolás Ayllón

Elaboración propia

98

Figura 3.35 Esquema de fibra óptica – Nodo Evitamiento

Elaboración propia

99

Figura 3.36 Esquema de fibra óptica – Nodo La Cultura

Elaboración propia

100

Figura 3.37 Esquema de fibra óptica – Nodo Prolongación Javier Prado

Elaboración propia

101

Tabla 3.31 Conexiones de los hilos de fibra óptica – Nodo Buenos Aires

Elaboración propia

Nodo Par de fibra RRU Modo Sentido oeste Sentido este

1 2G Activo Estación Puente del Callao Túnel Buenos Aires - Juan Pablo II


3 2G Activo Túnel Puente del Callao - Buenos Aires Túnel Buenos Aires - Juan Pablo II


5 2G Activo Túnel Puente del Callao - Buenos Aires Estación Juan Pablo II


7 2G Activo Estación Buenos Aires Túnel Juan Pablo II - Insurgentes










17 2G/3G Respaldo Túnel Puente del Callao - Buenos Aires Túnel Buenos Aires - Juan Pablo II




21 2G/3G Respaldo - Túnel Juan Pablo II - Insurgentes

22 2G/3G Respaldo - Túnel Juan Pablo II - Insurgentes

23 - - - Switch Nodo Carmen de La Legua

24 - - - Switch Nodo Elio

Buenos Aires

Tabla 3.32 Conexiones de los hilos de fibra óptica – Nodo Carmen de la Legua

Elaboración propia


1 2G Activo Estación Insurgentes Túnel Carmen de la Legua - Oscar Benavides


3 2G Activo Túnel Insurgentes - Carmen de la Legua Estación Oscar Benavides


5 2G Activo Estación Carmen de la Legua Túnel Oscar Benavides - San Marcos








13 2G/3G Respaldo Túnel Insurgentes - Carmen de la Legua Túnel Carmen de la Legua - Oscar Benavides

14 2G/3G Respaldo Túnel Insurgentes - Carmen de la Legua Túnel Carmen de la Legua - Oscar Benavides

15 2G/3G Respaldo - Túnel Oscar Benavides - San Marcos

16 2G/3G Respaldo - Túnel Oscar Benavides - San Marcos

17 - - Switch Nodo Buenos Aires Switch Nodo Elio

18

19

20

21

22

23

24

Carmen de

la Legua

102

Tabla 3.33 Conexiones de los hilos de fibra óptica – Nodo Elio

Elaboración propia


1 2G Activo Estación San Marcos Túnel Helio - La Alborada


3 2G Activo Túnel San Marcos - Elio Túnel Helio - La Alborada

4 2G Activo Túnel San Marcos - Elio Estación La Alborada

5 2G Activo Estación Helio Estación La Alborada

6 2G Activo Estación Helio -



9 3G Activo Túnel San Marcos - Elio Túnel Helio - La Alborada

10 3G Activo Túnel San Marcos - Elio Estación La Alborada

11 3G Activo Estación Helio Estación La Alborada

12 3G Activo Estación Helio -

13 2G/3G Respaldo Túnel San Marcos - Elio Túnel Helio - La Alborada

14 2G/3G Respaldo Túnel San Marcos - Elio Túnel Helio - La Alborada

15 2G/3G Respaldo - Túnel Helio - La Alborada

16 - - Switch Nodo Buenos Aires -

17 - - Switch Nodo Carmen de la Legua -

18

19

20

21

22

23

24

Elio

Tabla 3.34 Conexiones de los hilos de fibra óptica – Nodo Parque Murillo

Elaboración propia


1 2G Activo Túnel La Alborada - Tingo María Estación Parque Murillo


3 2G Activo Estación Tingo María Túnel Parque Murillo - Plaza Bolognesi


5 2G Activo Túnel Tingo María - Parque Murillo Estación Plaza Bolognesi








13 2G/3G Respaldo Túnel La Alborada - Tingo María Túnel Parque Murillo - Plaza Bolognesi

14 2G/3G Respaldo Túnel La Alborada - Tingo María Túnel Parque Murillo - Plaza Bolognesi

15 2G/3G Respaldo Túnel Tingo María - Parque Murillo -

16 2G/3G Respaldo Túnel Tingo María - Parque Murillo -

17 - - - Switch Nodo Plaza Manco Cápac

18 - - - Switch Nodo Nicolás Ayllón

19

20

21

22

23

24

Parque

Murillo

103

Tabla 3.35 Conexiones de los hilos de fibra óptica – Nodo Plaza Manco Cápac

Elaboración propia


1 2G Activo Túnel Plaza Bolognesi - Estación Central Estación Plaza Manco Cápac


3 2G Activo Estación Central Túnel Plaza Manco Cápac - Cangallo


5 2G Activo Túnel Estación Central - Plaza Manco Cápac Estación Cangallo








13 2G/3G Respaldo Túnel Plaza Bolognesi - Estación Central Túnel Plaza Manco Cápac - Cangallo

14 2G/3G Respaldo Túnel Plaza Bolognesi - Estación Central Túnel Plaza Manco Cápac - Cangallo

15 2G/3G Respaldo Túnel Estación Central - Plaza Manco Cápac -

16 2G/3G Respaldo Túnel Estación Central - Plaza Manco Cápac -

17 - - Switch Nodo Parque Murillo Switch Nodo Nicolás Ayllón

18

19

20

21

22

23

24

Plaza Manco

Cápac

Tabla 3.36 Conexiones de los hilos de fibra óptica – Nodo Nicolás Ayllón

Elaboración propia


1 2G Activo Túnel Cangallo - 28 de Julio Túnel Nicolás Ayllón - Circunvalación


3 2G Activo Estación 28 de Julio Estación Circunvalación


5 2G Activo Túnel 28 de Julio - Nicolás Ayllón Túnel Circunvalación - Nicolás Ayllón


7 2G Activo Estación Nicolás Ayllón Túnel Circunvalación - Nicolás Ayllón

8 2G Activo Estación Nicolás Ayllón -







15 3G Activo Estación Nicolás Ayllón Túnel Circunvalación - Nicolás Ayllón

16 3G Activo Estación Nicolás Ayllón -

17 2G/3G Respaldo Túnel Cangallo - 28 de Julio Túnel Nicolás Ayllón - Circunvalación

