Utilizacion de Repetidores UMTS Para Mejorar La Cobertura.

7/28/2019 Utilizacion de Repetidores UMTS Para Mejorar La Cobertura.

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TREBALL DE FI DE CARRERA

TTULO: Utilizacin de repetidores para mejorar las prestaciones delsistema UMTS

AUTOR: David Jimnez Gracia

DIRECTOR: Mario Garca Lozano

FECHA: 25 de febrero de 2005


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Ttulo: Utilizacin de repetidores para mejorar las prestaciones del sistemaUMTS

Autor: David Jimnez Gracia

Director: Mario Garca Lozano

Data: 25 de febrero de 2005

Resumen

Normalmente, en las redes de comunicaciones mviles, las antenas secolocan en azoteas de edificios o en torres, dependiendo del entorno (urbano,

rural, carreteras...). Por otro lado, las estaciones base se suelen instalar cercade las antenas. Por ejemplo, en las azoteas, en un cubculo o contenedor,tambin en un pequeo recinto al pie de la torre, etc. La conexin entre amboselementos (estacin base antena) se realizar mediante cable coaxial depocos metros de longitud y bajas prdidas.

Aunque esta forma de colocar las antenas es la habitual, no siempre es lanica. Hay ocasiones en que las antenas deben instalarse en el interior deedificios, tneles o recintos amplios (estadios deportivos, zonasaeroportuarias, etc.), bien para proporcionar cobertura en zonas de accesoradioelctrico difcil o bien para incrementar la capacidad. Ello se puederealizar de dos modos: mediante la utilizacin de microestaciones base conbajas potencias o bien mediante el despliegue de repetidores.

En este contexto, el presente TFC se centrar en el anlisis de los repetidorescomo medio de extensin de cobertura en sistemas UMTS. Se realizar unestudio y descripcin de las diferentes opciones tecnolgicas y de losdiferentes aspectos de rendimiento del sistema (capacidad mxima, cobertura,factor de carga, etc.) en ambos enlaces (uplinky downlink). Asimismo, seestudiarn diferentes factores que debern tenerse en cuenta en undespliegue con repetidores. Se analizarn varios parmetros, como el nmero

mximo de repetidores que puede conectarse a una estacin base para nodegradar su capacidad por debajo de un cierto umbral, valores de las prdidasmnimas y mximas en los enlaces repetidor-estacin base, compromiso entrecapacidad y cobertura, etc.

Este estudio se realizar mediante un simulador esttico (simulador deMontecarlo). Partiendo de un escenario en el que en un principio nicamentese ubicar una sola estacin base, se irn introduciendo repetidoresprogresivamente. As, el trabajo consta de dos fases, una primera parte deprogramacin y extensin de un simulador base para poder simular un entornocon repetidores y una segunda fase de obtencin y anlisis de resultados.


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Title: Use of repeaters to improve the performance of UMTS networks

Author: David Jimnez Gracia

Director: Mario Garca Lozano

Date: February, 25th 2005

Overview

Normally, in mobile communication networks, antennas are placed on roofs ofbuildings or towers, depending on the environment (urban, rural, etc). On the

other hand, base stations are usually installed near the antennas. For example,on the roofs, in a container, in a small enclosure at the foot of the tower, etc.The connection between both elements (base station - antenna) is made bycoaxial cable of few meters length and low losses.

Although this is the normal way of placing antennas, its not the only one.Sometimes antennas must be installed inside buildings, tunnels or largebuildings (sport stages, airports, etc.), either to provide coverage in zones ofdifficult radioelectric access or to increase capacity. It can be made either usinglow power microstations or repeaters.

In this context, this TFCwill be focused on analysing repeaters as means ofextending coverage in UMTS systems. A study and description of the differenttechnological solutions and several system performance elements (capacity,coverage, load factor, etc....) in both link directions (uplink and downlink) will bemade. Several facts regarding the design of a repeater network will beanalyzed as well. Several parameters will be studied in detail, like themaximum number of repeaters that can be connected to a certain base stationwithout degrading its capacity below a certain threshold, minimum andmaximum loss values in the connections between repeater and base station,trade of between capacity and coverage, etc.

This study will be made using a static simulator (Montecarlo simulator). Thestart point will be an environment with only one base station, and later onrepeaters will be progressively introduced. Therefore, the study is divided intwo phases: in the first one the basic simulator is reprogrammed and extendedso that an environment with repeaters can be simulated, in the second oneresults will be obtained and conclusions will be drawn.


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NDICE

INTRODUCCIN ............................................................................................... 7

CAPTULO 1. EL SISTEMA UMTS ................................................................... 8

1.1. Contexto. ............................................................................................................................ 81.1.1. Situacin actual de UMTS en Espaa.................................................................... 9

1.2. La red de acceso de UMTS: UTRAN. .............................................................................10

1.3. El ncleo de red (core network).....................................................................................12

1.4. Gestin de Recursos Radio en UMTS. .......................................................................... 151.4.1. Control de potencia. .............................................................................................161.4.2. Seleccin de celda: Cobertura CPICH. ................................................................ 171.4.3. Traspaso de llamada o handover......................................................................... 181.4.4. Control de admisin.............................................................................................. 191.4.5. Control de congestin........................................................................................... 20

CAPTULO 2. UTILIZACIN DE REPETIDORES EN EL SISTEMA UMTS ... 21

2.1. Introduccin. Sistemas de distribucin en UMTS........................................................ 21

2.2. Clasificacin de los Repetidores UMTS........................................................................232.2.1. Frecuencias de trabajo de los repetidores. .......................................................... 26

2.2.2. Consideraciones generales sobre los repetidores. .............................................. 27

2.3. Estudio del impacto sobre la capacidad del sistema. ................................................. 29

2.4. Repetidores UMTS en el mercado actual...................................................................... 31

CAPTULO 3. DISEO .................................................................................... 34

3.1. Simulador........................................................................................................................... 343.1.1. Justificacin del uso de simuladores en UMTS.................................................... 343.1.2. Tipos de simuladores. ..........................................................................................353.1.3. Modificaciones en el programa base.................................................................... 35

3.2. Caractersticas de la simulacin (despliegue) ............................................................. 363.2.1. Escenario.............................................................................................................. 363.2.2. Estacin base. ...................................................................................................... 373.2.3. Repetidores. ......................................................................................................... 38

3.3. Grupo de simulaciones................................................................................................... 393.3.1. Escenarios en funcin del CPICH y los pxeles con cobertura............................ 40

3.4. Diferencias entre un escenario sin y con repetidores................................................. 423.4.1. Escenarios sin repetidores. ..................................................................................433.4.2. Escenarios con repetidores.................................................................................. 46


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CAPTULO 4. SIMULACIONES....................................................................... 49

4.1. Factores bajo estudio ..................................................................................................... 494.1.1. Uplink....................................................................................................................494.1.2. Downlink ............................................................................................................... 49

4.2. Capacidad mxima .......................................................................................................... 49

4.3. Cobertura..........................................................................................................................53

4.4. Compromiso capacidad cobertura .............................................................................55

4.5. Potencia de transmisin de los terminales .................................................................. 58

4.6. Potencia de transmisin de la estacin base............................................................... 62

CAPTULO 5. PLANIFICACIN Y COSTES................................................... 64

5.1. Planificacin..................................................................................................................... 64

5.1. Costes............................................................................................................................... 64

CAPTULO 6. CONCLUSIONES ..................................................................... 65

6.1. Conclusin sobre los objetivos .....................................................................................65

6.2. Lneas futuras .................................................................................................................. 66

6.3. Impacto medioambiental ................................................................................................ 676.3.1. Segundo plano ..................................................................................................... 68

6.3.2. Mimetizacin......................................................................................................... 686.3.3. Ubicacin compartida ...........................................................................................696.3.4. Respaldo legal, tcnico y sanitario....................................................................... 69

6.4. Conclusiones personales...............................................................................................70

CAPTULO 7. BIBLIOGRAFA ........................................................................ 71

7.1. Documentos..................................................................................................................... 71

7.2. Enlaces de inters ........................................................................................................... 72


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Introduccin 7

INTRODUCCIN

El uso de UMTS es posible en Espaa desde febrero de 2004, cuandoTelefnica Mviles comercializa la primera tarjeta de datos que hace uso deesta tecnologa. De este modo, es evidente que el despliegue de las redes detercera generacin (3G) es reciente y por tanto su nmero de usuarios esreducido. El operador puede gestionarlos controladamente y dar un buenservicio en las actuales reas de cobertura (restringidas a los principalesncleos urbanos).

En un futuro no muy lejano se prev un fuerte incremento del nmero deabonados. Por este motivo la planificacin y la optimizacin de la red sernclave para seguir ofreciendo el mismo grado de calidad de servicio. Enparticular el diseo de la red de acceso tendr una especial relevancia para

garantizar que dichos servicios estn disponibles en cualquier lugar.Es en este contexto en el que los repetidores activos toman su importancia.Los repetidores son bsicamente cabezas de radiofrecuencia. Reciben de unaestacin base una o varias portadoras, las amplifican, eventualmente cambiande frecuencia, y transmiten a la antena. Como la distancia entre estacin basey antena puede ser grande, de hasta varios kilmetros, el enlace entre ellos serealiza generalmente mediante un radioenlace o por medio de fibra ptica(Radio over Fiber).

Las situaciones en las que pueden ser de gran utilidad son varias y se dividen

en dos grandes grupos:

Gap-fillers: es decir ofrecen cobertura en zonas de sombraradioelctrica en una clula concreta. Por ejemplo, por la presencia deun gran obstculo, dentro de edificios, subterrneos, tneles, etc.

Extensores de cobertura: alargan la cobertura de una clula ms allde sus fronteras naturales, por ejemplo en un entorno rural donde ladensidad de usuarios es muy baja y no es necesario instalar una nuevaclula con sus propios recursos.

