curso umts tmm parte 2
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ACELERAR PARA
SER MÁS LÍDERES Planificación radio UMTS
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Índice
01 Introducción
02 Capacidad en redes UMTS: fundamentos teóricos
03 Análisis práctico de redes UMTS
04 Predicción de cobertura en redes UMTS
05 Diseño y configuración de la red de acceso radio
06 Experiencias de HSPDA
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Introducción
Definición y ámbito de la planificación radio Planificación radio GSM vs UMTS Asignación de espectro UMTS en España Red UMTS de TME
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Desarrollo de un conjunto de actividades tecno-económicas, con el objetivo de optimizar el despliegue de estaciones base, en número, ubicación y configuración de las mismas, para satisfacer unos determinados objetivos de cobertura, capacidad y calidad fijados para una red móvil.
Definición de la planificación radio01
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Estadios de la planificación radio
Planificación celular nominal: Dimensionado inicial para un país, región, o ciudad, del número y
configuración básica de las estaciones base necesarias Método básico:
Según la superficie a cubrir y el tráfico a cursar se determinan los radios de cobertura de las diferentes configuraciones a utilizar en cada entorno:
Condiciones de propagación genéricas Distribuciones homogéneas del tráfico en cada zona
Mejoras: Utilización de herramientas de planificación
Permiten: Evaluación previa de la rentabilidad de desplegar una red Dimensionar inicialmente los presupuestos y los recursos principales
para el despliegue
Planificación celular detallada: Planificación “real” de la red radio:
Determinación de zonas de búsquedas y localizaciones específicas Diseño de obras Actividad continuada en el tiempo, ligada con otras actividades
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Planificación GSM vs. UMTS (I)
GSM (FDMA/TDMA) Sistema limitado por
dimensiones: El espectro disponible se
fracciona en canales ortogonales que deben reutilizarse
El diseño para cobertura debe garantizar fundamentalmente cobertura continua de mejor servidor
Mientras que se respeten las restricciones del plan de frecuencias, la cobertura y capacidad no están ligadas.
Para aumentar la capacidad: Instalación de portadoras
adicionales División y densificación celular
División celular
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Planificación GSM vs. UMTS (II)
UMTS (WCDMA) Sistema limitado por interferencia:
La interferencia no se produce por reutilización, sino por la propia naturaleza de los canales
Número prácticamente ilimitado de canales no ortogonales El número máximo de comunicaciones simultáneas se ve limitado por
al umbral de máxima interferencia admisible Además de garantizarse una cobertura continua de mejor servidor de
piloto, deben tenerse presente las interferencias y posible polución debida a los siguientes pilotos más fuertes
Cobertura y tráfico (volumen y tipo) están siempre ligados: A medida que el tráfico por estación crece y aumenta el nivel de
interferencia, los radios de cobertura efectivos de las estaciones empiezan a disminuir (cell breathing)
El modelado del tráfico es mucho más crítico que en redes 2G
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Planificación GSM vs. UMTS (III)
UMTS (WCDMA) (cont.) Para aumentar la capacidad:
Utilización de frecuencias adicionales: Capas jerárquicas, evitando en la medida de lo posible el
traspaso entre frecuencias Inserción de nuevos emplazamientos:
Mayor coste económico Las nuevas posiciones deben seleccionarse en los
lugares donde se tiene constancia que se requiere mayor capacidad
Nuevas tareas en la planificación y configuración Planificación de códigos
Similar a la planificación de frecuencias, pero más sencilla Planificación de potencia de canales comunes Dimensionado de recursos de banda base (elementos de canal) Estudio de la coubicación con otros sistemas 2G y 3G Coordinación para funcionamiento de la red dual GSM-UMTS:
Definición de colindancias 3G y 2G
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Atribución de frecuencias UMTS
La canalización es libre, sólo se definen los bordes de la banda. Con un paso de 200 KHz el operador puede determinar sus frecuencias centrales como desee siempre que se respeten los límites de los bloques que tenga asignado.
