Xirio: Herramienta para la planeación de redes de comunicaciones móviles celulares.

Juan David Rodríguez, Juan Carlos Bautista, Lorena Sotomonte

jdrodriguezm23@gmail.com, juanplanck191@gmail.com, lsotomontep@gmail.com

Universidad Distrital Francisco José de Caldas

Facultad de Ingeniería

Planteamiento del problema:

Los procesos y sistemas de redes móviles han experimentado una evolución permanente desde sus

inicios, siendo un proceso en constante desarrollo, avance y crecimiento a partir de aspectos como

su arquitectura e inteligencia, esto buscando que la transmisión de voz y datos sea cada vez más

eficiente y conserve una continuidad fiable, disponible y permanente en el tiempo. Debido a la

propagación en entornos urbanos, suburbanos y rurales se hace imperativo un nivel de desarrollo de

calidad de señal, velocidad y acople de terminales y características asociadas que intervienen en el

diseño de las redes. Es por estas razones que es importante el desarrollo de herramientas ofimáticas

que permitan la gestión, planificación e implementación de redes de celulares móviles.

Hipótesis:

Xirio desarrollado por Aptica es una herramienta libre que facilita la planeación y planificación de

redes móviles celulares, posee diferentes características y componentes que permiten el cálculo,

simulación, diseño y planeación de redes con resultados muy eficientes respecto a otras

herramientas; facilita el hallazgo e implementación de diversos métodos de propagación aplicados

principalmente en entornos urbanos y rurales, permitiendo además cartografía de alta resolución,

configuración de parámetros radioeléctricos, entre otras características asociadas. El propósito es

utilizar está herramienta para la planeación de una red móvil celular e ir incorporando mejoras a

través de la misma para así analizar las características que se pueden implementar y evidenciar por

medio del simulador y establecer las ventajas frente a otro tipo de herramientas de planificación de

redes. (Universidad Nacional, 2011).

Justificación:

El desarrollo del proyecto con el uso de la herramienta mencionada permitirá determinar de manera

oportuna las ventajas que proporcionan los modelos de propagación Okumura-Hata y Walfisch-

Bertoni, en la implementación y optimización de una red celular 4G de frecuencia 2600Mhz, los cuales

basan su funcionamiento y estructura en la herramienta Xirio, utilizando sus características y ventajas

al momento de simular para plantear de forma precisa el desarrollo de una red y para así evidenciar

una disminución de los gastos de puesta en servicio de la misma. Las prácticas desarrolladas en la

herramienta de simulación servirán de guía para el estudio, comprensión y simulación de cualquier

tipo de red móvil así como para estudios futuros (Teletopix, 2017).

Objetivo general:

- Planear redes de comunicaciones móviles celulares a través de la herramienta Xirio.

Objetivos específicos:

- Conocer e implementar la herramienta de planeación Xirio para la planeación de una red móvil.

- Aprender a configurar adecuadamente la herramienta Xirio para la implementación redes

móviles.

- Optimizar la cobertura de una red móvil celular usando dos modelos de propagación diferentes y

que sean provistos por la herramienta Xirio.

Marco Teórico

Modelo de Okumura-Hata:

El modelo de Okumura es uno de los más utilizados para la predicción de señales en áreas urbanas.

Este modelo es aplicable para frecuencias en el rango de 150 MHz a los 1920 MHz, es decir,

comprende la banda de VHF y UHF (sin embargo, típicamente es extrapolado para frecuencias arriba

de 3000 MHz entrando en la banda de SHF) y distancias de 1 Km a 100 Km. Puede ser usado para

alturas de la antena de la estación baso en el rango de 30 m a 1000 m. Es una formulación empírica

de los datos de las pérdidas de propagación provistos por Okumura, y es válido en el rango de

frecuencias de VHF y UHF, de los 150 MHz a los 1500 MHz Aunque Hata presentó las pérdidas dentro

de un área urbana como una fórmula estándar:

Teniendo en cuenta que:

150 MHz<fc <1500 MHz

20 m<hte <200m

1m< hre<10m

Se debe considerar que las definiciones son las mismas que para el modelo de

Okumura, incluyendo:

fc: frecuencia portadora [MHz]

hte: altura de antena transmisora en [m] en rango 30 a 200 metros

hre: altura de antena receptora en [m] en rango 1 a 10 metros

a(hre): factor de corrección para la altura efectiva de la antena móvil que es función del tipo de área

de servicio.