18 2G/3G Respaldo Túnel Cangallo - 28 de Julio Túnel Nicolás Ayllón - Circunvalación

19 2G/3G Respaldo Túnel 28 de Julio - Nicolás Ayllón Túnel Circunvalación - Nicolás Ayllón

20 2G/3G Respaldo Túnel 28 de Julio - Nicolás Ayllón Túnel Circunvalación - Nicolás Ayllón

21 2G/3G Respaldo Túnel Tingo María - Parque Murillo Túnel Circunvalación - Nicolás Ayllón

22 - - Switch Nodo Parque Murillo -

23 - - Switch Nodo Plaza Manco Cápac -

24

Nicolás

Ayllón

104

Tabla 3.37 Conexiones de los hilos de fibra óptica – Nodo Evitamiento

Elaboración propia


1 2G Activo Estación Nicolás Arriola Túnel Evitamiento - Óvalo Santa Anita


3 2G Activo Túnel Nicolás Arriola - Evitamiento Estación Óvalo Santa Anita


5 2G Activo Túnel Nicolás Arriola - Evitamiento Túnel Óvalo Santa Anita - Colectora Industrial


7 2G Activo Estación Evitamiento -










17 2G/3G Respaldo Túnel Nicolás Arriola - Evitamiento Túnel Evitamiento - Óvalo Santa Anita

18 2G/3G Respaldo Túnel Nicolás Arriola - Evitamiento Túnel Evitamiento - Óvalo Santa Anita

19 2G/3G Respaldo Túnel Nicolás Arriola - Evitamiento Túnel Óvalo Santa Anita - Colectora Industrial

20 2G/3G Respaldo Túnel Nicolás Arriola - Evitamiento Túnel Óvalo Santa Anita - Colectora Industrial

21 - - - Switch Nodo La Cultura

22 - - - Siwtch Nodo Prolongación Javier Prado

23

24

Evitamiento

Tabla 3.38 Conexiones de los hilos de fibra óptica – Nodo La Cultura

Elaboración propia


1 2G Activo Estación Colectora Industrial Túnel La Cultura - Santa Anita


3 2G Activo Túnel Colectora Industrial - La Cultura Túnel La Cultura - Santa Anita

4 2G Activo Túnel Colectora Industrial - La Cultura Estación Mercado Santa Anita

5 2G Activo Estación La Cultura Estación Mercado Santa Anita

6 2G Activo Estación La Cultura Túnel Mercado Santa Anita - Vista Alegre

7 2G Activo - Túnel Mercado Santa Anita - Vista Alegre




11 3G Activo Túnel Colectora Industrial - La Cultura Túnel La Cultura - Santa Anita

12 3G Activo Túnel Colectora Industrial - La Cultura Estación Mercado Santa Anita

13 3G Activo Estación La Cultura Estación Mercado Santa Anita

14 3G Activo Estación La Cultura Túnel Mercado Santa Anita - Vista Alegre



17 2G/3G Respaldo Túnel Colectora Industrial - La Cultura Túnel La Cultura - Santa Anita

18 2G/3G Respaldo Túnel Colectora Industrial - La Cultura Túnel La Cultura - Santa Anita

19 2G/3G Respaldo - Túnel La Cultura - Santa Anita

20 2G/3G Respaldo - Túnel Mercado Santa Anita - Vista Alegre



23 - - Switch Nodo Evitamiento Switch Nodo Prolongación Javier Prado

24

La Cultura

105

Tabla 3.39 Conexiones de los hilos de fibra óptica – Nodo Prolongación Javier Prado

Elaboración propia


1 2G Activo Estación Vista Alegre Túnel Prolongación Jv Prado - Municipalidad Ate


3 2G Activo Túnel Vista Alegre - Prolongación Javier Prado Túnel Prolongación Jv Prado - Municipalidad Ate

4 2G Activo Túnel Vista Alegre - Prolongación Javier Prado Estación Municipalidad de Ate

5 2G Activo Estación Prolongación Javier Prado Estación Municipalidad de Ate

6 2G Activo Estación Prolongación Javier Prado -



9 3G Activo Túnel Vista Alegre - Prolongación Javier Prado Túnel Prolongación Jv Prado - Municipalidad Ate

10 3G Activo Túnel Vista Alegre - Prolongación Javier Prado Estación Municipalidad de Ate

11 3G Activo Estación Prolongación Javier Prado Estación Municipalidad de Ate

12 3G Activo Estación Prolongación Javier Prado -

13 2G/3G Respaldo Túnel Vista Alegre - Prolongación Javier Prado Túnel Prolongación Jv Prado - Municipalidad Ate

14 2G/3G Respaldo Túnel Vista Alegre - Prolongación Javier Prado Túnel Prolongación Jv Prado - Municipalidad Ate

15 2G/3G Respaldo - Túnel Prolongación Jv Prado - Municipalidad Ate

16 - - Switch Nodo Evitamiento -

17 - - Switch Nodo La Cultura -

18

19

20

21

22

23

24

Prolongación

Javier Prado

CAPÍTULO IV

COSTOS Y TIEMPOS DE EJECUCIÓN

En este capítulo se realiza el análisis económico de la red de telefonía móvil a

implementar, se detalla los costos referenciales del equipamiento a utilizar, los costos del

cableado coaxial y los elementos pasivos del sistema de antenas distribuidas, los costos

involucrados en el tendido de fibra óptica y los gastos relacionados con la operación y

mantenimiento de la red del sistema indoor.

4.1 Costos de inversión de la Red de Telefonía Móvil

Los costos de inversión se ha dividido en dos partes, la primera corresponde a los

costos relacionados al equipamiento a utilizar, los que se muestran en la tabla 4.1 y en la

segunda parte se muestra los costos de las actividades relacionadas a la

implementación, los que se muestran en la tabla 4.2.