Por el momento, suponiendo un BW=5 MHz, se utiliza la siguiente canalización provisional para las frecuencias centrales (no incluye las guardas):
FDD: n=1,...,12 Banda inferior: uplink Fn(MHz)=1922.5+5(n-1) Banda superior: downlink Fn(MHz)=2112.5+5(n-1) BANDA DE TME: “canales” 10-12 = 15 MHz (reales 14.8 MHz por las bandas de guarda)
TDD: n=1,...,4 Banda única: Fn(MHz)=1902.5+5(n-1) BANDA DE TME: “canal” 3 = 5 MHz (reales también 5 MHz en este caso)
UARFCN (UMTS Absolute Radio Frequency Channel Number): UARFCN=5*f (MHz) 0.0 MHz <= f <= 3276.6 MHz
Para el modo FDD:Enlace ascendente: 9612 a 9888Enlace descendente: 10562 a 10838
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Ámbito de la planificación radio UMTS
Los diferentes modos de explotación UMTS requieren metodologías de planificación diferentes: FDD:
Los esfuerzos de planificación se centran actualmente en este modo de funcionamiento.
Los entornos urbanos son los prioritarios TDD:
No se va a utilizar en las fases iniciales de explotación de redes UMTS La tecnología TDD está más retrasada que la FDD
Su empleará en zonas restringidas, en las que se precisará de una planificación “a la medida”
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Despliegue de red medianteestructuras celulares jerárquicas
Despliegue convencional para distribuciones no homogéneas del tráfico:
Capa de Macrocelúlas 1 ó 2 portadoras FDD (2x5 MHz) Zonas de cobertura grande Usuarios de alta movilidad
Capa de Microcélulas Zonas urbanas reducidas (200-400 m) Usuarios de movilidad baja
Capa de Picocélulas Cobertura en interiores (70-80 m) Servicios de alta tasa binaria y movilidad
muy reducida Explotación FDD (2x5 MHz) o TDD (1x5
MHz)
NIVEL PICOCELULARRango: 10 a 50 m. Cobertura interiorPoca movilidad (< 10 km/h)NIVEL MICROCELULAR
Rango: 50 a 300 m.Cobertura urbana: Hot spotsMovilidad mediana (> 10 km/h)
NIVEL MACROCELULARRango: 300 m a 20 Km. Cobertura exterior, suburbana y ruralAlta movilidad
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Dimensiones del despliegue UMTS
Dos dimensiones principales: Extensión de cobertura con una
capa macrocelular: Cobertura continua en
exteriores e interior de vehículos
Penetración moderada en interiores
Refuerzo futuro de las microcélulas
Prestación de servicios de alta tasa binaria en condiciones cuasiestáticas (Hot Spots)
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Red UMTS Fase I de TME (Junio 2002)
Modo UTRA-FDD conforme al Release-99 del 3GPP
Evolución de la arquitectura de red GSM con dominios complementarios en modos circuito y paquete
Despliegue inicial de capas macrocelulares aisladas en las ciudades de España con más de 250.000 habitantes
Reutilización de parte de la infraestructura de la red 2G
Cifras básicas de la red: Aprox. 750 nodos B, más de 2.200
células 12 RNC (Radio Network Controller) Red de transporte sobre un backbone
ATM Plataforma U-MSC+MGW, HLR, VLR,
AuC para conmutación de circuitos Plataforma U-SGSN+U-GGSN para
conmutación de paquetes
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Evolución del despliegue UMTS (I)
Evolución del despliegue: Lanzamiento de servicios comerciales en Mayo de 2004 Incremento progresivo del número de nodos Servicios en modo paquete hasta 384 kbit/s
Red dual UMTS/GSM/GPRS
Videoteléfonos duales UMTS/GSM/GPRS En cobertura UMTS
Voz Videoconferencia (64 kbit/s) Datos: hasta 384 kbit/s DL, 64 kbit/s UL
En cobertura GSM Voz Datos sobre GPRS
PCMCIA dual UMTS/GPRS Hasta 384 kbit/s en sentido descendente 64 kbit/s en sentido ascendente Acceso GPRS en ausencia de cobertura UMTS
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Evolución del despliegue UMTS (II)
Grandes esfuerzos de despliegue en estos años: 1.000 M€ de inversión en infraestructuras de banda ancha
hasta el año 2006 Introducción de la tecnología HSDPA
Handicaps para el despliegue de red: Permisos y licencias: multiples regulaciones en diferentes ámbitos Alarma social ante las antenas y las emisiones electromagnéticas
01
2005Consolidación
2004Lanzamient
o
2008Mass market
Ciudades de más de 100.000 hab.