d: distancia entre transmisor y receptor [km]

El factor de corrección depende de la altura del móvil y se calcula como sigue:

1) Para áreas urbanas:

a) Para ciudades pequeñas o medianas:

donde 1 ≤ hm≤ 10 m

b) Para ciudades grandes:

2) Para áreas suburbanas:

3) Para áreas rurales:

De manera general, este método de cálculo proporciona buenos resultados en entornos urbanos y

suburbanos, pero no así en áreas rurales, ya que no tiene en cuenta la ondulación del terreno ni los

efectos derivados del grado de urbanización a lo largo del trayecto (Teletopix, 2017).

Modelo Walfisch – Bertoni:

Este modelo considera el efecto de la altura y los techos de las edificaciones utilizando modelos de

difracción para predecir la potencia media de la señal a nivel del pavimento. Se modela la pérdida de

trayectoria, “S”, como el producto de tres factores:

P0 es la pérdida de espacio libre entre antenas isotrópicas

Q² da la reducción de la señal a nivel “de los techos”, a causa de la fila de construcciones que

ensombrecen al receptor.

Pi representa las pérdidas por difracción en la señal que va desde los techos al nivel del pavimento.

(Bilkent, 2017).

Se puede expresar en decibeles de la siguiente manera:

Este modelo permite además la representación de manera simple de la realidad para modelos de

propagación por medio de un conjunto de restricciones e hipótesis. Se utilizan sistemas de

ecuaciones, gráficos, estructuras bidimensionales o tridimensionales para transmitir los modelos los

cuales a su vez pueden ser matemáticos, empíricos, teóricos, deterministas o estocásticos. Para el

modelo mencionado este tienen valide cuando no existen líneas de vista entre las estaciones base y

los móviles, al modelarse con edificaciones estos se consideran de altura y ancho uniforme a su vez

siendo modelados como conjuntos de pantallas de absorción y difracción. Un factor importante a

tener en cuenta en la implementación del modelo es que la antena que trasmite este por encima del

techo más alto (Propagacion, 2017).

Modelo de difracción Deygout:

El modelamiento de los obstáculos que aparecen en la primera zona de Fresnel de un enlace se hace

generalmente por filos de cuchillo (“knife edge”). Lo que busca este modelamiento es añadir una

pérdida por cuenta precisamente de los obstáculos que aparecen en la trayectoria de un enlace de

radiofrecuencia. Para el modelamiento de los obstáculos del terreno se define una cantidad llamada

relación de despeje (“clearance ratio” h/r) que se define como la relación entre la altura de la zona

de Fresnel desde la línea de visión (r) y la altura del obstáculo desde la línea de visión (h), como se

observa en la gráfica. La línea de visión es la línea directa entre el transmisor y receptor sin tener en

cuenta la zona de Fresnel.

Figura 1.1 Definición de la relación de despeje para el modelo de Deygout.

En un principio el modelo de Deygout tenía en cuenta solo dos filos de cuchillo a lo largo de la

trayectoria (aun así esto era mejor que el modelo de difracción de Bullington que suele ser más

optimista en sus simulaciones). En el año 1994 Deygout presentó una aproximación que toma todos

los obstáculos presentes dentro de la zona de Fresnel a lo largo de la trayectoria, haciendo una

aproximación que consiste en encontrar el primer obstáculo desde el transmisor, luego desde el

primer obstáculo se busca un segundo obstáculo que interrumpa la línea de visión con el receptor,

luego de este se busca un tercero y así sucesivamente se encuentran obstáculos hasta llegar al

transmisor. Este proceso puede llegar a ser muy extenso y podría demandar muchos recursos y

tiempo de procesamiento [2].

Para hacer este proceso más eficiente los softwares de simulación toman la dirección del enlace,

encuentra el primer obstáculo, y a partir de allí aproxima la atenuación causada por los demás

obstáculos con la ayuda del perfil topográfico entre el transmisor y el receptor. Este proceso toma

mucho menos tiempo que la búsqueda selectiva de obstáculos, haciendo más eficiente el proceso de

cálculo. La aproximación de obstáculos de este modelo se muestra en la siguiente figura.