Tabla 4.1 Costos por concepto de equipamiento

Elaboración propia

Item Tipo Descripción Cantidad Unidad Costo Total

1 BTS BBU3900, soporta los sistemas GSM y UMTS 57 Unit $30000 $1710000

2 BTS RRU3908, soporta los sistemas GSM y UMTS 297 Unit $5000 $1485000

3 Rectificador Rectificador + 8 bancos de baterías 9 Unit $8500 $76500

4 Rectificador Rectificador 89 Unit $2000 $178000

5 SwitchCisco ME 3600X 24FS - conmutador - 24

puertos9 Unit $8500 $76500

7 Dispador Cisco 1000Base-EX SFP Module 36 Unit $1250 $45000

8 Fibra óptica 96FSM, fibra óptica monomodo de 96 hilos 27000 m $3.8 $102600

9 ODF ODF para 24 hilos de fibra óptica 100 Unit $85 $8500

10 Jumper Jumper de fibra óptica monomodo 700 Unit $5 $3500

11 AntennaIndoor Omnidirectional Antenna for CDMA,

GSM, DCS, PCS, 3G, LTE - 698-960 MHz / 81 Unit $29.92 $2423.52

12 Antenna

Indoor Panel Antenna for CDMA, GSM, DCS,

PCS, 3G and LTE - 806-960 MHz / 1710-2500

MHz / 2500-2700 MHz

162 Unit $45.71 $7405.02

13 CableRADIAFLEX - Radiating Cable 7/8" - A-Series -

Ultra Wideband48000 Unit $6.80 $326400.00

Costos del equipamiento

107

Item Tipo Descripción Cantidad Unidad Costo Total

14 CableSCF12-50 CELLFLEX - 1/2" Coaxial Cable -

Superflexible Foam Dielectric6700 m $2.41 $16147.00

15 CargaN-TER-25 Termination - 10 Watt - N-Type

male52 Unit $30.00 $1560.00

16 Connector N Male Connector for LCF-12-50 Cable 252 Unit $5.87 $1479.24

17 ConnectorN Male Connector Straight for SCF12-50

Cable1030 Unit $13.56 $13966.80

18 Connector716 Male Connector Straight for SCF12-50

Cable297 Unit $11.45 $3400.65

19 Filter

Diplexer, allows combination and

separation of ths signals in 800-960MHz

and the 1710-2170 MHz wireless bands.

27 Unit $310.80 $8391.60

20 Splitter

2-way Low Loss - Reactive Power Divider -

Wideband 698-2700 MHz - Type N

Connectors

27 Unit $39.89 $1077.03

21 Tap SplitterDirectional Coupler, 6 dB Tapper, 800-2700

MHz, Type N Female Connectors108 Unit $41.34 $4464.72

22 Tap SplitterDirectional Coupler, 8 dB Tapper, 800-2700

MHz, Type N Female Connectors27 Unit $43.35 $1170.45

23 Tap SplitterDirectional Coupler - 10 dB Tapper - 800-

2700 MHz, Type N Connectors27 Unit $43.35 $1170.45

24 Tap SplitterDirectional Coupler - 20 dB Tapper - 800-

2700 MHz, Type N Connectors27 Unit $43.35 $1170.45

$4074656

Costos del equipamiento

Presupuesto de materiales

Tabla 4.2 Costos por concepto de actividades para la implementación

Elaboración propia

Item Descripción Cantidad Unidad Costo Total

1 Estudio de campo y medición de cobertura celular 27 Unit S/. 1200 S/. 32400

2 Elaboración del proyecto de ingeniería e informes 27 Unit S/. 4000 S/. 108000

3 Instalación de BBU3900 57 Unit S/. 350 S/. 19950

4 Instalación de RRU3908 297 Unit S/. 450 S/. 133650

5 Comisionamiento e integración de la BTS 57 Unit S/. 520 S/. 29640

6 Instalación de ODF 100 Unit S/. 100 S/. 10000

7Instalación del sistema del rectificador con bancos de

baterías9 Unit S/. 3500 S/. 31500

8 Instalación del sistema del rectificador 89 Unit S/. 1000 S/. 89000

9 Instalación del gabinete de transmisión 9 Unit S/. 2400 S/. 21600

10Instalación de switch + comisionamiento +

disparadores9 Unit S/. 1200 S/. 10800

11 Tendido de fibra óptica subterránea 27000 m S/. 5 S/. 135000

12 Instalación de antena indoor 243 Unit S/. 170 S/. 41310

13 Instalación de la carga 52 Unit S/. 40 S/. 2080

14 Instalación de splitter, tap splitter o fi ltro 243 Unit S/. 70 S/. 17010

15Instalación de cable coaxial SCF12-50 (CELLFLEX - 1/2"

Superflexible Foam)6700 m S/. 8 S/. 53600

Costos de instalación del equipamiento

108

Item Descripción Cantidad Unidad Costo Total

16Instalación de cable coaxial LCF78-50J (CELLFLEX - 7/8"

Low-Loss Foam)48000 m S/. 20 S/. 960000

17 Instalación de conector NM-LCF12 252 Unit S/. 18 S/. 4536

18 Instalación de conector NM-SCF12 1030 Unit S/. 18 S/. 18540

19 Instalación de conector 716M-SCF12 297 Unit S/. 20 S/. 5940

20Medición final de cobertura celular (WT y DT) y

elaboración de informes27 Unit S/. 4000 S/. 108000

S/. 1692156.0 Presupuesto de instalación

Costos de instalación del equipamiento

Se considera el tipo de cambio del dólar al 13 de Marzo 2015, el cual es S/. 3.099.

Por lo que el costo por inversión es de S/. 14,319,515.

4.2 Costos de operación y mantenimiento de la Red de Telefonía Móvil

Toda nueva red necesita personal para la operación y mantenimiento, sin embargo

en este caso, si bien es cierto es una nueva red de telefonía móvil, viéndolo del lado del

operador solo suma 57 nuevos sites al gran número que este posee en la capital, por lo

que no es necesario contratar personal extra para manejar esta red, dado que ya existe

personal asignado para las labores de monitoreo de la red y personal de campo por si es

necesario ir al sitio para solucionar cualquier inconveniente. Los gastos que si hay que

tomar en cuenta son los relacionados al alquiler del espacio para los equipos, la energía y

los mantenimientos correctivos anuales; los cuales se detallan en la tabla 4.3.