3.800 EEBB
Ciudades de más de 100.000 hab.
3.800 EEBB
...
Densificación para cobertura de interiores y mayor capacidad
>5,000 EEBB
Densificación para cobertura de interiores y mayor capacidad
>5,000 EEBB
Total principales zonas urbanas
13.000 EEBB
Total principales zonas urbanas
13.000 EEBB
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Capacidad en redes UMTS: Fundamentos teóricos
Introducción y problemática general Capacidad en el enlace ascendente monoservicio Capacidad en el enlace ascendente multiservicio Capacidad en el enlace descendente multiservicio Resumen
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Comida Española
holahola
holahola
holahola
holahola
Acceso múltiple FDMA (TACS)02
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Comida Española EspecialMoviStarRestaurante
hola
hola
hola
hola
hola
hola
hola
hola
hola
hola
hola
hola
Acceso múltiple FDMA/TDMA (GSM)02
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Comida InternacionalUMTSRestaurante
hola
j ourbonhello
hola
hallo
hola
hallo
j ourbonhola
hallo
j ourbon
holahallo
j ourbonhello
hola
hola
j ourbonhello
hola
hola
hallo
hallo
j ourbon
hello
hallo
j ourbonhola
holahallo
j ourbonhello
hola
Acceso múltiple CDMA (UMTS)02
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Análisis de la capacidad: problemática general (I)
El parámetro que hace referencia a la relación señal a ruido de una comunicación es la relación de energía de bit de información (no chip) a densidad espectral de perturbación (ruido térmico+interferencia de otros usuarios)
La relación Eb/No es el parámetro básico de calidad y viabilidad del enlace radio para las labores de planificación
ko
b
ext
kijitik
N
E
WNII
RAGP
/][
/]/[
int
Señal deseadaInterferencia intracelular (interna)Interferencia intercelular (externa)
Enlace Enlace descendentedescendente
Enlace ascendenteEnlace ascendente
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Problemática general (II)
La densidad de perturbación total viene determinada por el número de transmisiones simultáneas, ensanchadas con códigos diferentes. Se alcanza antes el umbral de ruido admisible que el limite
máximo de códigos disponibles (soft-capacity) Cuanta más potencia en las transmisiones, con menos de ellas se
alcanza el umbral de perturbación. La funcionalidad de control de potencia es fundamental para no
malgastar los recursos de potencia y maximizar la capacidad
La cobertura de las células depende del numero de usuarios en cada momento. Fenómeno de la respiración celular: relación entre la capacidad y
la cobertura
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Capacidad en el enlace ascendente monoservicio (I)
Para K usuarios en una celda, con un factor de actividad y control de potencia perfecto:
Utilizando el factor f para modelar la interferencia externa (*):
Sustituyendo en la ecuación de enlace:
La potencia recibida en la estación base por cada usuario resulta ser:
)1(int KPI r
int)1( IfIext
r
p
r
r
o
b
PNfK
G
WNfKP
RP
N
E
/)1(/])1([
/
fKNEG
NP
obpr )1()//(
Pole-capacity
f
NEGK obp
)//(
1max
Señal deseadaInterferencia intracelular (interna)Interferencia intercelular (externa)
(*) Nota: en otros textos puede adoptarse el convenio Iext=f*Iint
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Capacidad en el enlace ascendente monoservicio (II)
Se define el factor de carga como:
Expresando la sensibilidad (Pr) en función del factor de carga:
Como N=kToFrW y Gp=W/R, se tiene:
Otras definiciones importantes: NFR (Noise floor rise)
Margen de interferencias
1
1
max
int
K
K
I
IIX
total
ext
NXGN
ES
po
b
1
11
)1log(10)()/(log10174)( XdBFN
EsbitsRdBmS r
dBo
b
XN
NfKP
N
NIINFR rext
1
1)1(int
)1log(10log10 XNFRM
• El NFR representa la degradación de la sensibilidad del receptor CDMA cuando hay K usuarios respecto a un receptor digital monousuario (K = 1, X = 0)
• Esta degradación se contrarresta con un incremento de potencia igual al margen de interferencias
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Capacidad en el enlace ascendente monoservicio (III): Ejemplo
KK
KdBF
N
EsbitsRdBmS r
dBo
b
max
max 1log10)()/(log10174)(
Servicio VOZ 64Kbps 144Kbps 384KbpsR (Kbps) 12,20 64,00 144,00 384,00Gp 314,75 60,00 26,67 10,00Eb/No uplink (dB) 6,1 3,8 3,1 3,1Factor actividad 0,45 1 1 1Pole capacity 108,31 16,63 9,16 4,06