No hay que confundir a los repetidores con las microestaciones base. Estasltimas son bases en s mismas, con todos los recursos para generar unanueva clula. La decisin de cundo utilizar una estrategia u otra, se tomaren base a consideraciones de necesidad de capacidad y coste.


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CAPTULO 1. EL SISTEMA UMTS

1.1. Contexto.

UMTS, siglas que en ingls hacen referencia a Servicios Universales deTelecomunicaciones Mviles, es uno de los sistemas de comunicacionesmviles de tercera generacin (3G) que conforma la familia IMT-2000 de laITU. Se trata de un sistema que tendr un papel esencial en la creacin delfuturo mercado para las comunicaciones mviles multimedia que, segn lasprevisiones, alcanzarn a 2000 millones de usuarios en todo el mundo en elao 2010. Concretamente, en los ltimos diez aos, UMTS ha sido objeto deintensos esfuerzos de investigacin y desarrollo en todo el mundo, y cuentacon el apoyo de numerosos e importantes fabricantes y operadores de

telecomunicaciones ya que representa una oportunidad nica de crear unimportante mercado para el acceso a la Sociedad de la Informacin.

UMTS busca basarse en y extender las actuales tecnologas mviles,inalmbricas y satelitales proporcionando mayor capacidad, posibilidades detransmisin de datos y una gama de servicios mucho ms extensa, usandouna red de acceso totalmente nueva y una red principal (core network)mejorada.

Se reconocen tres componentes para la evolucin hacia la 3G:

Social: los estilos de vida actual cada vez estn ms basados en lainformacin y la movilidad Tecnolgica: cada vez estn apareciendo nuevos servicios que

requieren mayor velocidad de transmisin y unos parmetros de calidadms estrictos.

De mercado: esta componente est justificada por el crecimientoacelerado de la telefona mvil pero tambin de Internet, el comercioelectrnico y el uso de porttiles ypalmtops.

Para garantizar el correcto funcionamiento del sistema UMTS, hay que definirun conjunto de especificaciones que debern ser respetadas por el

equipamiento hardware. Esto supone un proceso gradual y constante decontinuas evoluciones y revisiones. Por ello, el 3GPP (3rd GenerationPartnership Project) se propuso proporcionar cada cierto tiempo un conjuntode normas que constituyeran de por s el estndar.

Este proceso de normalizacin se basa en una planificacin anual. De estemodo se habla de Release 1999, Release 4 (inicialmente llamada Release2000), Release 5 (inicialmente Release 2001) y Release 6.

Segn esto, la Release 99 debera haber sido terminada en diciembre de

1999. Sin embargo, no todas las especificaciones se pudieron aprobar atiempo, quedando aspectos pendientes de ser concluidos que fueron


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El sistema UMTS 9

finalizndose a lo largo del ao 2000, al mismo tiempo que se correganerrores e inconsistencias. Paralelamente a la tarea de finalizacin, ajuste yrevisin de las especificaciones de la Release 99, llevada a cabo durante2000, se acometi la especificacin de las nuevas funcionalidades del sistemaincluidas en la Release 4.

En cualquier caso, la experiencia en procesos de estandarizacin indica quees engaoso hablar de un instante bien definido en el que se "termine" o"cierre" una Release de las especificaciones, sino que, ms bien, se puedehablar de distintas fases de la vida de las especificaciones.

1.1.1. Situacin actual de UMTS en Espaa.

En Espaa se convocaron cuatro licencias en noviembre de 1999. Lamodalidad del concurso fue por mritos, no por subasta. Los 4 adjudicatariosfueron:

TME Airtel (Vodafone actualmente) Amena Xfera

Los cuatro adjudicatarios se comprometieron a comenzar a operar el 1 deagosto del 2001 siempre y cuando la tecnologa estuviera disponible, a cubrirdesde el primer da las ciudades de ms de 250.000 habitantes y a desarrollarproyectos de inversin en la economa nacional.

Los requisitos mnimos del Operador para la introduccin de un sistema 3Gfueron los siguientes:

UMTS tendr que reutilizar la infraestructura de red de GSM La primera fase UMTS deber tener un impacto mnimo en los nodos

GSM Deber ser posible aumentar la cobertura gradualmente segn vaya

creciendo la demanda Los terminales tendrn que ser multinorma 2G y 3G Disponibilidad de traspasos entre sistemas 2G y 3G

Tendr que ser posible la reutilizacin de los emplazamientos 2G

Este ltimo punto, de hecho, refleja la situacin actual. Las operadoras UMTSse encuentran en las fases iniciales del despliegue de red. nicamente existeinfraestructura en las principales ciudades y bsicamente se practica unapoltica de cositting, es decir, se reaprovechan los emplazamientos existentesde GSM. Ante esta situacin, inicialmente, la planificacin de red nicamenteperseguir garantizar unos niveles de cobertura y QoS adecuados ante untrfico ofrecido no muy elevado.


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1.2. La red de acceso de UMTS: UTRAN.

UMTS es un sistema con una red de acceso totalmente nueva, que en susegmento terrestre se denomina UTRAN (UMTS Terrestrial Radio AccessNetwork), esta especificacin es necesaria porque UMTS tambin define una

red de acceso de tipo satelital.

UTRAN utiliza una tcnica de acceso mltiple diferente al tradicionalFDMA/TDMA de GSM, asimismo se ubica en una nueva franja frecuencial.Concretamente, en la conferencia WRC-1992 (WRC92) de la ITU, serecomend la reserva de 230 MHz de espectro para la familia IMT-2000 en lasbandas 1885-2025 MHz y 2110-2200 MHz. Esta banda fue ampliamenteutilizada en la concesin de licencias de tercera generacin en Europa. Sinembargo, en la mayor parte del continente americano estaba ya ocupada porlos sistemas 2G y en China gran parte del espectro para 3G estaba yadedicada a aplicaciones WLL (Greles Local Loop). Por ello, uno de losobjetivos de IMT-2000, la reserva de una banda nica en todo el mundo, no seha alcanzado plenamente. En la Figura 1.1, donde se muestran en azuloscuro las bandas asignadas a IMT-2000, dentro de WRC'92, y a rayas azulesy blancas las nuevas bandas, identificadas en el ao 2000, pueden observarselos conflictos sealados.

Fig. 1.1 Espectro de IMT-2000

El procedimiento de acceso radio se basa en la tecnologa CDMA (CodeDivision Multiple Access) de ensanchamiento directo (Direct Spread). Es decir,se trata de una tcnica de espectro ensanchado (frente a los 200 kHz. de cadaportadora GSM, cada portadora UMTS ocupa 5 MHz) en la que todos losusuarios de la clula comparten la misma portadora, utilizando distintoscdigos para distinguir su seal (fig. 1.2).


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portadoras15 + 15 MHz (15 x 4 operadores 100% de la banda disponibleen Europa) para el modo FDD.

El modo TDD es conocida como TD CDMA. Utiliza un esquema de accesomltiple: Hbrido W-CDMA + TDMA. En este caso utiliza una modulacin

QPSK en ambos enlaces y las bandas no son pareadas. En Europa: 1900-1920 / 2010-2025. Total: 20+15 = 35 MHz. Los operadores espaoles cuentancon 1 portadora para el modo TDD (5 x 4 = 20 MHz)

Fig. 1.3 Bandas de frecuencias para TDD y FDD en Europa

La mayora de las caractersticas descritas estn incluidas en la primerarelease de UMTS (Release 1999). La Release 4 incorpora nuevas funciones,sobresaliendo la definicin de la opcin de banda estrecha del modo TDD(1,28 Mchip/s TDD option), propuesta por China, que supone una capa fsicadistinta (distinta tasa de chip), conservando la sealizacin de las capassuperiores. Se incluyen tambin en la Release 4 las especificaciones de losrepetidores, y mejoras en el control de potencia.

1.3. El ncleo de red (core network).

En su fase inicial, el ncleo de red del sistema UMTS es una evolucin de lossistemas GSM/GPRS. Esta visin se concreta en la Release 99. Loselementos principales son la fase 3 de la especificacin de CAMEL (redinteligente, que separa los planos de conmutacin y de servicios), la

interconexin de redes GSM y UMTS y la primera versin de la arquitecturaabierta de servicios (OSA). Dentro de la Release 99 tambin se incluyen lasespecificaciones requeridas para prestar los servicios ya existentes enGSM/GPRS, la plataforma bsica para los servicios de localizacin y ladefinicin de un nuevo cdec, denominado AMR de banda estrecha..Las principales novedades en la Release 4 son la divisin del MSC (central deconmutacin) en "Media Gateway" para el trfico y "MSC server" para lasealizacin as como el soporte a aplicaciones que requieren streamingdepaquetes. Otras funcionalidades importantes, aprobadas para la Release 4,son el fax, nuevos codecs multimedia, etc.


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El sistema UMTS 13

La Release 5 ser fundamental en lo que a arquitectura y servicios se refiere.Est previsto que incluya la fase 4 de CAMEL, que supone diversas funcionesnuevas de red inteligente, y la introduccin de la arquitectura de serviciosmultimedia sobre transporte IP, as como la finalizacin del nuevo cdecAMRde banda ancha y calidad de servicio (QoS) extremo a extremo.

A continuacin podemos ver un resumen de las principales caractersticas delas diferentes Releases:

UMTS Release 99

Estndar para la fase inicial de UMTS en todas las operadoras europeas.Estructura del ncleo de red GSM/GPRS.Nueva interfaz radio UTRAN (Universal Terrestrial Radio Access Network).En la red de acceso radio y en la interfaz con el Core Networkse utilizarATM como protocolo de transporte.