Figura 1.2 Modelamiento de un filo de cuchillo para varios obstáculos.

LTE (Long Term Evolution)

Este es un estándar en el área de telecomunicaciones que permite la comunicación inalámbrica para

transmitir datos en alta velocidad, es una evolución de la norma 3GPP UMTS o más conocida como

3G. Este estándar maneja una interfaz radioeléctrica que se basa en OFDMA tanto en enlaces

descendentes como ascendentes. El uso masivo de esta tecnología se comenzó a dar hacia el año

2010 dado el aumento de redes UMTS y de normas 3GPP siendo una ventaja respecto a otras

tecnologías móviles pues mejora la experiencia de usuario e términos de datos, transmisión, calidad

de voz, navegación e integración con otros servicios. Dentro de las ventajas de LTE se encuentran la

simplicidad en su arquitectura de protocolo, compatibilidad con tecnologías de 3GPP, fiuicnmianeot

simultaneo de sistemas CDMA, así como también permite trabajar en bandas de diferentes

frecuencias, mejoras en el uso del espectro.

La tecnología LTE es considerada la cuarta generación de estándares para telefonía móvil, además de

su rapidez en el acceso a servicios permite velocidades casi 5 veces mayores a las velocidades de

HSPA, 10 veces más que 3G y 250 veces más que 2G. En LTE es posible obtener una tasa muy alta de

bits con baja latencia pues se utilizan conmutación de paquetes, es relativamente económico y fácil

de implementar por parte de los operadores móviles ya que evita la fragmentación por eventos de

duplexacion. Actualmente se han implementado bandas desde 700, 1700 y 2600 MHZ para América,

para la parte de Europa desde 800 hasta 2600 MHZ y desde 1800 hasta 2600 MHZ para Asia, en cada

uno de los países correspondientes su uso, implementación y puesta en funcionamiento ha estado

ligada a la disponibilidad de bandas, avances de las redes, así como de legislaciones locales que

permiten la masificación por parte de los operadores móviles. De acuerdo a lo estipulado por la UIT

la tecnología LTE es una 3.9 G en estándar 3GGP ya que no llega completamente a los objetivos para

la cuarta generación o 4G siendo el LTE advanced el estándar que ya está reemplazando al LTE básico

(Xatakamovil, 2017).

Figura 1.3 Evolución de las tecnologías de comunicaciones móviles

UMTS (Universal Mobile Telecommunications system)

Este es un sistema que se conoce como la tercera generación en los sistemas de telecomunicaciones

o 3G, este modelo permite velocidades de conexión de hasta 2Mbps en condiciones óptimas de

conexión, transmisión y comunicación de datos, también se le conoce como W-CDMA ya que es

posible obtener ventajas de tipo multimedia más eficientes frente a sistemas anteriores, mayor

velocidad para navegación en internet y mejora en la transmisión de voz con capacidades similares

a las redes fijas. Por medio del protocolo UMTS es posible la conexión a internet por medio de un

celular a alta velocidad, obtener audio y video en tiempo real permitiendo la convergencia de voz y

datos bajo una misma tecnología, permite conexiones de banda ancha, roaming, desarrollo de

entornos multimedia para transmisión, aplicaciones, video conferencias y servicios de correo

electrónico. El estándar UMTS fue implementado inicialmente en Europa siendo creado

fundamentalmente para mejorar el tema de telefonía móvil personal, aumentado la calidad en

servicios y capacidades de los mismos sin que esto signifique un aumento económico para el usuario

(WORDP, 2017).

Una de las claves para el funcionamiento del estándar UMTS es que fue concebido como un sistema

global que involucra componentes terrestres como satelitales, así como buscar una alta eficiencia

espectral para mezclar servicios de diferentes portadoras con una capacidad de cobertura aceptable

y evolucionada respecto a la tecnología GSM, dentro de los objetivos de UMTS se pueden mencionar

la capacidad de sitios con alta demanda, interoperabilidad con sistemas satelitales, servicio

permanente, velocidad en transmisión de datos, múltiples servicios de voz y multimedia, bajo costo,

compatibilidad con redes GSM y en general normalización para garantizar la eficiencia entre redes

satelitales y terrestres (Computing, 2017).