chip rate (Mcps) 3,84Factor ruido (dB) 5f factor 1,6
PARAMETROS GENERALES
-125
-120
-115
-110
-105
0 5 10 15 20
Número de usuarios
Se
ns
ibili
da
d N
od
o-B
(d
Bm
)
VOZ
64Kbps
144Kbps
384Kbps
N=10 X=8.4% N=20 X=17.7%
N=13 X=76.7%
N=3X=65.3%
N=7 X=73.5%
Capacidades de polo sin mezcla de servicios
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Capacidad en el enlace ascendente multiservicio (I)
Para una célula aislada (Iext=0) con M usuarios y S servicios diferentes:
Las potencias de los usuarios recibidas en el nodo-B (iguales por servicio) resultan ser:
Siendo Koj=Gpj / (Eb/N0)j una constante dependiente del tipo de servicio
j= Factor de actividad del usuario j-ésimo
• Pj= Potencia de recepción en la estación de base del móvil j-ésimo. Esta potencia es la misma para todos los usuarios de un mismo servicio.
• Gpj= Ganancia de procesado para el usuario j-ésimo.
• N=Potencia de ruido térmico• Itotal= Interferencia total recibida en la base,
incluyendo el ruido térmico
M
j
jjtotal
jjtotal
jj
ii
M
jii
j
j
b
NPI
PI
GpP
WNP
RP
N
E j
1
1
0
:siendo
/
/
ojj
totalj
K
IP
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Capacidad en el enlace ascendente multiservicio (II)
El incremento del umbral de ruido (NFR) coincide formalmente con el caso monoservicio, siendo una generalización de éste:
Para el caso de una red real multicelular, se introduce el factor f:
Se define el factor de carga de conexión como:
A la suma de los factores de carga de conexión de todos los usuarios se le denomina factor de carga del enlace ascendente:
Combinando las ecuaciones anteriores se llega a:
ojj
j
total
jjj
KI
P
ss
M
j
iUL MMMX ........... 2211
1
NFRI
N X
total
UL
1
1
NXI
INI
ULtotal
M
j
itotaltotal
)1(
1
K
jjUL fX
1
·
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Capacidad en el enlace ascendente multiservicio (III): ejemplo
Servicio Fact Eb/No (dB) Rb (bit/s) Gp Koj Fc_conex % conex Fc_conex_pond
Voz 50% 6,0 15600 246,2 61,83 0,80% 0% 0,00%64 kbit/s UL 100% 4,3 67400 57,0 21,17 4,51% 100% 4,51%f-factor 1,60 4,51%Factor de carga maximo 65% 9
Factor de carga promedio por usuarioNúmero de usuarios simultáneos
Servicio Fact Eb/No (dB) Rb (bit/s) Gp Koj Fc_conex % conex Fc_conex_pond
Voz 50% 6,0 15600 246,2 61,83 0,80% 100% 0,80%64 kbit/s UL 100% 4,3 67400 57,0 21,17 4,51% 0% 0,00%f-factor 1,60 0,80%Factor de carga maximo 65% 51
Factor de carga promedio por usuarioNúmero de usuarios simultáneos
% usuarios datos Número de usuarios0% 51
10% 3520% 2630% 2140% 1850% 1560% 1370% 1280% 1190% 10
100% 9
0
10
20
30
40
50
60
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
% usuarios datos (64 kbit/s UL)
Nü
me
ro m
áx
imo
de
us
ua
rio
s s
imu
ltá
ne
os
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Capacidad en el enlace descendente multiservicio
El enlace descendente es más complejo de analizar:
La potencia disponible se agrupa en los nodos-B que deben repartirla entre las conexiones de los usuarios teniendo en cuenta la mezcla de servicios
Influye las posiciones relativas de unos usuarios respecto a otros y el tipo de servicio
Los valores de interferencia son función de la posición de los usuarios respecto de un conjunto pequeño de bases interferentes
La variabilidad de los valores de interferencia es mayor
Señal deseadaInterferencia intracelular (interna)Interferencia intercelular (externa)
N1∙P1=N2∙P2=Pot dispP1>P2 => N2>N1
P1
P2
(1)
(2)
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Evolución de la relación capacidad-cobertura
Con la tecnología WCDMA, la limitación principal es el enlace ascendente cuando la red tiene tráfico bajo y el descendente conforme aumenta la demanda
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Capacidad en UMTS: Resumen (I)
La capacidad de una célula UMTS depende de diversos factores: Limitación por interferencia en la interfaz aire (Soft-Capacity)
En el acceso radio UMTS, al utilizar tecnología CDMA, todos los usuarios transmiten en la misma frecuencia y al mismo tiempo. El sistema trabaja siempre en condiciones de interferencia controlada y ésta no puede crecer indefinidamente dado que la potencia disponible de los terminales y estaciones es así mismo limitada.