Tabla 4.3 Gastos de mantenimiento, alquiler de espacio y energía

Elaboración propia

Actividad CantidadCosto

unitario

Costo

mensual

Costo

mensual

Alquiler del espacio + energía por

nodo concentrador9 S/. 2000 S/. 18000 S/. 216000


RRU en las estaciones54 S/. 200 S/. 10800 S/. 129600


RRU en los túneles243 S/. 100 S/. 24300 S/. 291600

Mantenimiento anual por RRU 297 S/. 800 - S/. 237600

S/. 874800Total

De la tabla 4.3 se observa que el costo de operación y mantenimiento anual de S/.

874,800.

4.3. Tiempo de implementación de la Red de Telefonía Móvil

A continuación, en la figura 4.1 de muestra el cronograma de implementación de la

red de telefonía móvil para la Línea 2 del metro de Lima.

109

Figura 4.1 Cronograma de implementación de la red de telefonía móvil en la Línea 2 del metro de Lima

Elaboración propia

05/01 19/01 02/02 16/02 02/03 16/03 30/03 13/04 27/04 11/05 25/05 08/06 22/06 06/07 20/07 03/08 17/08 31/08

Site Survey

Anteproyecto

Tendido de fibra óptica

Instalación del cable radiante

Instalación del DAS

Instalación e integración de lasredes de acceso y transporte

Pruebas de cobertura

Optimización

Inicio de operación de la red

110

Etapa 1: Site survey

Colaboradores: 6 ingenierios.

Lugar de trabajo: Estaciones y túneles de la Línea 2 del metro de Lima.

Funciones:

- Definir ubicación de antenas, RRUs y BBUs.

- Identificar los puntos de energía para alimentar a las RRUs y BBUs.

- Ver la factibilidad del tendido de fibra óptica y cable coaxial.

- Walk test de cobertura celular en las estaciones.

Fecha inicio: 05/01/2019

Fecha fin: 25/01/2019

Tiempo de ejecución: 21 días

Etapa 2: Anteproyecto

Colaboradores: 6 ingenieros.

Lugar de trabajo: Oficina.

Funciones:

- Elaboración del diseño, anteproyecto de ingeniería y planimetría para las 27

estaciones y 26 túneles de la Línea 2 del metro de Lima.

- El anteproyecto de ingeniería es un documento que contiene toda la información del

diseño: ubicación de las estaciones base y antenas, recorrido del cableado,

predicciones de cobertura, lista de materiales, link budget.

- La planimetría es un documento contiene toda la información para la implementación.


Fecha fin: 08/03/2019


Etapa 3: Tendido de fibra óptica

Colaboradores: 1 ingeniero supervisor + 8 técnicos.


Funciones:

- Realizar el tendito de fibra óptica, 750 metros de tendido de cable por día.

- Instalación de racks de transmisión.

- Instalación de ODFs y fusiones de fibra óptica.


Fecha fin: 29/03/2019


111

Etapa 4: Instalación del cable radiante

Colaboradores: 2 ingenieros + 12 técnicos divididos en dos grupos.

Lugar de trabajo: Túneles de la Línea 2 del metro de Lima.

Funciones:

- Cada grupo debe realizar la instalación de 1Km de cable radiante en un tiempo de 3

días.

- Cada grupo tiene asignado 13 túneles.


Fecha fin: 24/05/2019


Etapa 5: Instalación del DAS

Colaboradores: 3 ingenieros + 12 técnicos divididos en tres grupos.

Lugar de trabajo: Estaciones de la Línea 2 del metro de Lima.

Funciones:

- Instalación de las antenas, splitters, taps, conectores y cables coaxiales.

- Cada grupo debe realizar una estación en 6 días.


Fecha fin: 19/04/2019


Etapa 6: Instalación e integración de las redes de acceso y transporte

Colaboradores: 3 ingenieros + 12 técnicos divididos en tres grupos.


Funciones:

- Energizado de los equipos de telecomunicaciones.

- Instalación, configuración de los switchs.

- Integración de los switchs a la red de datos del operador

- Instalación, configuración de las estaciones base (BBUs + RRUs)

- Conectar el DAS a las RRUs.

- Integración de las estaciones base a la red de telefonía móvil existente del operador.


Fecha fin: 21/06/2019


112

Etapa 7: Pruebas de cobertura

Colaboradores: 3 ingenieros


Funciones:

- Realizar walk test de cobertura celular en las estaciones.

- Realizar drive test de cobertura celular en los túneles.

- Realizar pruebas de llamadas, descarga y subida de datos.

- El tiempo promedio por estación o túnel es de un día.


Fecha fin: 12/07/2019


Etapa 8: Optimización

Colaboradores: 6 ingenieros + 4 técnicos

Lugar de trabajo: Estaciones y túneles de la Línea 2 del metro de Lima, oficina.

- Procesamiento de las pruebas realizadas en la etapa 7.

- Detección de fallas en el sistema radiantes (DAS o cable radiante).

- De haber fallas en la instalación, un ingeniero acompañado de dos técnicos deben

realizar el cableado existente, luego se ingeniero vuelven a realizar las pruebas de

walk test y drive test detalladas en la etapa 7.

- Elaboración de reportes de optimización, estos contienen todos las pruebas de

cobertura, llamadas, descarga y subidad de datos en las estaciones y túneles del

metro.


Fecha fin: 30/08/2019


Trabajando seis días a la semana la puesta en servicio de la red se da en 34

semanas (238 días calendario).

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Conclusiones

1. El uso de un sistema pasivo de antenas distribuidas cumple el objetivo de

proporcionar al 100% una buena cobertura celular en las estaciones de la Línea 2 del

metro de Lima.

2. Los cálculos realizados para dar cobertura celular a los túneles del metro con cable

radiante, permite afirmar que la cobertura celular está garantizada al 100% en todos

los túneles de la Línea 2 del metro de Lima sin importar las curvas que los túneles

presenten.

3. De los cálculos de capacidad de tráfico celular realizados, se puede concluir que el

sistema de telefonía móvil propuesto está preparado para atender la demanda de

tráfico celular requerida; esto es, 2400 personas en los túneles y 3000 personas en

las estaciones de la Línea 2. En GSM una estación soporta hasta 43.32 E, mientras

para un túnel hasta 30.77 E. En UMTS para una estación soporta 80.31 E, mientras

para un túnel hasta 36.11 E.