GSM (Global system for mobile communications)

El Sistema GSM es uno de los estándares más utilizados a nivel mundial en la telefonía móvil,

inicialmente utilizado en Europa el cual permite y soporta la trasmisión de voz, datos, mensajes de

texto y roaming, se considera como uno de los estándares más importantes de segunda generación

o 2G en el mundo ya que está presente en más de 160 países abarcando casi un 70 % del mercado

móvil contando con 3000 millones de usuarios. GSM fue implementado inicialmente para el envío de

mensajes de texto cortos por medio de dispositivos móviles extendiéndose a otros países, este fue

desarrollado en la década de los 80 con el objetivo fundamental de desarrollar un estándar europeo

de telefonía móvil digital. Uno de los puntos o características más importantes dentro de los sistemas

de GSM es la asignación de identidad a los usuarios que se conoce comúnmente como tarjeta SIM

siendo esta una tarjeta inteligente desmontable que contiene información básica de los usuarios,

parámetros de red, listado de teléfonos que permita la interoperabilidad o cambios de equipos sin

perder su asignación inicial o identidad en el estándar, permitiendo cambios de operadores, equipos

y redes móviles (PCMAG, 2017).

XIRIO ONLINE

La herramienta de simulación Xirio Online permite realizar de forma rápida y económica simulaciones

profesionales de cobertura radioeléctrica en cualquier parte del mundo en entornos rurales y

urbanos utilizando cartografía de alta resolución. Con Xirio Online se pueden diseñar redes sin

disponer de herramientas de planificación ni cartografía digital propias y bajo un modelo de “pago

por uso”.

Se accede a través de su web: http://www.xirio-online.com/

Figura 1.4 Ventana principal de Xirio Online.

Xirio Online, desarrollado por la empresa APTICA, presenta dos módulos de trabajo independientes:

planningtool, como herramienta de planificación radioeléctrica genérica y shareplace como

aplicación de consulta e intercambio de resultados.

Planningtool es una herramienta de planificación radioeléctrica genérica, que puede aplicarse al

diseño de la práctica totalidad de tecnologías inalámbricas: comunicaciones móviles públicas (GSM,

DCS, UMTS, LTE,…), radiodifusión (TV, DVB-T, FM, DAB, DVB-H,…), sistemas de comunicaciones

móviles profesionales (PMR, TETRA,…), radioenlaces (PDH, SDH,…), acceso a banda ancha (LMDS,

WiMAX, WiFi,…). Las posibles aplicaciones son ilimitadas siempre y cuando se disponga de los

parámetros específicos de cada tecnología y los algoritmos y métodos de cálculo apropiados de

aplicación en cada una de ellas.

Xirio Online incluye los métodos de cálculo más habituales y reconocidos a nivel internacional,

especialmente para entorno urbano (Rec. UIT-R P.530, Rec. UIT-R P.526, Deygout, LOS, Rec. UIT-R

P.1546, COST 231, Okumura-Hata, Walfisch-Bertoni, etc.), además de proponer al usuario los

parámetros por defecto más adecuados en cada caso, para que la simulación de redes de cualquier

tecnología resulte extremadamente sencilla, incluso para usuarios no expertos en radiofrecuencia.

Figura 1.5Ejemplo de cobertura en Xirio Online.

En lo referente a cartografía, la aplicación utiliza el conocido visor Google Maps lo que hace posible

trabajar en todo el mundo. Incorporando, por otro lado, modelos del terreno 3D, que simulan la

orografía del escenario donde se desplegarán las redes, también con cobertura mundial y para

entornos tanto rurales como urbanos.

La cartografía de alta resolución (1 m/pixel) ha sido proporcionada por BLOM (la mayor empresa

europea dedicada a la recopilación y procesamiento de información geográfica de alta calidad) y se

encuentra actualizada en los años 2008, 2009 y 2010, dependiendo de la ciudad. En concreto, se tiene

acceso a más de 300 ciudades a nivel mundial, de las cuales 30 son ciudades españolas.

La calidad y resolución de los datos proporcionados por BLOM permiten disponer de las mejores

bases para realizar simulaciones de cobertura radioeléctrica con tecnologías inalámbricas. Las

fuentes de los datos tienen un origen tanto vectorial como de tecnología LIDAR (sistema que permite

obtener una nube de puntos del terreno tomándolos mediante un escáner láser aerotransportado).