Limitación por capacidad de procesado del hardware del nodo (Hard Capacity)
El procesado en banda base CDMA y la codificación se realiza en diversas tarjetas especializadas de los nodos
Concepto de elemento de canal equivalente, como unidad básica de procesado en banda base
Su definición depende del fabricante concreto. Normalmente los elementos de canal son recursos
compartidos por todas las células del nodo, la limitación por interferencia se produce a nivel de célula
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Capacidad en UMTS: Resumen (II)
Aspectos claves: La limitación HW se puede subsanar normalmente equipando más tarjetas
en el nodo, no así la limitación por interferencia, que puede suponer la necesidad de instalar estaciones adicionales por capacidad.
El dimensionado de recursos HW del nodo debe tener en cuenta también el soft-handover y la actividad discontinua de fuente
Una vez alcanzado el límite máximo de interferencia tolerable, no se admiten más conexiones aunque se dispongan de recursos HW. El nivel de interferencia y la capacidad en el interfaz aire dependen de:
El tipo de servicio demandado por los usuarios, según su ancho de banda La potencia disponible del nodo. A mayor potencia más capacidad y alcance La posición geográfica de los usuarios
Importancia de las concentraciones de usuarios Las interferencias mutuas de cada estación con las de su entorno
Otros factores limitantes: Ancho de banda disponible del enlace de transmisión entre Nodo-B y RNC
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Análisis práctico de redes UMTS
Introducción: técnicas fundamentales Balances de enlace Predicción de cobertura con umbral variable Modelado del tráfico Simulación
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Técnicas prácticas de análisis de redes UMTS
Balances de enlace: Estimación el radio de cobertura y carga de las células, en base a
dos aproximaciones fundamentales: Densidad uniforme de usuarios:
Se incorporan aproximaciones analíticas para relacionar la densidad de tráfico con la carga de la celda y el grado de servicio:
Uplink: análisis del caso peor en el borde de la celda Downlink: análisis del usuario promedio
Modelos de propagación genéricos Lb=A+B log(d)
Cálculo de coberturas con umbral función del tráfico Análisis de la cobertura
El umbral se obtiene previamente como resultado de los balances de enlace (máximo pathloss o atenuación compensable)
Simulación del sistema Análisis de la capacidad
Simulación estática (MonteCarlo) Simulación dinámica (orientada a eventos)
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Proceso general
Estimación de la distribución espacial de la demanda de tráfico para los distintos servicios a proporcionar:
Obtención de los mapas de tráfico
Definición de emplazamientos: Cálculo del número de emplazamientos necesarios.