Fig. 1.4 Esquema Release 99

UMTS Release 4

La voz se transporta sobre IP.Separacin de las funciones de control y conectividad para voz.Las MSCs se dividen en Media Gateways (MG) para conectividad y

servidores de control para sealizacin (MGC).El MG proporciona conexin con las redes de conmutacin de circuitos, bajo

las instrucciones de un Media Gateway Controller(MGC).Para la comunicacin entre el MG y el MGC se utilizar el protocolo

MEGACO que permite el desdoblamiento de las capas de transporte y decontrol.


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Utilizacin de Session Initiation Protocol (SIP), protocolo de control de lacapa de aplicacin para llamadas y distribucin de contenido multimedia enInternet.


UMTS Release 5

Ser una versin Todo IP con soporte en tiempo real de VoIP y serviciosmultimedia.

Aparicin del IP Multimedia Subsystem (IMS) para la gestin de serviciosmultimedia utilizando sealizacin SIP.

La Release 5 identifica ciertos Servicios Avanzados que requerirn identificaral usuario con una direccin IP pblica IPv6 es de implementacinobligatoria en el IMS

Aparicin de nuevas entidades funcionales del IMS: HSS (Home Subscriber Server). Contiene los perfiles de suscripcinde los usuarios con control IP multimedia

CSCF (Call State Control Function). Se encarga del control de lasesin MRF (Multimedia Resource Function). Gestiona las funciones dellamada o sesin con varios participantes y conexiones.

Se mantendr la interoperabilidad con otras redes 2G y con las entidadesque permiten dicha interconexin: Media Gateways (MG), Media GatewaysController (MGC), Signalling Gateway (SGW).


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El sistema UMTS 15


En esta evolucin, el protocolo IP desempear un papel primordial en eltransporte de todo tipo de contenidos y como base para los nuevos protocolosde control de sesiones multimedia.

Puede decirse que IP ya est preparado para dar respuesta a este nuevoentorno de convergencia y movilidad para el que no fue diseado

originalmente, con soluciones que ya estn siendo desplegadas por losoperadores (Mobile IP, MPLS, Diff Serv) y con la pila de protocolos de suversin IPv6, disponible en las nuevas versiones del sistema operativo de unagran cantidad de equipos de comunicaciones.

1.4. Gestin de Recursos Radio en UMTS.

Antes de pasar a describir los principales algoritmos para la gestin derecursos radio (programados en el simulador) ser describir resumidamentelos principales elementos que conforman la red de acceso. Tal y como se hadicho anteriormente, la arquitectura utilizada actualmente en UMTS es laproporcionada por el estndar Release 99. La Red de acceso radio se dividebsicamente en Nodos B y RNCs que se comunican entre s y con el ncleode red mediante unos interfaces perfectamente definidos en el estndar (fig.1.7).

Interfaz Ncleo de Red RNC (IU) Interfaz RNC RNC (IUR) Interfaz RNC Nodo B (IUB) Interfaz radio (Uu)


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Fig. 1.7Arquitectura UMTS

Nodo B

Es equivalente a la BTS (Base Tranceiver Station, estacin base) de GSM. Seencarga de la transmisin y la recepcin radio. Sus principales funciones sonlas de codificacin, modulacin, ensanchado, entrelazado, asegurar la calidadde las comunicaciones, realizar el control de potencia interno (inner loop) enlazo abierto y cerrado (descritos despus), etc.

RNC

Es similar al BSC (Base Station Controller) de GSM. Es el responsable de lagestin de recursos radio o RRM (Radio Resource Management). Susfunciones principales son las de control del traspaso de llamadas o handover,control de admisin, control de congestin, asignacin de cdigos, etc.

1.4.1. Control de potencia.

Para asignar las potencias que cada emisor debe transmitir tanto para elenlace ascendente como descendente o, lo que es equivalente, las potenciasrecibidas en los extremos receptores correspondientes, est el control depotencia, el cual es consustancial al acceso CDMA por dos razones: comomecanismo para asegurar la calidad de un enlace y como componente bsicoen la gestin de los recursos radio.En concreto el control de potencia en UMTS se utiliza para:

Para resolver el bloqueo cerca lejos (disminuir o aumentar la potencia detransmisin del mvil en funcin de la distancia)

Para reducir interferencias. Para maximizar la duracin de bateras.


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El sistema UMTS 17

En UMTS, se definen simultneamente dos procesos para el control depotencia:

- outer loop.- inner loop: que puede ser en lazo abierto o cerrado.

Outer loop

El control de potencia externo, tiene como misin establecer dinmicamente elvalor Eb/N0 necesario para asegurar la calidad de la comunicacin. Es decir,UTRAN evala los valores de calidad reales y los contrasta con los requeridos.Las posibles desviaciones se corrigen con pequeas variaciones de la Eb/N0.

Inner loop

En lazo cerrado

Tiene como objetivo que la calidad de un enlace, especificada mediante unarelacin SIR o Eb/N0 objetivo, sea independiente de las condiciones depropagacin de la propia seal til y de las interferencias. Su velocidad deactuacin debe ser lo suficientemente alta para contrarrestar losdesvanecimientos rpidos, asociados a usuarios que se mueven a altasvelocidades. La estacin base realiza estimaciones de la SIR recibida y lacompara con la SIR deseada, ajustando la potencia del terminal mediantecomandos que le enva constantemente (1500 comandos/segundo).

En lazo abierto

Se utiliza, por ejemplo, para establecer la potencia de transmisin cuando elterminal accede inicialmente a la red. A travs de la medida de una sealpiloto en el enlace descendente se estima el valor medio de la atenuacin depropagacin y se utiliza ese valor para intentar compensar las fluctuacionesmedias en el enlace ascendente. Actuara de la siguiente forma: el mvilcalcula la potencia inicial con la que debe transmitir mediante la frmula:PRACH = L + IBTS + K. Siendo L la prdida de propagacin (el Nodo-Binforma al UE de la potencia con la que transmiti), IBTS es el nivel deinterferencia en el Nodo B (enviada por un canal de broadcast) y K es un valorconstante fijado por el operador. Posteriormente el terminal va aumentando su

potencia (PRACH) hasta obtener respuesta por parte del nodo B.

1.4.2. Seleccin de celda: Cobertura CPICH.

El canal piloto o CPICH (Common Pilot Channel) es una de las seales debroadcastdel sistema UMTS, es decir, es transmitida a todos los usuarios porigual dentro de una celda y por tanto, un porcentaje de la potencia disponibleen la base siempre ser reservada para ella. El piloto tiene dos misionesbsicas. Por un lado, los terminales la utilizan para realizar una estimacin delcanal radio. Por otro, es la seal utilizada como entrada en los mecanismos de

seleccin de celda y handover(este segundo mecanismo ser comentado enel apartado posterior).


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La seleccin de celda por parte de un terminal se realiza de acuerdo a unacierta medida de calidad sobre la seal CPICH. En concreto se evala el valordel Ec/Io (CPICH Ec/Io) para todas las celdas de modo que cuando elcorrelador del terminal encuentra el mejor pico decide conectarse con dicha

base. Esto se puede realizar porque cada celda tiene un cdigo dealeatorizacin distinto y el nmero de cdigos reservados para las celdas esfinito.

Segn el 3GPP (3rd Generation Partnership Project) Organismo mundialencargado del desarrollo del UMTS a nivel global, se define el CPICH_Ec/Iocomo el cociente entre la energa media por chip del CPICH y la densidadespectral de potencia total recibida (incluyendo seal e interferencias) en elconector de la antena del Terminal.

CPICH_Ec/Io de un Terminal k respecto a una BS m dentro de un escenario

UMTS:

=

+=

M

j

T

c

kNkjLp

jPtx

kmLpmpilotPtxKmIECPICH

1

0

)(),(

)(

),(/)(_),(/_

(1.1)

Donde:

- NT (k) potencia de ruido trmico del terminal,- Lp (m, k) atenuacin entre la BS m y el terminal k,

- Ptx_pilot (m) potencia del piloto transmitida por la BS m- Ptx (m) potencia total transmitida por la BS m (piloto+control+trfico)- M el nmero de BS definidas en el escenario (que escucha el terminal).

1.4.3. Traspaso de llamada o handover

Cuando un terminal mvil esta conectado a una estacin base y entra dentrode una clula a la que da cobertura otra estacin base, se produce lo queconocemos como un traspaso o handover.

Una de las ventajas ms sobresalientes de la tecnologa UMTS es sin duda, laimplementacin del Soft Handover. El Soft H.O. no es otra cosa que laposibilidad que tiene el terminal o UE (User Equipment) de estar conectado ams de una base (BS) simultneamente. Gracias a ello, el traspaso de unasceldas a otras se realiza de una manera natural y se solventan algunos de losproblemas que presentan los traspasos de tipo hard (como en GSM) dondepueden aparecer, entre otros, microcortes y el denominado efecto esquina(un terminal gira en una esquina y pierde la visibilidad directa con su baseservidora, debido a la fuerte atenuacin que introduce el edificio le es muycomplicado mantener la comunicacin y no es posible gestionar el traspaso).

Por el contrario, en los handovers de tipo soft se consumen ms recursos(varias conexiones activas para un nico terminal).


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El sistema UMTS 19

El conjunto de bases con las que un cierto terminal est conectado es eldenominadoActive Sety ser necesario definir un mecanismo que sirva paradeterminar a cuales de las BS se conectar el UE. Es en este momentocuando entra de nuevo en accin la seal CPICH o piloto.

La forma en que se incorporan o eliminan seales provenientes de lasdiferentes BS sobre el escenario UMTS, no es otra que la estimacin de lacalidad (nivel) con que el Terminal escucha los pilotos provenientes de dichasbases, concretamente se vuelve a utilizar la medida de Ec/Io. Una sealCPICH de bajo nivel de potencia ser rechazada del Active Set, mientras queuna seal CPICH de un nivel aceptable de potencia ser aadida e inclusopodra forzar la eliminacin de una conexin previa de menor nivel de seal.