4. La red de telefonía móvil está preparada para soportar un posible accidente en

cualquier zona de los túneles del metro que pueda ocasionar el corte del cable

radiante, esto debido al sistema de emergencia propuesto con un cable radiante y

unidades de radio redundantes, este sistema paralelo soporta una capacidad de

tráfico de 18.64 E en GSM y 15.3 E en UMTS. Con esto cualquier pasajero o

autoridad del metro está en la facultad de realizar una llamada pidiendo auxilio en

caso de un siniestro.

5. De los resultados obtenidos en la tabla 3.26 se puede concluir que mientras más alto

sea el data rate de un servicio en UMTS, menor es el radio de cobertura que tiene la

estación base para brindar este servicio.

114

6. De los resultados obtenidos en la tabla 3.28 se puede deducir que el terminal móvil

necesita más potencia para transmitir un servicio de mayor data rate en UMTS.

7. Comparando los resultados alcanzados en las tablas 3.23 y 3.28 se puede concluir

que para brindar el servicio de voz, el teléfono móvil GSM transmite a más potencia

que un teléfono móvil UMTS. A 40 metros de la antena el teléfono móvil GSM

transmite a una potencia de 5.082 mW, mientras que un teléfono móvil UMTS

transmite solo a 0.102 mW, la potencia del terminal móvil GSM es 50 veces la

potencia del terminal móvil UMTS.

8. De los resultados logrados en los link Budget GSM y UMTS, se puede concluir que el

radio de cobertura es limitado por el enlace de subida, es decir el radio de cobertura

de la estación base es mayor que la del teléfono móvil.

115

Recomendaciones

1. Se debe reducir el impacto visual de las antenas y elementos pasivos a instalarse, las

antenas deben ser pintadas del color de las paredes de la estación, en el caso de los

splitters y tap splitters se deben colocar en el interior de cajas de paso; para el caso

de los cableados coaxiales, de no haber falso techo, los cables deben ser protegidos

por canaletas y/o tubos corrugados, tanto las canaletas, tubos corrugados y cajas de

paso deben ser pintadas del color de las paredes de la estación.

2. Los ingenieros supervisores y los técnicos encargados de la instalación del sistema

celular, deben usar de manera adecuada sus equipos de protección personal y tener

un plan de seguridad y contingencia ante cualquier accidente que pueda presentarse

durante la instalación.

3. Se debe realizar un mantenimiento anual del sistema pasivo de antenas, además de

pruebas de cobertura con el fin de asegurar el buen funcionamiento de la red ante los

cambios dinámicos que sufre una red de telefonía móvil.

4. Se recomienda activar licencias de HSPA al sistema UMTS, para que así los usuarios

experimenten una mayor velocidad en su servicio de datos.

5. Agregar en un par de años la tecnología LTE.

6. Se recomienda usar elementos pasivos de bajo PIM para evitar problemas de

intermodulación pasiva en la red.

ANEXO A

ERLANG B TRAFFIC TABLE

117

ERLANG B TRAFFIC TABLE

Tabla A.1 Tabla de tráfico Erlang B.

Elaboración propia.