Balances de enlace con mix de servicios Estrategias de despliegue (frecuencias, macro/micro) Estimación del radio de célula
Ubicación / Selección de posiciones: Coordinación con redes preexistentes
Configuración de parámetros
Cálculo de coberturas Cálculo de la pérdida básica de propagación
Simulación del sistema Caracterización estadística del comportamiento de la red
Análisis de prestaciones Análisis de estadísticas Verificación de los objetivos de calidad y grado de servicio
en toda la zona de estudio
Si
Definición de lademanda de tráfico
Definición de emplazamientos
Cálculo decoberturas
Simulación del sistema
Análisis de prestaciones
Objetivos de
cobertura
Objetivos de
capacidad
Objetivos de
calidad
No
No
No
Si
Si
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Balances de enlace UMTS
Herramienta básica para la estimación a priori del radio de cobertura y niveles de potencia de las celdas:
Se calculan para unas densidades de tráfico objetivo de cada servicio: El tráfico se incorpora a través del margen de interferencia La carga debe estudiarse conjuntamente (mix de servicios)
Se analizan por separado: Enlace ascendente y descendente:
El ascendente suele ser el limitante El radio de cobertura para cada tipo de servicio:
Se toma como resultado el radio del servicio más restrictivo
Hipótesis de cálculo: Densidad uniforme de usuarios:
Se incorporan aproximaciones analíticas para relacionar la densidad de tráfico con la carga de la celda y el grado de servicio:
Uplink: análisis del caso peor en el borde de la celda Downlink: análisis del usuario promedio
Modelos de propagación genéricos Lb=A+B log(d)
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Parámetros de los balances (I)
Tasa o velocidad binaria (R) Tasa de transmisión del codificador (bits/s)
Determina la ganancia de procesado. Los codificadores de voz pueden reducir su tasa binaria en los períodos de
silencio: Mejora de la ganancia de procesado Reducción de la potencia de transmisión necesaria Disminución de la interferencia producida en la red
Tasas binarias típicas UMTS son: 8 kbit/s para voz, 64 kbit/s, 128 kbit/s, 384 kbit/s y 2048 kbit/s para datos.
Potencia de transmisión: Enlace ascendente:
Se ha previsto utilizar terminales de usuario de clase 4 para servicios de voz y datos:
Potencia máxima de 21 dBm (125 mW).
Enlace descendente: Potencia total disponible en el Nodo-B:
Valores típicos: Macrocélulas 43 dBm (20 W), Micro y Picocélulas 30 dBm (1 W)
Se utiliza entre un 5 y un 15% de la potencia para los canales piloto y de control
La potencia asignada a los canales de tráfico es variable según el número de usuarios activos en la célula y su localización
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Parámetros de los balances (II)
Factor de actividad vocal (): Dato estadístico, que depende del comportamiento humano Proporciona una mejora en la capacidad y cobertura en el caso del servicio
de voz Para el caso de los servicios de datos en modo circuito la utilización del
canal se asume continua (=1) Ganancias de antenas:
Se suponen iguales en transmisión y recepción: Terminales:
Se asume un valor de 0 dBi Nodos-B:
Valor típico: 18 dBi (60ºH 6ºV)
Pérdidas en los cables y conectores en transmisión y recepción En el Nodo-B dependen de la longitud y tipo de los cables En el terminal móvil se suponen nulas
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Parámetros de los balances (III)
Factor de ruido del receptor: Nodos-B:
Con amplificadores de bajo ruido: 2 dB Sin amplificadores: 4-5 dB
Terminales: Típicamente 8 dB
Factor de carga (%): Generalmente está comprendido entre el 50 y el 65% Por encima de estos valores las células se vuelven inestables
Factor de ortogonalidad: Factor de reducción de la interferencia intracelular (interna) por uso de
códigos de canalización ortogonales: Valores típicos:
Enlace descendente: 0.4 (la eliminación de la interferencia no es total debido al multitrayecto)
Enlace ascendente: 0 (no se usan códigos ortogonales)
Margen de interferencia calculado a partir del factor de carga y teniendo en cuenta la ortogonalidad
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Parámetros de los balances (IV)
Relación Eb/No objetivo Depende de:
Tipo de servicio y tasa binaria Objetivo de calidad (BER, BLER...) Sentido de transmisión (ascendente/descendente) Modo (circuito/paquete) Entorno (Interior, calle, vehículo) Movilidad del usuario (en términos de velocidad)