En UMTS se especifican dos clases de handover: Soft Handoverpropiamentedicho y un caso especial denominado Softer Handover(fig. 1.8). En el primercaso el terminal se conecta a distintas clulas de distintos nodos B

simultneamente. En este caso el RNC ser el encargado de seleccionar lamejor de las dos seales (combinacin por seleccin). Por otro lado, en elsofterla seal del terminal se recibe en celdas de un mismo emplazamiento yse combina la potencia recibida de ambos caminos (estrategia MRC).

Fig. 1.8 Soft Handover(izquierda) y Softer Handover(derecha)

1.4.4. Control de admisin.

El control de admisin debe preguntarse en un momento dado si con la

incorporacin de un nuevo usuario al sistema se le van a poder garantizar susrequisitos de QoS (calidad de servicio) al tiempo que se respeta la QoS de losusuarios ya incorporados. La respuesta podra darse a travs de unasimulacin previa de la red en el mayor nmero de situaciones posibles paradeterminar la regin de admisin (nmero de usuarios de cada clase, conunos parmetros de QoS especficos, que se pueden admitir) y un posteriorajuste dinmico de la regin de admisin mediante herramientas devisualizacin y medidas de la red real, que suelen basarse en una medida dede la carga del sistema, la cual, habitualmente, es el denominado factor decarga. Dicha medida se trata de de una representacin de las interferenciasdel sistema entre 0 y 1, la cual ser comentada en detalle en el apartado de

simulacin.


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1.4.5. Control de congestin.

El control de congestin debe actuar cuando los usuarios admitidos no puedansatisfacer los requerimientos de calidad durante cierto periodo de tiempodebido a una sobrecarga en la red radio. Los mecanismos de control de

congestin incluyen las siguientes partes:

Deteccin de la congestin: Se debe establecer algn criterio paradecidir si la red est en congestin o no. Un posible criterio es cuandola carga es superior a cierto umbral, durante cierto periodo de tiempo.

Resolucin de la congestin: Cuando se asume congestin en la red,se deben llevar a cabo ciertas acciones para mantener la estabilidad enla red. Existen mltiples posibilidades para hacerlo, pero en general, sepueden diferenciar tres pasos:

a) Priorizacin: Se ordenan en una tabla a los diferentes usuariosen funcin de su prioridad (por ejemplo en funcin de losrequerimientos de calidad de servicio (QoS).

b) Reduccin de la carga: Durante la congestin no se admitennuevas conexiones y se reduce la tasa mxima de transmisinde un conjuto de los ya admitidos.

c) Chequeo de la carga: Despus de llevar a cabo el punto b), sedebe volver a comprobar la condicin que activa o desactiva elcontrol de congestin. Si persiste, se volver al apartadoanterior, limitando el siguiente grupo de usuarios de la tabla de

priorizacin. As hasta estar por debajo del umbral del factor decarga.

Recuperacin de la congestin: Resulta necesario un algoritmo derecuperacin de la congestin para restaurar los parmetros detransmisin que tenan los usuarios antes de la congestin. Esimportante este apartado para no volver a caer en congestin. Unmecanismo sera aumentar la tasa de un usuario y cuando dichousuario ha completado la transmisin en curso, se incrementa la delsiguiente usuario.


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Utilizacin de repetidores en el sistema UMTS 21

CAPTULO 2. UTILIZACIN DE REPETIDORES EN ELSISTEMA UMTS

2.1. Introduccin. Sistemas de distribucin en UMTS.

En las redes de comunicaciones mviles 2G, las antenas se colocannormalmente en azoteas de edificios o en torres, dependiendo del entorno(rural o urbano) y de las necesidades especficas de capacidad, cobertura ycalidad del servicio. En las ciudades, la estacin base se suele instalar en uncubculo o contenedor prefabricado, que se coloca tambin en la azotea, apocos metros de las antenas. En las zonas rurales y carreteras, la estacinbase se alberga en un pequeo recinto al pie de la torre. La conexin entre laestacin base y las antenas se realiza mediante tiradas de cable coaxial de

pocos metros de longitud.

Aunque esta forma de colocar las antenas es la habitual, no es siempre lanica. Hay ocasiones en que las antenas deben instalarse en el interior deedificios, tneles o recintos amplios (estadios deportivos, zonas aeroportuariasy feriales, etc.), con el fin de crear micro y pico clulas, bien para proporcionarcobertura en zonas de acceso radioelctrico difcil o bien para incrementar lacapacidad. Para ello se recurre a una de las dos estrategias siguientes:

1. A la utilizacin de microestaciones base

Como su nombre indica, las microestaciones base son estaciones base depequeo tamao. Radian con potencias bajas, inferiores a uno o dos vatiospor portadora, y se pueden conectar a la parte fija de la red por par de cobre.Para evitar tener que alquilar un circuito para cada microestacin, confrecuencia se comparte un circuito entre varias, terminando la lnea alquiladano ya en una microestacin base, sino en un equipo controlador que agrupa avarias microestaciones. El controlador se conecta con las microestacionesbase por pares de cobre y reparte entre ellas la capacidad de la lneaalquilada.

2. Al despliegue de los repetidores

Los repetidores son bsicamente cabezas de radiofrecuencia (RF). Recibende una estacin base una o varias portadoras, las amplifican, eventualmentecambian de frecuencia, y transmiten a la antena. Como la distancia entre laestacin base y el repetidor puede ser grande, de hasta varios kilmetros, elenlace entre ellos se realiza mediante un radioenlace o por medio de fibraptica.


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Fig. 2.1 Esquema repetidor radio UMTS

La decisin de utilizar una u otra tecnologa depende de criterios tcnicos yeconmicos, de capacidad y grado de servicio que se desea ofrecer. Sin

nimo de ser exhaustivo, entre estas situaciones cabe destacar: Interior de edificios, tneles o lugares donde la atenuacin

radioelctrica es elevada. Recintos amplios donde se produce un fuerte aumento de la demanda

de capacidad (estadios y pabellones deportivos, recintos feriales,aeropuertos, etc.)

Emplazamientos remotos, generalmente rurales, de baja demanda decapacidad que pueden compartir recursos de transmisin.

Extensin de cobertura a zonas suburbanas cercanas a grandesconcentraciones de poblacin.

Carreteras o vas ferroviarias donde debe darse servicio tanto a lapropia demanda que viaja en dichas vas de comunicacin como ancleos rurales cercanos a las mismas.

En este contexto, el presente TFC se centrar en el anlisis de los repetidorescomo medio de extensin de cobertura en sistemas UMTS. Se describirn susdiferentes opciones tecnolgicas, con sus ventajas e inconvenientes, as comoel estudio del impacto que tiene su instalacin en los diferentes aspectos derendimiento del sistema: capacidad, niveles de los canales piloto, cobertura,interferencias co-canal y en canal adyacente, aumento del nivel de ruido, etc.El objetivo final es encontrar unas reglas prcticas de diseo que permitanevaluar las limitaciones y las ventajas de utilizar dichos equipos.

El aumento efectivo de la cobertura que puede obtenerse con el uso derepetidores en zonas donde la seal llega muy dbil puede ser importante. Sinembargo, en entornos urbanos donde el nivel de interferencia entre diferenteszonas es muy elevado, con presencia de altos niveles de trfico y donde loshandovers son frecuentes, el repetidor acta como una fuente adicional deruido y de interferencias para las clulas vecinas. No obstante, en la literaturase ha propuesto una tcnica innovadora que consiste en la desconexinautomtica de aquellos repetidores que no tengan usuarios conectados,

reduciendo as el nivel de ruido e interferencias.


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2.2. Clasificacin de los Repetidores UMTS.

En primer lugar, es necesario identificar los diferentes tipos de repetidoresUMTS que es posible plantear y estn disponibles tecnolgicamente.

Bsicamente estos repetidores se pueden clasificar en los siguientes grandesgrupos:

Repetidores sobre soporte fsico. Repetidores sobre enlace inalmbrico.

Repetidores sobre soporte fsico

En la fig. 2.2 podemos ver el esquema bsico de un repetidor sobre soportefsico. El nodo B se conecta a travs del cable o fibra correspondiente hasta elrepetidor, de manera que toda la seal de radiofrecuencia viaja por estesoporte fsico, convenientemente adaptada para viajar por este medio.

Fig. 2.2 Estructura de un repetidor sobre soporte fsico

Ahora se pasar a describir las caractersticas principales:

Ventajas:

Baja atenuacin en el enlace Nodo B - Repetidor, lo que comporta

un aumento de la distancia posible entre ambos elementos y en lacapacidad del sistema.

Aislamiento total entre el enlace Nodo B - Repetidor y lascomunicaciones UE Repetidor, de modo que se evitan posiblesinterferencias entre ambos.

No es necesario tener visin directa entre el Nodo B y el repetidor.

Inconvenientes:

Mayor coste de implementacin, ya que es necesario desplegar elmedio de transmisin para el enlace Nodo B - Repetidor, o bien


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alquilarlo.

Clasificacin de repetidores sobre soporte fsico

Repetidores sobre cable coaxial:

La distancia mxima a la que puede ponerse el repetidor del Nodo Bdonante es reducida. Esto es debido a que, a las frecuencias deoperacin en las que estamos trabajando las prdidas de estos cablesson muy significativas, alcanzando distancias mximas de unos 300metros para valores estndar de potencia.

El grosor de los cables es poco apropiado y la distorsin de fase que segenera, obliga a incluir en el sistema un ecualizador de fase.

Fig. 2.3 Esquema bsico de un repetidor UMTS coaxial

Repetidores sobre cable de pares:

La idea subyacente de este tipo de repetidores es la de utilizar lasmismas infraestructuras de red de datos de rea local y reametropolitana (LAN y MAN) para realizar el enlace entre el Nodo Bdonante y el repetidor. Suele ser necesario utilizar tcnicas decancelacin de ecos para el funcionamiento correcto de estos sistemas.Los alcances tambin son limitados en distancia y suelen transmitir

la informacin de modo digitalizado.