Maximum Offered Load Versus B and N

B is in %

N/B 0.01 0.05 0.1 0.5 1.0 2 5 10 15 20 30 40

1 .0001 .0005 .0010 .0050 .0101 .0204 .0526 .1111 .1765 .2500 .4286 .6667 2 .0142 .0321 .0458 .1054 .1526 .2235 .3813 .5954 .7962 1.000 1.449 2.000 3 .0868 .1517 .1938 .3490 .4555 .6022 .8994 1.271 1.603 1.930 2.633 3.480 4 .2347 .3624 .4393 .7012 .8694 1.092 1.525 2.045 2.501 2.945 3.891 5.021 5 .4520 .6486 .7621 1.132 1.361 1.657 2.219 2.881 3.454 4.010 5.189 6.596 6 .7282 .9957 1.146 1.622 1.909 2.276 2.960 3.758 4.445 5.109 6.514 8.191 7 1.054 1.392 1.579 2.158 2.501 2.935 3.738 4.666 5.461 6.230 7.856 9.800 8 1.422 1.830 2.051 2.730 3.128 3.627 4.543 5.597 6.498 7.369 9.213 11.42 9 1.826 2.302 2.558 3.333 3.783 4.345 5.370 6.546 7.551 8.522 10.58 13.05 10 2.260 2.803 3.092 3.961 4.461 5.084 6.216 7.511 8.616 9.685 11.95 14.68 11 2.722 3.329 3.651 4.610 5.160 5.842 7.076 8.487 9.691 10.86 13.33 16.31 12 3.207 3.878 4.231 5.279 5.876 6.615 7.950 9.474 10.78 12.04 14.72 17.95 13 3.713 4.447 4.831 5.964 6.607 7.402 8.835 10.47 11.87 13.22 16.11 19.60 14 4.239 5.032 5.446 6.663 7.352 8.200 9.730 11.47 12.97 14.41 17.50 21.24 15 4.781 5.634 6.077 7.376 8.108 9.010 10.63 12.48 14.07 15.61 18.90 22.89 16 5.339 6.250 6.722 8.100 8.875 9.828 11.54 13.50 15.18 16.81 20.30 24.54 17 5.911 6.878 7.378 8.834 9.652 10.66 12.46 14.52 16.29 18.01 21.70 26.19 18 6.496 7.519 8.046 9.578 10.44 11.49 13.39 15.55 17.41 19.22 23.10 27.84 19 7.093 8.170 8.724 10.33 11.23 12.33 14.32 16.58 18.53 20.42 24.51 29.50 20 7.701 8.831 9.412 11.09 12.03 13.18 15.25 17.61 19.65 21.64 25.92 31.15 21 8.319 9.501 10.11 11.86 12.84 14.04 16.19 18.65 20.77 22.85 27.33 32.81 22 8.946 10.18 10.81 12.64 13.65 14.90 17.13 19.69 21.90 24.06 28.74 34.46 23 9.583 10.87 11.52 13.42 14.47 15.76 18.08 20.74 23.03 25.28 30.15 36.12 24 10.23 11.56 12.24 14.20 15.30 16.63 19.03 21.78 24.16 26.50 31.56 37.78 25 10.88 12.26 12.97 15.00 16.13 17.51 19.99 22.83 25.30 27.72 32.97 39.44 26 11.54 12.97 13.70 15.80 16.96 18.38 20.94 23.89 26.43 28.94 34.39 41.10 27 12.21 13.69 14.44 16.60 17.80 19.27 21.90 24.94 27.57 30.16 35.80 42.76 28 12.88 14.41 15.18 17.41 18.64 20.15 22.87 26.00 28.71 31.39 37.21 44.41 29 13.56 15.13 15.93 18.22 19.49 21.04 23.83 27.05 29.85 32.61 38.63 46.07 30 14.25 15.86 16.68 19.03 20.34 21.93 24.80 28.11 31.00 33.84 40.05 47.74 31 14.94 16.60 17.44 19.85 21.19 22.83 25.77 29.17 32.14 35.07 41.46 49.40 32 15.63 17.34 18.21 20.68 22.05 23.73 26.75 30.24 33.28 36.30 42.88 51.06 33 16.34 18.09 18.97 21.51 22.91 24.63 27.72 31.30 34.43 37.52 44.30 52.72 34 17.04 18.84 19.74 22.34 23.77 25.53 28.70 32.37 35.58 38.75 45.72 54.38 35 17.75 19.59 20.52 23.17 24.64 26.44 29.68 33.43 36.72 39.99 47.14 56.04 36 18.47 20.35 21.30 24.01 25.51 27.34 30.66 34.50 37.87 41.22 48.56 57.70 37 19.19 21.11 22.08 24.85 26.38 28.25 31.64 35.57 39.02 42.45 49.98 59.37 38 19.91 21.87 22.86 25.69 27.25 29.17 32.62 36.64 40.17 43.68 51.40 61.03 39 20.64 22.64 23.65 26.53 28.13 30.08 33.61 37.72 41.32 44.91 52.82 62.69 40 21.37 23.41 24.44 27.38 29.01 31.00 34.60 38.79 42.48 46.15 54.24 64.35 41 22.11 24.19 25.24 28.23 29.89 31.92 35.58 39.86 43.63 47.38 55.66 66.02 42 22.85 24.97 26.04 29.09 30.77 32.84 36.57 40.94 44.78 48.62 57.08 67.68 43 23.59 25.75 26.84 29.94 31.66 33.76 37.57 42.01 45.94 49.85 58.50 69.34 44 24.33 26.53 27.64 30.80 32.54 34.68 38.56 43.09 47.09 51.09 59.92 71.01 45 25.08 27.32 28.45 31.66 33.43 35.61 39.55 44.17 48.25 52.32 61.35 72.67 46 25.83 28.11 29.26 32.52 34.32 36.53 40.55 45.24 49.40 53.56 62.77 74.33 47 26.59 28.90 30.07 33.38 35.22 37.46 41.54 46.32 50.56 54.80 64.19 76.00 48 27.34 29.70 30.88 34.25 36.11 38.39 42.54 47.40 51.71 56.03 65.61 77.66 49 28.10 30.49 31.69 35.11 37.00 39.32 43.53 48.48 52.87 57.27 67.04 79.32 50 28.87 31.29 32.51 35.98 37.90 40.26 44.53 49.56 54.03 58.51 68.46 80.99 51 29.63 32.09 33.33 36.85 38.80 41.19 45.53 50.64 55.19 59.75 69.88 82.65 52 30.40 32.90 34.15 37.72 39.70 42.12 46.53 51.73 56.35 60.99 71.31 84.32 53 31.17 33.70 34.98 38.60 40.60 43.06 47.53 52.81 57.50 62.22 72.73 85.98 54 31.94 34.51 35.80 39.47 41.51 44.00 48.54 53.89 58.66 63.46 74.15 87.65 55 32.72 35.32 36.63 40.35 42.41 44.94 49.54 54.98 59.82 64.70 75.58 89.31 56 33.49 36.13 37.46 41.23 43.32 45.88 50.54 56.06 60.98 65.94 77.00 90.97 57 34.27 36.95 38.29 42.11 44.22 46.82 51.55 57.14 62.14 67.18 78.43 92.64 58 35.05 37.76 39.12 42.99 45.13 47.76 52.55 58.23 63.31 68.42 79.85 94.30 59 35.84 38.58 39.96 43.87 46.04 48.70 53.56 59.32 64.47 69.66 81.27 95.97 60 36.62 39.40 40.80 44.76 46.95 49.64 54.57 60.40 65.63 70.90 82.70 97.63 61 37.41 40.22 41.63 45.64 47.86 50.59 55.57 61.49 66.79 72.14 84.12 99.30 62 38.20 41.05 42.47 46.53 48.77 51.53 56.58 62.58 67.95 73.38 85.55 101.0 63 38.99 41.87 43.31 47.42 49.69 52.48 57.59 63.66 69.11 74.63 86.97 102.6 64 39.78 42.70 44.16 48.31 50.60 53.43 58.60 64.75 70.28 75.87 88.40 104.3 65 40.58 43.52 45.00 49.20 51.52 54.38 59.61 65.84 71.44 77.11 89.82 106.0 66 41.38 44.35 45.85 50.09 52.44 55.33 60.62 66.93 72.60 78.35 91.25 107.6 67 42.17 45.18 46.69 50.98 53.35 56.28 61.63 68.02 73.77 79.59 92.67 109.3