Esto permite alcanzar una muy elevada precisión en las tres dimensiones (X, Y, Z) y modelar un

escenario más parecido a la realidad, identificando elementos como torres, tejados a dos vertientes,

patios interiores, etc.

A su vez, y fruto del acuerdo con la multinacional Intermap Technologies, la aplicación también

incluye dos modelos cartográficos 3D adicionales, ambos con una resolución de 5m/pixel y

disponibles para toda la zona occidental de Europa:

Modelo del terreno (MDT): Se trata de una capa de elevación en la cual elementos como edificios,

carreteras y vegetación han sido eliminados digitalmente. Puede ser usada para realizar los cálculos

más precisos en redes de difusión, móviles o acceso a banda ancha. Esta capa proporciona la más alta

resolución y precisión disponibles en el mercado para grandes áreas en Europa.

Modelo de superficie (MDS): Este modelo contiene todos los elementos de elevación como edificios,

vegetación, torres de alta tensión, infraestructuras, etc. Proporciona unas inmejorables condiciones

para analizar la obstrucción en radio enlaces del servicio fijo en bandas de microondas así como de

otras tecnologías de alta frecuencia.

Figura 1.6 Modelos cartográficos MDS y MDT.

Xirio Online Planningtool permite el acceso a la aplicación así como realizar cálculos a baja resolución

de forma completamente gratuita. Cuando desea realizar los cálculos con una calidad profesional

(alta resolución), el usuario paga y se le proporciona un crédito, lo que le proporciona derecho a

dichos cálculos y, además, a compartir los resultados con terceros usuarios o descargarlos a su

máquina local.

SharePlace es la herramienta que permite a los usuarios de Xirio Online publicar los resultados de sus

estudios y proporcionar a otros usuarios acceso a los mismos. Es la aplicación ideal para compartir

información de proyectos con distintas áreas de la organización, clientes, proveedores, etc.

El usuario de SharePlace dispone de un acceso limitado a aquellos resultados que han sido publicados

para él. Desde la aplicación es posible visualizar la cobertura radioeléctrica impuesta por las

estaciones de forma individual o conjunta, chequear los valores de señal en cada punto del área de

servicio, o utilizar herramientas de utilidad como búsqueda de dirección postal, cálculo de distancias,

cálculo de perfiles orográficos, inserción de puntos de interés, etc. [2-3]

Introducción a Xirio:

Xirio Online es una herramienta que permite realizar cálculos radioeléctricos, compartir y publicar

resultados en la red sin necesidad de disponer de herramientas de planificación ni cartografía

digitales propias (Xirio-online, 2017). Una herramienta que presenta soluciones prácticas, con ayuda

de plantillas realizadas por diferentes personas y de distintas formas que ayuda a mejorar cálculos

compartiéndolos con todos los que utilizan esta plataforma en diferentes navegadores compatibles.

En xirio encontramos 5 distintos modos de estudiar una red de telecomunicación:

Enlace en el cual los estudios de enlace se crean para analizar la viabilidad de un enlace radioeléctrico

de microondas entre estaciones del servicio fijo. Para realizar los cálculos específicos que permiten

analizar la calidad y la indisponibilidad del enlace, no solo es necesario configurar debidamente los

extremos y equipos de radio, sino también los parámetros específicos del enlace, como son el tipo

de vano, objetivos, método de protección y diversidad, velocidad, tiempo entre fallos, etc. Xirio

implementa todas las funciones y algoritmos de cálculo que permite desarrollar la metodología a

seguir para la planificación de radioenlaces digitales del servicio fijo, descrita en la Rec. UIT-R P.530;

el usuario puede además modificar los parámetros propios del método de cálculo implementado en

Xirio.

Red de Transporte que proporciona el resultado global de una red de enlaces digitales formado por

varios tramos (vanos). Mediante este estudio es posible analizar la interferencia recibida en un

conjunto de enlaces en estudio generado por ellos mismos o por los enlaces situados en el entorno

cercano, así como evaluar la posible interferencia que estos enlaces en estudio generan en los enlaces

del entorno.

Cobertura, este estudio representa valores de la señal impuesta por un transmisor, en términos de

campo eléctrico o potencia, en todos los puntos dentro del área seleccionada por el usuario, teniendo

en cuenta el modelo de propagación y las características del transmisor y del receptor elegidos.