Repetidores sobre fibra ptica:

Permiten distancias entre el Nodo B y el repetidor de hasta 5kilmetros. Soportan prdidas de hasta 20 dB.

Generalmente las seales UMTS no se envan directamenteconvertidas a seal luminosa, sino que previamente se trasladan a unafrecuencia intermedia.

Trabajan en muchas ocasiones con ms de una frecuencia portadora.


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Si esto ocurre, para el enlace descendente (downlink) se suele utilizarla tcnica llamada de multiplexacin de subportadora (SCM) y para elenlace ascendente (uplink) puede usarse esta misma tcnica o bien lade multiplexacin en longitud de onda (WDM).

Fig. 2.4 Esquema de conexin de un repetidor de radio sobre fibra

Repetidores sobre enlace inalmbrico

A diferencia de los anteriores no requieren de un soporte fsico entre laestacin base donante y el repetidor. Existen bsicamente dos grandes tiposde repetidores por enlace inalmbrico, los repetidores por radio y losrepetidores por infrarrojos. La fig. 2.5 muestra la estructura bsica de unrepetidor sobre enlace inalmbrico.

Sus caractersticas principales son:

Ventajas:

Sencillo y rpido de implementar. Permite disponer de las ventajasde los repetidores en poco tiempo.

Menor coste de implementacin, al no necesitar ningn despliegueni mantenimiento de un soporte fsico.

Inconvenientes:

Mayor atenuacin en el enlace Nodo B - Repetidor, que ademspuede variar en funcin de las condiciones climatolgicas.

Necesidad de tener visin directa entre el Nodo B y el Repetidor.


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Fig. 2.5 Estructura bsica de un repetidor sobre enlace inalmbrico

Clasificacin de repetidores sobre enlace inalmbrico

Repetidores sobre enlace de infrarrojos:

El radioenlace entre el Nodo B y la antena del repetidor se establececon una seal centrada en la banda del infrarrojo. Necesitan visindirecta y que las condiciones climatolgicas sean favorables lo cuallimita su longitud a unos pocos centenares de metros, la banda de

frecuencias de trabajo es de libre disposicin y no produceninterferencia alguna en los equipos terminales de usuario (UE).

Repetidores radio:

La comunicacin entre los repetidores y los Nodos B donantes seestablece mediante un radioenlace. En principio el repetidor no es msque un receptor, amplificador y transmisor, aunque se pueden incluir enl algunas funciones adicionales como el salto de frecuencia. En efecto,bajo este punto de vista existen al menos dos tipos de repetidoresradio (respectivamente) Repetidores iso-frecuencia y Repetidores de

traslacin de frecuencia (Reflex). Si bien, los primeros sontecnolgicamente ms simples, tienen algunos inconvenientes debido aque pueden introducir niveles de interferencia adicionales. Por tanto losniveles de amplificacin que pueden aplicarse en este caso sonsensiblemente menores.

2.2.1. Frecuencias de trabajo de los repetidores.

Respecto a las frecuencias de trabajo de los repetidores cabe hacer algunasconsideraciones. A un operador que instale un repetidor radio le interesautilizar para el radioenlace una frecuencia que le pertenezca, para tener queevitar pagar un canon adicional por el uso del espectro radioelctrico.


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Una opcin que reduce la interferencia sobre el mismo sistema es utilizarfrecuencias en la banda de microondas, teniendo en cuenta que esto implicaun gasto extra por la reserva de espectro y las limitaciones del enlace porinclemencias meteorolgicas.

Por otro lado, si se opta por no reservar nuevo espectro, se debe implementarel radioenlace de forma que no interfiera, ni disminuya la capacidad. En estecaso existen al menos dos opciones:

1. Utilizacin simple de frecuencias asignadas a UMTS: En este caso, eloperador asigna al radioenlace una pareja de frecuencias de entre las quetiene asignadas para el servicio UMTS. El principal problema es que sepueden enganchar a la red equipos de usuario que pueden confundirlo conun Nodo B convencional, aunque si estas copias de la seal entran dentro dela ventana de resolucin del receptor RAKE, podra aprovecharse para sumaren fase (combinacin MRC) ambas seales y mejorar la calidad del enlace

total.2. Utilizacin especial de frecuencias UMTS: Se trata de enviar las seales deRF invertidas o traspuestas para evitar enganches indeseados de usuarios alradioenlace donante-repetidor.

Existe otra opcin, nicamente aplicable a repetidores de traslacin defrecuencia, que es la utilizacin de parte de la banda asignada a otrosservicios de telefona mvil del mismo operador (esta opcin, por ejemplo, nopodra utilizarse en el caso de Xfera). Obviamente, en la zona de cobertura delradioenlace se interfieren los canales, sin embargo, el efecto de estasinterferencias puede ser tolerable bsicamente por dos motivos:

El ancho de banda de un canal UMTS es unas 22 veces superior alde otro GSM.

En UMTS, al menos para servicios de voz, la potencia requerida es20 dB inferior a la de GSM.

Recientemente ha aparecido un nuevo tipo de repetidores iso-frecuencia queincluyen una tcnica de cancelacin de interferencias de cara a poderaumentar la ganancia del repetidor sin necesidad de incrementar elaislamiento entre la antena receptora y la transmisora. Es el sistema llamado

ICS (Interference Cancelation System), la idea consiste en digitalizar la sealque se procesa en el repetidor, y aplicar tcnicas de procesado digital quepermiten reducir el nivel de interferencias generadas por la propia antenatransmisora. Desde el punto de vista de diseo de un sistema con este tipo derepetidores, el impacto de este mecanismo radica nicamente en que aumentael valor de la ganancia mxima aplicable en los repetidores.

2.2.2. Consideraciones generales sobre los repetidores.

Una vez presentada una visin general de los repetidores UMTS convienerepasar brevemente algunos aspectos especficos de su construccin, diseoy gestin.


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Control automtico de ganancia:

Para evitar que los amplificadores de los repetidores entren en zona nolineal y se saturen, pueden ir provistos de un control automtico deganancia que garantice que siempre trabajan en zona lineal.

La seal desde que sale de la estacin base y hasta que llega alrepetidor, experimenta una serie de cambios debido a las ganancias (detransmisin y recepcin) y perdidas (de propagacin) que haydurante este camino, las se indican en (2.1).

enlace

TXRXL

GGGPP

321= (2.1)

G1 es la ganancia de la antena en transmisin (TX) de la estacin base.

G2 es la ganancia de la antena en recepcin (RX) del repetidor.G3 es la ganancia interna del repetidor.Lenlace son las prdidas del enlace estacin base - repetidor.

De este modo se puede definir la Ganancia Global, que agrupa en unsolo valor todas las ganancias y prdidas que experimenta la sealdurante el camino estacin base - repetidor (2.2). Tambin es tilporque nos relaciona las potencias mximas de la estacin base y elrepetidor, de este modo el simulador comprobar la condicin (2.3). Sila condicin no se cumple se avisar al usuario. De este modo, si la

potencia mxima posible en el repetidor no implica saturacin, se podrproseguir con los parmetros de simulacin impuestos, en casocontrario se detendr la simulacin.

enlace

globalL

GGGG 321= (2.2)

REPETIDORMAXglobalBSMAX PGP ,, = (2.3)

Canal de servicio:

Es necesario establecer entre el Nodo B y sus repetidores un canal deservicio por el que se enve informacin de configuracin,mantenimiento y alarmas, as como rdenes de uso o des activacinde las diferentes portadoras utilizadas.

Ganancia fuera de banda:

Este factor es especialmente relevante en los repetidores radio y queadems en UMTS cobra una especial relevancia debido a la


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importancia de las interferencias en la capacidad y calidad de lascomunicaciones. Un elevado nivel de seal transmitida fuera de labanda til supone un incremento de las interferencias generadas en loscanales adyacentes y, por tanto, una disminucin de su capacidad.

2.3. Estudio del impacto sobre la capacidad del sistema.

La capacidad del sistema ser evaluada en trminos de factor de carga, quecomo ya se ha comentado en los apartados 1.4.4. y 1.4.5., ser fundamental ala hora de admitir a los terminales mviles en el sistema.

Se estudiar ahora un caso en el que se ha definido un factor de carga de 0.7. Este valor suele ser considerado por los operadores como el umbral mximode admisin ya que a partir de aqu pequeas fluctuaciones en el nmero deusuarios tienen un gran impacto en los niveles de interferencia mutua y sepodra desencadenar un proceso en cascada que implicara interferencias muyelevadas y la cada de la red de muchos usuarios. Este valor tambin seemplear posteriormente en las simulaciones que se llevarn a cabo. Por otrolado, las caractersticas del servicio son:

3

3

6

0

10616.7256

95.1

2561015

1084.3

95.19.2==

=

==

==

b

cp

pb

R

RG

dBGN

E

Primero tenemos el valor de la relacin existente ente la energa de bit y ladensidad espectral de potencia, que depende de la probabilida de error en elbit deseada. Adems, a partir de la tasa en bits/s (Rb ) y la tasa de chips (Rc)queda fijado el valor de la gamma target (=SNIR, relacin entre la seal til yel ruido ms las interferencias) y la ganancia de procesado (Gp).

En un primer lugar, se centrar el estudio en el caso en el cual nicamente setiene un escenario con una estacin base (cuya potencia mxima es de 43dBm), y se ver a cuantos terminales mviles se pueden admitir en el sistema:

sUEMMM

MPP

PMSi

PMP

P

PMP

MP

RXN

RX

RXN

RX

NRX

RX

9210616.77.0

10616.7200

)1(

7.0

3

3

==

=+

==

+=

=+

=

(2.4)


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Como se puede observar en (2.4) pasamos a tener un sistema de ecuaciones,donde nuestro objetivo es encontrar el nmero de usuarios admitidos en elsistema (M). Sabemos que el factor de carga depende del nmero deusuarios, la potencia recibida y de la potencia de ruido, que en este caso, altener solamente una estacin base, denominaremos simplemente PN.