118

68 42.97 46.02 47.54 51.87 54.27 57.23 62.64 69.11 74.93 80.83 94.10 111.0 69 43.77 46.85 48.39 52.77 55.19 58.18 63.65 70.20 76.09 82.08 95.52 112.6 70 44.58 47.68 49.24 53.66 56.11 59.13 64.67 71.29 77.26 83.32 96.95 114.3 71 45.38 48.52 50.09 54.56 57.03 60.08 65.68 72.38 78.42 84.56 98.37 116.0 72 46.19 49.36 50.94 55.46 57.96 61.04 66.69 73.47 79.59 85.80 99.80 117.6 73 47.00 50.20 51.80 56.35 58.88 61.99 67.71 74.56 80.75 87.05 101.2 119.3 74 47.81 51.04 52.65 57.25 59.80 62.95 68.72 75.65 81.92 88.29 102.7 120.9 75 48.62 51.88 53.51 58.15 60.73 63.90 69.74 76.74 83.08 89.53 104.1 122.6 76 49.43 52.72 54.37 59.05 61.65 64.86 70.75 77.83 84.25 90.78 105.5 124.3 77 50.24 53.56 55.23 59.96 62.58 65.81 71.77 78.93 85.41 92.02 106.9 125.9 78 51.05 54.41 56.09 60.86 63.51 66.77 72.79 80.02 86.58 93.26 108.4 127.6 79 51.87 55.25 56.95 61.76 64.43 67.73 73.80 81.11 87.74 94.51 109.8 129.3 80 52.69 56.10 57.81 62.67 65.36 68.69 74.82 82.20 88.91 95.75 111.2 130.9 81 53.51 56.95 58.67 63.57 66.29 69.65 75.84 83.30 90.08 96.99 112.6 132.6 82 54.33 57.80 59.54 64.48 67.22 70.61 76.86 84.39 91.24 98.24 114.1 134.3 83 55.15 58.65 60.40 65.39 68.15 71.57 77.87 85.48 92.41 99.48 115.5 135.9 84 55.97 59.50 61.27 66.29 69.08 72.53 78.89 86.58 93.58 100.7 116.9 137.6 85 56.79 60.35 62.14 67.20 70.02 73.49 79.91 87.67 94.74 102.0 118.3 139.3 86 57.62 61.21 63.00 68.11 70.95 74.45 80.93 88.77 95.91 103.2 119.8 140.9 87 58.44 62.06 63.87 69.02 71.88 75.42 81.95 89.86 97.08 104.5 121.2 142.6 88 59.27 62.92 64.74 69.93 72.82 76.38 82.97 90.96 98.25 105.7 122.6 144.3 89 60.10 63.77 65.61 70.84 73.75 77.34 83.99 92.05 99.41 107.0 124.0 145.9 90 60.92 64.63 66.48 71.76 74.68 78.31 85.01 93.15 100.6 108.2 125.5 147.6 91 61.75 65.49 67.36 72.67 75.62 79.27 86.04 94.24 101.8 109.4 126.9 149.3 92 62.58 66.35 68.23 73.58 76.56 80.24 87.06 95.34 102.9 110.7 128.3 150.9 93 63.42 67.21 69.10 74.50 77.49 81.20 88.08 96.43 104.1 111.9 129.8 152.6 94 64.25 68.07 69.98 75.41 78.43 82.17 89.10 97.53 105.3 113.2 131.2 154.3 95 65.08 68.93 70.85 76.33 79.37 83.13 90.12 98.63 106.4 114.4 132.6 155.9 96 65.92 69.79 71.73 77.24 80.31 84.10 91.15 99.72 107.6 115.7 134.0 157.6 97 66.75 70.65 72.61 78.16 81.25 85.07 92.17 100.8 108.8 116.9 135.5 159.3 98 67.59 71.52 73.48 79.07 82.18 86.04 93.19 101.9 109.9 118.2 136.9 160.9 99 68.43 72.38 74.36 79.99 83.12 87.00 94.22 103.0 111.1 119.4 138.3 162.6 100 69.27 73.25 75.24 80.91 84.06 87.97 95.24 104.1 112.3 120.6 139.7 164.3

N is the number of servers. The numerical column headings indicate blocking

probability B in %. Table generated by Dan Dexter.

ANEXO B

DATA SHEET DE ELEMENTOS PASIVOS

120

DATA SHEET DE ELEMENTOS PASIVOS Datasheet de antena omnidireccional

Figura B.1 Especificaciones técnicas de antena omnidireccional

Fuente: http://www.gelvo.com

121

Datasheet de antena panel

Figura B.2 Especificaciones técnicas de antena panel


122

Datasheet de splitter de 2, 3 y 4 vías

Figura B.3 Especificaciones técnicas de splitter de 2, 3 y 4 vías


123

Datasheet del taper de 6dB, 8dB, 10dB y 20dB

Figura B.4 Especificaciones técnicas del taper de 6, 8, 10 y 20 dB


124

Datasheet del filtro

Figura B.5 Especificaciones técnicas del filtro

Fuente: www.rfsworld.com

125

Datasheet del cable coaxial

Figura B.6 Especificaciones técnicas del cable coaxial


126

Datasheet del cable radiante

Figura B.7 Especificaciones técnicas del cable radiante


http://www.rfsworld.com/

127

Datasheet de la carga

Figura B.8 Especificaciones técnicas de la carga de 10W

Fuente: www.commscope.com

ANEXO C

IBWAVE DESIGN

129

IBWAVE DESIGN

La compañía Ibwave fue creada en el año 2003 en Canadá, con la necesidad de

simplificar el diseño de las redes inalámbricas en sitios indoor.

Ibwave desarrolla su potente software de simulación de cobertura inalámbrica, para

ayudar a los operadores celulares, fabricantes de equipos y empresas de servicios,

esencialmente a cualquier persona que tiene una participación en el mundo de las

comunicaciones inalámbricas, a diseñar redes celulares en interiores con una calidad de

señal excelente, lo cual trae consigo buena comunicación al realizar llamadas de voz y

gran tasa de transmisión de datos (superior a los 10 Mbps en HSPA+ y hasta 140 Mbps

en LTE). Ibwave tiene presencia en más de 80 países con un universo de clientes de más

de 500.

En la figura C.1 se muestra los principales clientes que tiene Ibwave.

Figura C.1: Clientes que usan el software Ibwave Design

Fuente: Seminario Inbuilding realizado en Peru en Agosto del 2014.

El software de simulación Ibwave Design ofrece las siguientes bondades:

- Diseño de multi-operador y multi-tecnología.

- Permite ver los ambientes indoor en 3D.

130

- Permite importar datos de propagación outdoor y mediciones de señal tomadas en

campo para hacer más exacta las predicciones de cobertura.

- Acceso a una base de datos de más de 16000 componentes y equipamientos de más

de 259 fabricantes.

- Utiliza los modelos de propagación Fast Ray Tracing y COST231.

- Realiza predicciones de cobertura de las tecnologías GSM, UMTS, LTE, WiFi, etc,

como se muestra en la figura C.2.

- Realiza predicciones de zonas de handover, velocidad de datos, dominancia del

mejor servidor, etc. En la figura C.3 se muestra una predicción de dominancia del

mejor servidor en un estadio.