Cobertura Multitransmisor, este estudio consiste en una combinación de estudios de coberturas

simples. Permite realizar varios tipos de cálculo:

•Cobertura radioeléctrica que alcanza una red de estaciones.

•Estadísticas de superficie y población cubiertos.

•Cálculo de interferencias (relación portadora/interferencia C/I).

•Cálculo de capacidad (sólo servicios LTE).

•Visualización de medidas en ruta.

Altura Efectiva, este estudio permite calcular la altura efectiva de un transmisor en aquellos radiales

definidos por el usuario mediante una separación en azimut.

Parte importante xirio es estadísticas de cobertura, una vez calculado el resultado de cobertura de

un transmisor o de una red de transmisores, es de gran utilidad disponer del listado de núcleos

poblacionales cubiertos por encima de unos determinados niveles de señal (umbrales), así como de

los porcentajes de superficie y población cubierta de cada uno de ellos, indicando el nombre del

transmisor en cuestión que les proporciona cobertura.

Resultado de Solapamiento: Representa en cada punto el número de señales procedentes de

distintos transmisores cuyo nivel es igual o superior al valor de umbral de recepción del

receptor asociado, es decir, el número de transmisores que compiten por ser el “mejor” en dicho

punto. Este resultado puede proporcionar una imagen orientativa de zonas geográficas susceptibles

de sufrir interferencias al tener una alta ocupación radioeléctrica.

La acción “Leer valor en un punto” sobre un resultado de tipo solapamiento informa del número de

transmisores que dan cobertura por encima del umbral de recepción en el punto seleccionado en el

visor.

En el ejemplo, “Solapamiento = 3 Servidores” significa que, en ese punto, de cuyas coordenadas

también se informa, el número de transmisores que proporcionan cobertura por encima del umbral

es 3. A su vez, el panel de información muestra el código de colores que se asocia según el número

de servidores.

Resultados de Capacidad LTE: El resultado del análisis de capacidad de LTE en Xirio ofrece un informe

detallado de la demanda de los recursos en la red para los tres valores de carga de tráfico (0%, 100%

y el estimado por el usuario), así como de los usuarios totales presentes en el escenario y los que son

imposibles de atender.

Los informes de ancho de banda presentados contienen la información detallada para cada

transmisor, indicando BW Máximo, Carga de tráfico estimada, BW en el borde, BW en el centro (para

downlink y uplink, tanto tráfico garantizado como no garantizado), Número total de usuarios y

Número total de usuarios imposibles de atender.

Los informes de ancho de banda presentados contienen la información detallada para cada

transmisor, indicando BW Máximo, Carga de tráfico estimada, BW en el borde, BW en el centro (para

downlink y uplink, tanto tráfico garantizado como no garantizado), Número total de usuarios y

Número total de usuarios imposibles de atender.

Desarrollo de proyecto Para El desarrollo de proyecto se han tomado como base el montaje de 3 estaciones en la cuidad de Bogotá con una ubicación geográfica cercana:

ESTACION LONGITUD LATITUD

BOG.San marcos 4,68974 -74,10415

BOG.Maria del lago-3 4,68355 -74,0971

BOG.Minuto 4,69733 -74,0914

Durante el desarrollo de los objetivos planteados se crearon las estaciones en la herramienta de forma adecuada y teniendo en cuenta las características solicitadas por Xirio, se realiza una descripción de uso de simulador con la Estación BOG.San marcos, fue necesario establecer una sectorización de 3 sectores a 65° con el modelo Hata. Ingresamos al asistente de creación de coberturas este permite generar un estudio con nombre, descripción y establecer la ubicación geográfica si la misma ya se encuentra definida como en este caso. Xirio también permite realizar ubicaciones geográficas dentro de un área determinada a través de movimientos con el mouse.

Descripción de Estudio

Una vez realizada la caracterización del estudio, se configuran los sectores de las estaciones base para este caso se utilizaron 3 antenas con un angulo de 65° para acercarlo a valores reales utilizados en el desarrollo de redes de Telecomunicaciones comerciales, cabe resaltar que Xirio permite configurar el número de sectores que el usuario desee.