Despus de realizar los clculos en (2.4), se obtiene un valor de 92 usuariosen el sistema.

Posteriormente, a la hora de realizar las simulaciones, se puede comprobarque este valor terico coincide con el valor obtenido en el simulador utilizado.

Se estudiar ahora el caso de un escenario con una estacin base y un solorepetidor ambos con una potencia mxima de 43dBm.

Igual que en el caso anterior, tendremos un sistema de dos ecuaciones, pero

en este caso, al introducir un repetidor, la potencia de ruido cambia, por lo queaadiremos un nuevo factor PN (se ha asumido que el repetidor tiene el mismoruido que la estacin base)en el numerador y en el denominador, pasando atener una nueva expresin para el factor de carga (2.5).

( )sUEMM

P

MPM

MPP

PPM

MPP

PMSi

PMP

P

PMP

PMP

R

RG

dBGN

E

N

N

NRX

RX

N

RXN

RX

RXN

RX

NRX

NRX

b

cp

pb

5210616.74.02

1

12

10616.72

200

)1(2

7.02

10616.7256

95.1

256

1015

1084.3

95.19.2

3

3

3

3

6

0

==

+

=

+

=+

==

+=

=+

+=

==

=

==

==

(2.5)

En este caso el valor obtenido (52 usuarios) tambin coincidir con el delsimulador.

Veamos ahora en (2.6) cual sera el factor de carga de 52 usuarios sinrepetidor en el escenario, para saber as a cuantos terminales mviles se han


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dejado de admitir por el hecho de instalar un repetidor. Es decir, se evala ladegradacin en capacidad que implica instalar un repetidor:

4.0

5210616.7

52

52

3

=

+=

+=

+=

+=

RXN

RX

NRX

RX

RXN

RX

NRX

RX

PP

P

PP

P

MPP

P

PMP

MP

(2.6)

Vemos que el repetidor no admite a (92-52 =) 40 terminales mviles paraseguir manteniendo un factor de carga de 0.7, valor que habamos impuesto ala hora de simular. Ntese que esta degradacin en la capacidad es lgica yaque la instalacin de un repetidor implica un incremento de ruido que laestacin base percibe como un nivel extra de interferencia. En conclusin, sepuede afirmar que la introduccin de repetidores implicar una disminucin enel nmero de usuarios que el sistema puede admitir.

2.4. Repetidores UMTS en el mercado actual.

Para ver que podemos encontrar actualmente en el mercado, se haseleccionado una serie de repetidores para poder ver sus principalescaractersticas, en concreto, las que se han mencionado previamente.

A continuacin se pueden ver una serie de repetidores UMTS, de uno de losprincipales fabricantes existentes, como poda haber sido Siemens, Nokia oEricsson. En este caso se trata de JUNI, cuya gama de repetidores esbastante extensa y proporciona informacin detallada y accesible va web (notan habitual en el resto de fabricantes).

En primer lugar se mostrarn repetidores para usar en entornos de tipo indoor

(interiores) as como un esquema de instalacin en el que se puede ver elenlace estacin base-repetidor (con antena externa) y las antenas decobertura propiamente dichas (internas, en el interior del edificio) (fig. 2.6)


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Fig. 2.6 Repetidores UMTS de tipo indoor

En este tipo de repetidores, el rango de potencies mximas, est comprendidoentre 7 dBm y 27 dBm. Estn pensados para ser instalados en pequeos omedianos recintos. Pueden tener hasta 80 dB de ganancia. Los repetidoresdenominados de clase C y D en las simulaciones, podran estar dentro de estegrupo.

A continuacin se pueden ver repetidores para exteriores (outdoor). Este tipode repetidores, aunque tambin podran utilizarse para dar cobertura enespacios cerrados, estn pensados principalmente para ser instalados en

exteriores. Sus potencias mximas son ms elevadas que los anteriores, delorden de 30 a 43 dBm. Se puede ver que estos valores se corresponden conlos repetidores de tipo A y B que sern utilizados en las simulaciones (fig.2.7).

Fig. 2.7 Repetidores UMTS de tipo outdoor

Se muestra ahora el caso de un tipo de repetidores que incorpora latecnologa de cancelacin de interferencias. Teniendo en cuenta que uno delos problemas que se pueden tener a la hora de utilizar repetidores, es laaparicin de seales interferentes que llegan fuera de la ventana del receptorRAKE, y de esta manera representan ecos destructivos para la seal, lautilizacin de este tipo de repetidores puede ser de gran ayuda si se deseatener una calidad ptima en las comunicaciones (fig. 2.8). Aparte de tener


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esta tecnologa, el resto de caractersticas de este repetidor es similar al de losanteriores (outdoor), teniendo una potencia mxima de 43 dBm.

Fig. 2.8 Repetidor UMTS con sistema de cancelacin de interferencias

Tal y como se ha comentado en un punto anterior, si se desea hacer unenlace de varios kilmetros, es posible utilizar repetidores de radiofrecuencia(RF) o sobre fibra ptica. Con este tipo de repetidores se tienen valores depotencia mxima de alrededor de los 46 dBm, y se pueden cubrir distancias dehasta 5 km. Esta clase de repetidores consta de dos unidades, por un lado laestacin remota, y por otro la donante (fig. 2.9).

Remoto Remoto

Donante Donante

Fig. 2.9 Repetidores sobre fibra ptica y de radiofrecuencia


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CAPTULO 3. DISEO

3.1. Simulador

3.1.1. Justificacin del uso de simuladores en UMTS.

W-CDMA es una tecnologa compleja que implica una estrecha relacin entreel nmero de usuarios que hay en el sistema y la cobertura que ste puedeofrecer. Esto hace que la planificacin de red tenga una cierta complicacin.En general, es tal la complejidad de los clculos, que no es posible plantearsoluciones en forma de funciones matemticas, y esto hace que se debaemplear simuladores o simplificaciones para obtener estimaciones sobre elcomportamiento de la red.

Es necesario tener en cuenta no slo la cobertura y la cantidad de trficocursado (como en 2G) sino tambin la estrecha relacin que existe entreambos, ya que a medida que se incrementa el trfico en una cierta celda, suradio efectivo disminuye. A este efecto caracterstico de los sistemas 3G se leconoce como respiracin celular o cell breathingy se comenta a continuacin:

Lgicamente, el sistema UMTS deber garantizar que la Eb/No de lasconexiones sea superior a un cierto umbral que depende del tipo de servicio ysu tasa de error mxima tolerable. En general, en un sistema CDMA, la Eb/Nose puede expresar como:

pp

NI

RX

o

b GGPP

P

N

E =+

= (3.1)

Donde: PRX es la potencia de la seal til en recepcin. PI es la potencia interferente. PN es la potencia de ruido trmico Gp es la ganancia de procesado asociada al cdigo de ensanchamiento

utilizado en la comunicacin. : o SNIR es la relacin entre la potencia de seal til y la potencia no

til (ruido ms interferencias).

A partir de dicha expresin se puede expresar la potencia que debe transmitirun cierto usuario para conseguir la mnima que garantiza la Eb/No necesaria.

+=+=+= 1

)()( TOTRXPTXNIPTXNIRX PLPPPLPPPP (3.2)

Donde:PTX es la potencia de transmisin del terminal.

PRX-TOT es la potencia total en recepcinLP son las prdidas por propagacin entre el terminal y la base.


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Diseo 35

De la expresin anterior se puede observar que la potencia de transmisin deun cierto terminal depende de las prdidas de propagacin con la base ytambin de la potencia total recibida en dicha base. De este modo, si aumentael nivel de interferencia (o de ruido), los terminales deben transmitir a una

potencia superior. En consecuencia, y dado que la potencia mxima de losterminales es finita, la atenuacin mxima que pueden compensar se reduce yla distancia mxima con respecto a la base tambin es menor. El radioefectivo de la celda se reduce.

3.1.2. Tipos de simuladores.

Tal y como se justific en el apartado anterior, el uso de simuladores en elanlisis de UMTS es inevitable por su complejidad. En general, se distingueentre dos tipos de simuladores, los dinmicos y los estticos. Los primeros sesuelen utilizar para evaluar procedimientos que varan a lo largo del tiempo(como puede ser un cierto algoritmo de handovero un control de congestin).Para los clculos de capacidad-cobertura es ms habitual utilizar el segundotipo. Este tipo de anlisis es denominado de Montecarlo, apropiado paraestimar valores medios y varianzas pero no para obtener una evaluacintemporal de la variacin de las potencias de los mviles.

De este modo, se ha partido de un programa (simulador esttico) en C++ quesimulaba un escenario en el que nicamente se poda ubicar estaciones basey se ha modificado para poder introducir repetidores y estudiar as sus efectos.

Por tanto, ya se puede comentar que el anlisis se efectuar sobre un nmerosuficiente de simulaciones, cada una de las cuales tiene en cuenta unconjunto de situaciones instantneas (snapshots) de las posiciones de losmviles (una posicin distinta por snapshot) que corresponden a una mismadistribucin estadstica. Este proceso debido a su naturaleza aleatoria, ha derepetirse un nmero de veces suficientes para poder determinar un valormedio viable aun en situaciones no favorables.

3.1.3. Modificaciones en el programa base.

Se ha partido de un programa en C++ que simulaba un escenario esttico(modelo de Montecarlo) en el que nicamente era posible poner estacionesbase y se ha modificado para poder introducir repetidores y estudiar as susefectos.

El primer paso a la hora de modificar el programa base, ha sido programar unaclase que encapsule las propiedades (antena, potencia mxima, ganancias,etc.) y mtodos asociadas a los repetidores (calcular ganancia global, obtenernivel de ruido para actualizar factor de carga, etc).