- Acceso a una base de datos de las propiedades eléctricas de más de 100 tipos de

materiales de construcción.

- Larga selección de reportes incorporados.

Figura C.2: Predicción de cobertura en la tecnología UMTS.

Fuente: Software Ibwave.

Por todas las características mencionadas, el software de simulación Ibwave se

ha convertido en el estándar de diseño y documentación de redes indoor más usado en el

mundo de las telecomunicaciones, es tanta la acogida que ha tenido este software por

sus buenos resultados en el diseño de redes indoor, que en la actualidad cuenta con un

programa de certificación de la herramienta.

131

Figura C.3: Predicción de cobertura en estadio.

Fuente: Software Ibwave.

ANEXO D

CÁLCULO DE LA CAPACIDAD DE TRÁFICO CELULAR PARA

SERVICIOS DE DATOS USANDO LICENCIAS HSPA

133

CÁLCULO DE LA CAPACIDAD DE TRÁFICO CELULAR PARA

SERVICIOS DE DATOS USANDO LICENCIAS HSPA

Para realizar el cálculo de capacidad de tráfico celular para servicios de datos

usando la tecnología HSPA, los operadores de telefonía móvil se basan en las siguientes

consideraciones:

- Data rate máximo HSPA para descarga de datos, 21 Mbps según la 3GPP.

- Data rate máximo HSPA para subida de datos, 5.7 Mbps según la 3GPP.

- Data rate del servicio.

- Número de usuarios HSPA.

- Número de sectores.

- Número de portadoras.

- Porcentaje de conexiones en simultáneo.

- Porcentaje del mercado.

- Porcentaje de usuarios UMTS.

Como ya se conoce los data rate máximos de descarga y subida de datos en HSPA

son conocidos, el número de sectores y portadoras son propuestas por el operador de

telefonía celular, el porcentaje de conexiones en simultáneo se obtiene de las

estadísticas de los nodos en hora pico, el porcentaje de usuarios UMTS es un dato que el

operador conoce por sus ventas y finalmente el porcentaje del mercado es una

proyección a la cual el operador de telefonía móvil quiere llegar. Finalmente el número de

usuarios HSPA se calcula de la siguiente forma:

Para calcular el número de personas que pueden ser atendidas a diferentes data rate,

se utiliza la siguiente fórmula:

Del diseño propuesto se sabe que para las estaciones se proyecta 2 sectores y para

los túnel 1 sectores, en ambos casos se trabaja con 2 portadoras, el porcentaje del

mercado es 40% y de mi experiencia trabajando en una operadora de telefonía celular sé

que el porcentaje de conexiones en simultaneo para servicios de datos en hora pico es

134

del 15%. Con estos datos se obtiene que la capacidad de tráfico celular para servicios de

datos en una estación y túnel es la siguiente:

Tabla D.1 Capacidad de tráfico celular HSDPA para la estación

Elaboración propia

Tabla D.2 Capacidad de tráfico celular HSUPA para la estación

Elaboración propia

135

Tabla D.3 Capacidad de tráfico celular HSDPA para el túnel

Elaboración propia

Tabla D.4 Capacidad de tráfico celular HSUPA para el túnel

Elaboración propia

BIBLIOGRAFÍA

[1] Asha Mehrotra. “GSM System Engineering”. Artech House, 1997.

[2] Gunnar Heine. “GSM Networks - Protocols, Terminology and Implementation”. Artech House, 1999.

[3] Jörg Eberspächer, Hans-Jörg Vögel, Christian Bettstetter, Christian Hartmann.

“GSM - Architecture, Protocols and Services, Third Edition”. John Wiley & Sons Ltd – 2009.

[4] Morten Toltrup. “Indoor Radio Planning - A Practical Guide for GSM, DCS, UMTS

& HSPA”. John Wiley & Sons Ltd – 2008.

[5] Harri Holma, Antti Toskala. “WCDMA for UMTS - HSPA Evolution and LTE, Fourth Edition”. John Wiley & Sons Ltd – 2007.

[6] Cornelia Kappler. “UMTS Networks and Beyond”. John Wiley & Sons Ltd – 2009.

[7] B. Walke, P. Seidenberg, M. P. Althoff. “UMTS The Fundamentals”. John Wiley & Sons Ltd – 2003.

[8] Javier Sanchez, Mamadou Thioune. “UMTS”. ISTE Ltd – 2007.

[9] Essentials of UMTS (2008).

[10] Página Web de la compañía Radio Frequency Systems. www.rfsworld.com

[11] Página Web de la compañía Commscope.

www.commscope.com

[12] Página Web de la compañía Gelvo.

http://www.gelvo.com

[13] Página Web del 3G Américas. www.3gamericas.org

[14] Página Web de UMTS Forum.

www.umts-forum.org

[15] Página Web del diario El Comercio. http://elcomercio.pe/lima/1375050/noticia-linea-tren-electrico-metropolitano- tendran-casi-misma-ruta

[16] Página web de la compañía Cisco.

http://www.cisco.com

[17] Páginas web de Huawei tecnologhys. http://www.huawei.com

http://www.rfsworld.com/

http://www.gelvo.com/

http://www.3gamericas.org/

http://www.umts-forum.org/

http://elcomercio.pe/lima/1375050/noticia-linea-tren-electrico-metropolitano-%20tendran-casi-misma-ruta

http://elcomercio.pe/lima/1375050/noticia-linea-tren-electrico-metropolitano-%20tendran-casi-misma-ruta

http://www.cisco.com/

http://www.huawei.com/

137

[18] Agencia de Promoción de la Inversión Privada – Perú www.proinversion.gob.pe

[19] Página web de la compañía Ibwave.

http://www.ibwave.com

[20] Pagina web de la European Telecommunications Standards Institute http://www.etsi.org

3GPP TS 25.101 version 6.19.0 Release 6 [21] Página web de la compañía Radio Electronics

http://www.radio-electronics.com/info/cellulartelecomms/gsm_technical/power-control-classes-amplifier.php

[22] Jyri Hämäläinen. “Cellular Network Planning and Optimization Part VIII: WCDMA link budget”

http://www.comlab.hut.fi/studies/3275/Cellular_network_planning_and_optimization_part8.pdf

http://www.proinversion.gob.pe/

http://www.ibwave.com/

http://www.etsi.org/





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