Sectorización de transmisor

Se definen los sectores S1 S2 S3, con Az de separación 120°, esto con el fin de lograr cobertura total alrededor de la antena 360°. Configuración de parámetros del sector Seguido de esto se hace necesario definir parámetros como altura de la antena, se configura la frecuencia a utilizar y la potencia de 43dBm para nuestra simulación debemos utilizar frecuencias distintas debido a la interpolación se usa acceso múltiple por división de frecuencia FDMA

Configuración Parametros del sector

Configuración parámetros de Recepción del terminal

Los parámetros de configuración de receptor son definidos de manera automática en la herramienta Xirio

para modelos de estudio, encontramos altura de antena 1.5 con polarización vertical potencia de recepción

de -102dBm, en esta configuración no se realiza ningún cambio.

Para el desarrollo del proyecto se escoge como método de cálculo modelo Okumura- Hata descrito

anteriormente la herramienta permite definir nombre del modelo, resolución, factor K, margen de

desvanecimiento. Si el desarrollo practico se realizará en una zona urbana o rural y el tamaño de la misma.

Propiedades Metodo de Calculo

En la herramienta de simulación es posible realizar cálculos aplicando modelos de propagación con estructuras

urbanas que se acercan al comportamiento real ingresando edificios, azoteas. Para este caso no se aplican estas

pérdidas.

El siguiente paso define la selección de cartografía del estudio y método de cálculo; Xirio describe los parámetros

de cálculo de acuerdo con las diferentes tecnologías indica que estos están basados en recomendaciones de

organismos oficiales que rigen las Telecomunicaciones a nivel global, indica la capa cartográfica que se va a utilizar

y el tipo de resolución; para este caso se utiliza la máxima resolución de cálculo gratuito 400m.

Cartografía del estudio

Se define un estudio de cálculo se sitúan los puntos para calcular la señal recibida, se solicitan tres distancias

dependiendo de la máxima radiación de la antena para el ejercicio inicial 10000 m por cada una, esto da como

resultado la configuración de rangos de señal definidos por una mancha de trasparencia en un rango de colores

que representan diferentes niveles de la señal.

Configuración y resultados de calculo

Con esto se termina la configuración de parámetros en el estudio realizado.

Para evaluar el comportamiento de propagación de modelo utilizado se realizaron simulaciones de

comportamiento en la ciudad de Bogotá.

Resultados Modelo Hata

1 Antena

3 Antenas y Cobertura simulada zona de Bogota

Gráficamente permite revisar los niveles de potencia y cobertura para las diferentes zonas incluidas dentro de la simulación, esto le permite al planeador realizar un uso más eficiente de recursos de radio para generar cobertura de calidad en el montaje de una red. En Xirio también se puede realizar simulación de solapamiento de la señal

Grafica de Solapamiento

La simulación de solapamiento permite identificar si existirá interferencia co-canal con las demás antenas y los

niveles de la misma.

Se realizaron pruebas con el modelo de propagación Deygout sin embargo en la versión de estudio de Xirio no es

posible realizar un análisis concreto del mismo dado que se muestran sobre propagado para todos los casos con

una sola estación se cubre media cuidad de Bogotá en el ejemplo se obtienen 10km de cobertura con un solo

sector, esto no permite realizar un cálculo aproximado a la realidad.

En el desarrollo del proyecto se realizaron pruebas con diferentes antenas para validar que referencias se

acercaban al comportamiento de propagación de estaciones base, se relacionan ejemplos no aplicables con sus

propagaciones:

Simulaciones realizadas en 4G

Algo más real tomando las antenas que encontramos en la aplicación opensignal ya comienza a sacar conclusiones

la cantidad de antenas que hay en la vida real son para tener cobertura a lte.

Registro de antenas Tigo una por una

Simulación red LTE

Resultados de simulaciones cobertura, solapamiento, mejor servidor red LTE

Cobertura

Solapamiento

Solapamiento

En la segunda parte de proyecto se tomó como referencia trabajo planteado durante la especialización -

Comunicaciones Móviles II, esto permitió afianzar los conocimientos dentro de la herramienta Xirio con un

ejercicio planteado que se acerca al desarrollo real de una red: Diseñar una red móvil 2G en la comuna 5 de Ibagué.