Una creado el elemento Repetidor, se tuvo que ver que factores se veranmodificados a la hora de introducirlo en el escenario. El primer factor que se


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retoc fue la potencia recibida en la estacin base. Ahora no ser nicamentela que llega desde los terminales, sino que tambin est la que recibe delrepetidor. Se recibe nueva potencia til as como tambin nuevasinterferencias. Aunque las simulaciones se han realizado con una nica celda,el simulador tambin considera la presencia de interferencias de tipo

intercelular captadas por el repetidor.

Otro elemento a retocar ha sido la potencia de ruido total, ya que al introducirrepetidores, depender del nivel de ruido que existe cuando solo hay unaestacin base ms la suma de todas las potencias de ruido aportadas porcada uno de los repetidores incluidos en el escenario y convenientementemodificadas segn el enlace instalado entre la base y cada repetidor.

Una vez modificados todos estos factores en el programa, a la hora desimular, se han tenido en cuenta otros factores ms hasta llegar a su correctofuncionamiento. Uno de ellos ha sido las coordenadas donde se sitan los

repetidores, de tal manera que se pueda crear un escenario lo mas realistaposible. Por ejemplo, para elegir el emplazamiento del primer repetidor, secalcul que su rea de cobertura, delimite con el de la estacin base, en elpunto en el cual existe una cobertura en el 95% de las ubicaciones (fig. 3.3).

Tambin se han hecho clculos para elegir el factor de carga adecuado, y unavez efectuados, comprobar que los resultados obtenidos mediante elsimulador eran totalmente correctos, y coincidan con los calculadostericamente.

3.2. Caractersticas de la simulacin (despliegue)

Se harn una serie de simulaciones, concretamente sobre un escenario conuna sola estacin base, al que se irn aadiendo repetidores, con la finalidadde poder ver cmo afectan sobre diferentes factores que posteriormente seestudiarn. As pues, este estudio se basar en un nmero total de 21simulaciones, una en la que solamente estar la estacin base y el restoescenarios a los que se irn aadiendo repetidores, hasta un total de 5 cadauno de un tipo diferente.

A continuacin se enumeran y explican las caractersticas de las principalesentidades que intervienen en la simulacin.

3.2.1. Escenario.

La distancia horizontal (eje X) del escenario es de 15 km y la distanciavertical (eje Y)de 3 km.

El nmero de usuarios, todos ellos conversacionales, es decir, nicamente serealizan llamadas de voz, que se ha considerado para este grupo desimulaciones es de 500, todos ellos distribuidos uniformemente.

El nmero de muestras o snapshots para cada simulacin es de 500.


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Diseo 37

El valor de otros factores que ya han sido comentados en apartados anterioresser de:

Factor de carga mximo considerado por el control de admisin:= 0.7

Potencia de la seal CPICH o piloto: 18 dBm Ec/Io mnima necesaria para que el terminal pueda acceder a la red

(cobertura piloto): -18 dB

Tal y como se coment, el programa tiene en cuenta que se cumpla lacondicin en la que la potencia mxima de la estacin base, sea siempre iguala la ganancia global (Gglobal) por la potencia mxima del repetidor:

enlace

global

REPETIDORMAXglobalBSMAX

L

GGGGDonde

PGP

321

,,

=

=

(3.3)

3.2.2. Estacin base.

La estacin base se situar en la coordenada (2000, 1500) metros y tendruna altura de 32 metros. El nivel de ruido interno es igual a -103 dBm.Respecto a la antena se trata de un modelo real y comercial actual de lamarca Kathrein (fig. 3.1), modelo 741790. Es ommidireccional, trabaja en elrango de frecuencias comprendido entre los 1920 - 2170 MHz., puedetransmitir a una potencia mxima de 43 dBm. Su diagrama de radiacinvertical lo podemos ver en la fig. 3.2. El horizontal no es necesario mostrarlodado que es prcticamente de una omnidireccionalidad perfecta.

Fig. 3.1 Antena Kathrein, modelo 741790


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Coordenadas Potencia mxima Ruido Antena(200, 1500, 32) 43 dBm -103 dBm Omnidireccional

Tabla 3.1 Caractersticas de la estacin base

Fig. 3.2 Diagrama de radiacin vertical de la antena utilizada

3.2.3. Repetidores.

Se han utilizado 4 tipos de repetidores, todos ellos con caractersticas realistassegn la bsqueda de equipos realistas que se realiz previamente. Ladiferencia principal entre ellos es la potencia mxima de transmisin, y tansolo en uno de ellos, tendremos un valor de ruido diferente al de los dems.De este modo se podr evaluar el impacto sobre factores como la capacidad,la cobertura, las potencias de transmisin, etc.

Para situarlos en el escenario, se ha tenido en cuenta que su rea decobertura delimite con el punto en el que el de la estacin base tenga un valorde aproximadamente un 95%. Este clculo se ha realizado con un repetidorque pueda transmitir a la misma potencia que la estacin base (fig. 3.3). Deeste modo podemos introducir en el escenario hasta 5 repetidores, cuyas

coordenadas se pueden ver a continuacin (tabla 3.2).

Nmero de repetidor Coordenadas (Kilmetros)1 (4, 1.5, 0.32)2 (6, 1.5, 0.32)3 (8, 1.5, 0.32)4 (10, 1.5, 0.32)5 (12, 1.5, 0.32)

Tabla 3.2 Coordenadas de los repetidores en el escenario

Las antenas son idnticas a la de la estacin base, es decir, de tipoommidireccional (tabla 3.3).


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Diseo 39

Tipo Potenciamxima

GananciaGlobal

Ruido Antena

A 43 dBm 0 dB -103 dBm OmnidireccionalB 35 dBm -8 dB -103 dBm Omnidireccional

C 15 dBm -28 dB -103 dBm OmnidireccionalD 15 dBm -28 dB -97 dBm Omnidireccional

Tabla 3.3 Caractersticas de los repetidores

Punto en el que aproximadamente el rea de cobertura de la estacin base es del 95%

Fig. 3.3 Zona de cobertura de la estacin base y el repetidor

3.3. Grupo de simulaciones

Las simulaciones que se han realizado para poder ver el impacto que tienenlos repetidores sobre un escenario en el que antes nicamente haba unaestacin base, y as poder realizar el estudio de los diferentes factores, son lassiguientes:

Una sola estacin base con los usuarios distribuidos uniformemente.

Las simulaciones posteriores incluirn esta condicin, es decir, una estacinbase con usuarios distribuidos de manera uniforme, nicamente iremosintroduciendo repetidores en las coordenadas que se indican en la tabla 3.2. Acontinuacin veremos el caso para un repetidor de clase A:

Un repetidor. Las coordenadas en las que estar situado el primerrepetidor han sido elegidas siguiendo el criterio que aparece en elapartado 3.2.3. y podemos verlas en la fig. 3.3.

Dos repetidores. Las coordenadas han sido seleccionadas de la mismamanera que en la anterior simulacin.

Tres repetidores. Cuatro repetidores. Cinco repetidores.


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Las siguientes simulaciones sern igual que las anteriores, pero con diferentestipos de repetidores, concretamente, del tipo B, C y D. De esta manera setendrn un total de 21 simulaciones, 1 para una sola estacin base, y 5 paracada clase de repetidor.

3.3.1. Escenarios en funcin del CPICH y los pxeles con cobertura.

A continuacin podemos ver la representacin de los niveles de Ec/Iorecibidos y medidos sobre la seal CPICH (1.4.2.) y de los pxeles concobertura para distintas simulaciones comentadas en el apartado anterior.Estas grficas tambin nos ayudarn a poder visualmente el escenariosimulado y las coordenadas donde se situarn la estacin base y losdiferentes repetidores.

De la fig. 3.4 a la fig. 3.7 se puede ver la representacin de los pxeles concobertura, representados con la tonalidad azul oscuro, aunque para msdetalle se adjunta en cada grfica una barra de colores que va del 0 al 1,donde el valor 0 es el mximo de cobertura que puede tener un pxel y el valor1 el mnimo.

Fig. 3.4 Pxeles con cobertura en un escenario con una sola BS

Fig. 3.5 Pxeles con cobertura en un escenario con una BS y 2 repetidores A(43dBm)


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Diseo 41

Fig. 3.6 Pxeles con cobertura en un escenario con una BS y 5 repetidores B(35dBm)

Fig. 3.7 Pxeles con cobertura en un escenario con una BS y 5 repetidores D(15dBm)

De la fig. 3.8 a la fig. 3.11 , se puede observar que el valor obtenido en laslocalizaciones de la estacin base y los repetidores es de aproximadamente-18 dB, valor que como se ha indicado en el apartado 3.2.1, ha sido impuestocomo umbral mnimo para tener cobertura piloto:

Coordenadas donde se sita la estacin base

Fig. 3.8 Ec/I0 CPICH de un escenario con una sola estacin base (BS).


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Coordenadas donde se sita el primer repetidor

Fig. 3.9 Ec/I0 CPICH de un escenario con una BS y 2 Repetidores A (43dBm)

Fig. 3.10 Ec/I0 CPICH de un escenario con una BS y 5 Repetidores B(35dBm)

Fig. 3.11 Ec/I0 CPICH de un escenario con una BS y 5 Repetidores C(15dBm)

3.4. Diferencias entre un escenario sin y con repetidores

En este apartado veremos cuales han sido los cambios ms significativos alintroducir repetidores en un sistema en el que antes solo existan estacionesbase.


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Diseo 43

3.4.1. Escenarios sin repetidores.

En un escenario en el que no se haga uso de repetidores tendremos encuenta principalmente los siguientes factores.

3.4.1.1. Potencia recibida

Se determinar la potencia recibida en cada uno de los terminales,concretamente, las modificaciones que se producen en la seal desde que estransmitida por la estacin base, hasta que se recibe en los mviles, la cual lapodemos saber a partir de la siguiente expresin fundamental:

PROP

TXRXTXRX

L

GGPP =

(3.4)

En (3.4) se calcula la potencia recibida en los terminales mviles, que serigual a la potencia transmitida por la estacin base, por las ganancias enrecepcin y transmisin de las antenas, todo esto dividido entre las perdidasde propagacin. Donde la Lprop es, bsicamente, las prdidas introducidas porla distancia del enlace entre el terminal mvil (UE) y la estacin base (BS) (fig.3.12).

Lprop

Fig. 3.12 Prdidas de propagacin

As pues, a la hora de simular, se tendr que configurar cada pxel (lugar delescenario donde se pueden lanzar a los diferentes usuarios), en funcin de laexpresin anterior, es decir, cada uno de ellos tendr un nivel de potencia, queha sido calculado anteriormente utilizando (3.4).

3.4.1.2. SNIR target

Otro factor importante a tener en cuenta, es la SNIR target, que viene dadapor la siguiente expresin:

))(()),((

)),(()),(()(

1

ksnjkSP

kkSP

PP

kkSPk

k

kjj

RX

RX

nI

RX

+=

+=

=

(3.5)

Como se puede ver, la SNIR asociada a un usuario K se calcula como elcociente entre la potencia recibida del usuario Ken la estacin base que le


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proporciona servicio s(K), y la potencia total restante recibida en dichaestacin base (resto de usuarios de la misma clula, usuarios de otras clulasy ruido trmico).

Sumando y restando en el denominador la potencia recibida en s(K) del

usuario Kbajo estudio se obtiene la frmula siguiente:

))(()),(()),((

)),((

1

ksnkkSPjkSP

kkSP

RX

k

j

RX

RX

+=

(3.6)

El sumatorio en la expresin anterior es la potencia total recibida en laestacin base s(k).

En general se expresa la potencia total recibida en una estacin base como el

sumatorio de las potencias recibidas de todos los usuarios activos en elsistema:

=

=k

j

RXtotalRX jkSPmP1

, )),(()( (3.7)

De esta manera podemos llegar a la expresin final:

))(()),(())((

)),((

, ksnkkSPksP

kkSP

RXtotalRX

RX

+

(3.8)

De la ecuacin anterior obtenemos:

))((

)),(()(

))(())((

)),(()(

))(())((

)),((

)(1

)()(

,

,

ksN

kksLkP

ksnksP

kksLkP

ksnksP

kkSP

k

kk

T

propTX

totalRX

PROPTX

totalRX

RX

=+

=

=+

=+

(3.9)

Siendo )(k el SSIR (Signal to Signal plus Interferente Ratio). En eldenominador, el trmino ))(( ksNT representa la potencia total recibida en la

estacin base que sirve al usuario Kms el ruido trmico de dicha estacinbase.

Despejando se obtiene la potencia recibida proveniente del usuario K, o bienla potencia que debe transmitir dicho usuario para alcanzar el SIR objetivo.

))(()),(()()( ksNkksLkkP TpropTX = (3.10)


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Diseo 45

3.4.1.3. Factor de carga

Otro aspecto a tener en cuenta en el despliegue de una red UMTS es el factorde carga, que utilizado por el control de admisin y el control de congestin,ir controlando los usuarios que pueden entrar en el sistema, tal y como ya se

ha dicho en apartados anteriores. Este nuevo elemento lo podemos obtener apartir(3.11).

( )

101

1

),(),(

+

==

=

==

====

NTOTAL

NTOTAL

N

TOTAL

NTOTAL

N

TOTAL

TXRXTX

PROP

TXRX

TXRX

PP

PP

P

PNR

PPNRdBP

PNR

NRLfILfPG

LPPL

GGPP

(3.11)

Se puede ver pues que el factor de carga depende de la potencia total y lapotencia de ruido, y que este valor oscilar entre los valores 0 y 1. Ntese ladependencia del factor de carga con el NR (noise rise o incremento de ruido),cuando el factor de carga vale 0, el NR es unitario (como en dBs es unparmetro aditivo le corresponde un valor de 0dB). Por otro lado, si el factor decarga vale 1, el NR es infinito y equivale a una situacin de interferenciasinfinitas. En una situacin real, dado que los terminales estn limitados enpotencia, el factor de carga nunca podra alcanzar el valor 1, en todo caso sepuede afirmar que es una cota superior a la que tiende.

Como se muestra en la fig. 3.13, la potencia de transmisin de un terminal enfuncin del factor de carga, tiene un comportamiento de tipo exponencial, porlo que hay un valor a partir del cual, a pequeas variaciones del factor decarga (), se producen grandes variaciones de potencia, lo que se puedetraducir como inestabilidad en el sistema. Es por este motivo que el control deadmisin debe tomar como umbral de referencia un valor ligeramente inferior(tpicamente 0.65-0-75).

Fig. 3.13 Grfica del factor de carga en funcin de la potencia transmitida

Finalmente hay que tener en cuenta que la interferencia en una clula nosolamente es intracelular, sino que tambin es intercelular, as que, no solo


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bastar con controlar a los terminales mviles que se conecten a nuestraestacin base.

3.4.2. Escenarios con repetidores.

3.4.2.1. Potencia recibida

En el caso que se decida introducir repetidores, empiezan a surgir una seriede cambios a la hora de plantear el nuevo escenario. El ms significativo serael de reconfigurar los pxeles. Esto se har modificando la formula (3.4), quese ha visto con anterioridad:

+=

+

=+==

REPefBSefTXREP

REPTXRX

TXPROP

BSTXRX

TX

REP

REPTXRXTX

PROP

BSTXRXTXRX

PROP

TXRXTXRX

LLPL

GG

PL

GG

P

L

GGP

L

GGPP

L

GGPP

,,

11)()(

)()(

(3.12)

REPefBSef

REPefBSef

REPefBSefef LL

LL

LLL ,,

,,

,,

111

+

=+=

(3.13)

Bsicamente se puede observar que ahora aparece un nuevo elemento,denominado prdidas efectivas (Lef), que son la suma en paralelo de lasprdidas que hay del terminal mvil a la estacin base (Lef, BS) y las prdidasdel terminal mvil hacia el repetidor (Lef, REP) (fig. 3.14).

LBSLREP

Fig. 3.14 Perdidas de propagacin hacia la base y hacia el repetidor.

De esta manera pasaremos a tener la siguiente expresin, que nos indicarque potencia se recibe ahora en cada pxel del escenario, al haber introducidoun repetidor en el.

ef

TXRXL

PP1

= (3.14)

Todos estos clculos estn pensados para que se cumplan siempre y cuandola ventana del receptor RAKE sea lo suficientemente grande como para utilizar

las distintas aportaciones como ecos que se puedan combinarconstructivamente, es decir, si entran dentro del tiempo estipulado, se harn


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Diseo 47

las correcciones necesarias para dejar las distintas componentes en fase parapoder sumarlas.

3.4.2.2. Ruido

Respecto al nivel de ruido, se ha de tener en cuenta que en un escenario sinrepetidores, el nivel de ruido de una base, es el que aporta dicha estacinbase. En el momento que introducimos repetidores, el ruido que percibiremosen una estacin base, ser el suyo mas el de cada uno de los repetidoresvinculados a ella.

La potencia de ruido en un repetidor podemos obtenerla mediante laexpresin:

(3.15)

Para calcular la potencia de ruido en el repetidor primero se ha obtenido lapotencia de ruido en la antena de la estacin base, la cual depende delproducto entre la constante de Boltzmann (1'38.10-23 J /k), el ancho de bandaen el que estamos trabajando y la temperatura. Posteriormente se ha pasadoa calcular la potencia de ruido en recepcin, que es el valor obtenidoanteriormente por el factor de ruido, cuyo valor se puede encontrar en lascaractersticas de cada uno de los repetidores (tabla 3.3). Despus se hacalculado el ruido perteneciente a cada repetidor, que es el valor anterior porla ganancia global, calculada en (2.2).

Finalmente se ha llegado al valor de la potencia de ruido total en la estacinbase al introducir repetidores, que depender del nivel de ruido ms la sumade todas las potencias de ruido aportadas por cada uno de los repetidoresincluidos en el escenario (3.16).

=+=

I

i

repNBSNtotal iPlevelnoiseP0

,, )(_ (3.16)

Donde i es el nmero de repetidores de la base y noise_level el nivel deruido propio de la estacin base.

3.4.2.3. Potencia mxima

Como se ha comentado anteriormente, a la hora de escoger los valores deganancia de un repetidor tenemos que tener en cuenta que siempre se debecumplir la condicin siguiente:

GgPP

FPP

BTkP

RXNrepN

antNthRXN

antNth

==

=

)(

)(

,,

,,

0,


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gBSMAXIMAREPETIDORMAX GPP += ,, (3.17)

Si estamos en una condicin tal queGgPP BSp +< max,Remax, , el repetidor

presenta una ganancia inferior a la mxima posible.

Si estamos en esta otra situacinGgPP BSp +> max,Remax, , el repetidor se

encuentra en una situacin de potencial saturacin de amplificadores.

El simulador se ha programado de manera que realice un control de este valor(ganancia global), de manera que si nos encontramos en una de las dossituaciones anteriores se nos avisar por pantalla en el momento de iniciar lasimulacin. Concretamente, si se produce el primer caso, solamente se nosindicar mediante un mensaje, de manera que lo tengamos en cuenta a la

hora de estudiar los resultados, mientras que si por el contrario estamosdentro de la segunda condicin, adems de mostrarse un aviso en pantalla,no se permitir continuar con la simulacin.


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Simulaciones 49

CAPTULO 4. SIMULACIO

Utilizacion de Repetidores UMTS Para Mejorar La Cobertura.

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