Ibague

Municipio ubicado al centro-occidente de Colombia sobre la cordillera de los andes capital del departamento de

Tolima, 1285 msnm; su área urbana se divide en 13 comunas y su zona rural en más de 17 corregimientos, 144

veredas y 14 inspecciones.

Comuna 5

Residencial Ubicada entre la Avenida El Jordán y el río Chipalo, se caracteriza por el desarrollo de conjuntos y

urbanizaciones en serie, tales como el barrio El Jordán, El Prado, los Multifamiliares y los Ocobos, entre otros.

IBAGUE

Figura 1.7 vista Satelital Cuidad Ibague

En el desarrollo del ejercicio se tomaron en cuenta los datos poblacionales de las estadísticas de Dane por

comunas para esta cuidad dando como un total de habitantes comuna 5: 27.837

COMUNA 5

Figura 1.8 Descripción Comuna 5

Los cálculos obtenidos dan como resultado:

Se realiza investigación sobre población sobre la comuna 5 de Ibagué

Una vez encontrado se hace el cálculo de 27837 + el 20%, 27837 + 27837 * 0.20 = 33405

Para el diseño de la red se manejará solo el 65% de los usuarios 33405 * 0.65 = 21714

Se realiza cálculo de usuarios totales para cada tecnología

Para 2G se toma el 32% de los usuarios totales 21714 * 0.32 = 6949

Para 3G se toma el 68% de los usuarios totales 21714 * 0.68 = 14766

Dimensionamiento de sectores y radio bases

31 𝑢𝑠𝑢𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠 (𝐷𝑎𝑡𝑜𝑠) + 28 𝑢𝑠𝑢𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠 (𝑉𝑜𝑧) = 59 𝑢𝑠𝑢𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠 (Para cada sector)

6949 𝑢𝑠𝑢𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠

59 𝑢𝑠𝑢𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠 𝑠𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟⁄= 117.77 ≅ 𝟏𝟏𝟖 𝒔𝒆𝒄𝒕𝒐𝒓𝒆𝒔

Teniendo presente que se establece un re-uso de celda de 4, es decir, 4 sectores por BTS. Entonces: 118 𝑠𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠

4 𝑠𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠/𝐵𝑇𝑆= 29.5 ≅ 𝟑𝟎 𝒓𝒂𝒅𝒊𝒐𝒃𝒂𝒔𝒆𝒔

Se realizó una simulación de despliegue de IP para generar la red de transmisión de los nodos con el fin de

aprovechar de manera óptima los recursos destinados para su fin,

Topología de red:

Se creó una topología de red en anillos que aprovisionan BTS y nodos B a través de microondas y enlaces ip

como se describe a continuación:

Se realizó la simulación de toda la red en Xirio:

Conclusiones

Xirio como herramienta de simulación gratuito es de gran utilidad en el desarrollo de proyectos universitarios ya

que permite visualizar con gran alcance lo que sería el comportamiento real de una red de Telecomunicaciones.

De la simulación podemos concluir que a frecuencias más bajas podemos obtener mayor cobertura, usando la

banda 1900 se puede evidenciar que las áreas de cobertura son menores. Esta banda mayormente utilizada para

áreas urbanas ya que permite realizar una mejor planeación de la red utilizando la potencia como mayor aliado

para la optimización.

La herramienta de simulación utilizada permite realizar planeación a nivel estructural por área, pero no a nivel de

capacidad dado que no lo permite.

Los resultados evidenciados durante este estudio, permitieron exponer en alta cobertura el nodo B ya que el

dimensionamiento realizado de la red fue realizado a partir de tráfico mas no de cobertura para obtener

resultados más satisfactorios. Para la parte de 2G, se realizó el mismo procedimiento, pero en una menor medida.

Referencias:

Aptica.es. (2017). Aptica. Obtenido de http://aptica.es/

Bilkent. (2017). Walfisch Bertoni. Obtenido de

http://kilyos.ee.bilkent.edu.tr/~microwave/programs/wireless/prop/WalfischBertoni.htm

Chavez, R. E. (2016). AJUSTE ESTADÍSTICO A MODELOS DE PROPAGACIÓN PARA REDES MÓVILES. Obtenido de

repository.udistrital.edu.co:

http://repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/2768/1/Ch%C3%A1vezS%C3%A1nchezRodolfoEnriq

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