Desviación típica del error del control de potencia: Se suele modelar con una distribución log-normal Valores típicos: 1.5 - 2.5 dB
Relación Eb/No efectiva: El error en el control de potencia provoca, en media, una elevación de
la potencia de transmisión necesaria, que se modela mediante un aumento adicional de la relación Eb/No requerida:
Eb/No efectiva (dB) = Eb/No objetivo (dB) + 10 Log c2/)( 2cec
10/)10ln(
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Parámetros de los balances (V)
Sensibilidad del terminal y del nodo-B: Sensibilidad RX = Ruido térmico + Factor de ruido RX + Eb/No RX +Tasa binaria +
Margen de interferencia RX
Ganancia de Soft-Handover (traspaso con continuidad) En los bordes de las celdas un usuario puede mantener varias conexiones con los
nodos-B, lo que se traduce en una ganancia por diversidad: Enlace ascendente: Ganancia por selección o combinación en el RNC Enlace descendente: Ganancia por combinación en el receptor RAKE del terminal
Valores típicos: 2 - 3 dB Ganancia por diversidad:
Generalmente diversidad de recepción en el enlace ascendente, mediante dos antenas o antenas de doble polarización en los nodos-B
Valor típico: 3 dB
Pérdidas adicionales: Penetración y atenuación en interior de edificios (10-25 dB) Interior de vehículos (5-7 dB) Cuerpo del usuario (2-3 dB)
XdBF
N
EsbitsRdBmS r
dBo
b
1
1log10)()/(log10174)(
03
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41
Parámetros de los balances (VI)
Margen log-normal: Margen de protección frente a desvanecimientos lentos
(shadowing) Los métodos de cálculo de coberturas empíricos proporcionan
valores medios de la pérdida básica de propagación (grado de cobertura del 50%)
Para un grado de cobertura del 90% de las ubicaciones: MLN =1.28L= 10.2 dB, para un valor típico de L= 8 dB
Este margen puede reducirse cuando se emplean métodos de predicción más precisos (p.e. Trazado de rayos)
Atenuación compensable (pathloss máximo): Como resultado del balance de potencias se obtiene la máxima
atenuación permitida en cada trayecto para las condiciones de carga dadas
Se utiliza como umbral de cobertura
Radio de celda o distancia de cobertura: Conforme a un modelo de propagación, se determina la distancia
desde el nodo-B a la que se alcanza la atenuación compensable
03
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42
Ejemplo: servicio de voz (12.2 kbit/s)
Parámetro Enlace Ascendente Enlace Descendente RelacionesA Régimen binario (bit/s) 12200 12200B Potencia canales tráfico (dBm) 21 42,8C Potencia media tráfico/usuario (dBm) 21 29,8D Factor actividad 0,4 0,4E Ganancia antena TX (dBi) 0 18F Pérdidas cables y conectores TX (dB) 0 2,5G PIRE canal tráfico/usuario (dBm) 21 45,3 G=C+E-FH Ganancia antena RX (dBi) 18 0I Pérdidas cables y conectores RX (dB) 2,5 0J Factor ruido RX (dB) 2 8K Densidad ruido (dBm/Hz) -172 -166 K=-174+JL Factor de carga (%) 50 50M Factor de ortogonalidad 0 0,4N Margen de interferencia (dB) 3 1O Relación Eb/No objetivo (dB) 5,3 7,9P Desviación típica control potencia (dB) 1,5 1,5Q Relación Eb/No efectiva (dB) 5,6 8,2R Sensibilidad Receptor (dBm) -122,5 -115,9 R=K+10*logA+N+QS Ganancia por SHO (dB) 2 2T Ganancia por diversidad (dB) 3 0U Margen log-normal (dB) 10,6 10,6V Pérdidas penetración edificios (dB) 15 15W Pérdidas por el cuerpo (dB) 2 2X Atenuación compensable (dB) 136,4 135,6 X=G+H-I-R+S+T-U-V-W
• Pot. Nodo-B=43 dBm• 5% piloto• 20 usuarios
consumiendo toda la potencia de tráfico (4.75%/usuario)
03
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43
Balances de enlace UMTS: parámetros críticos
Además de los datos de tráfico ofrecido, los parámetros radio de entrada más críticos son: Valores de las relaciones objetivo de Eb/No, obtenidos a partir de:
Valores orientativos proporcionados por los fabricantes Simulaciones de enlace
Otros parámetros para los que sólo se pueden tomar inicialmente valores orientativos:
Relación de interferencia intracelular/intercelular (f-factor) Ganancia de soft-handover y porcentaje de usuarios en soft-handover Factor de ortogonalidad en el enlace descendente Desviación del error del control de potencia
Parámetros genéricos del modelo de propagación empleado en los balances de enlace
03
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Estimación del radio celular
Proceso iterativo de ajuste del radio (enlace ascendente)
Se manejan dos radios Radio de tráfico o capacidad
(Rcap): es el radio de celda propiamente dicho
Radio de cobertura (Rcob): radio máximo permitido según la propagación
Rcap<Rcob: limitación por capacidad
(Fc=Fcmax)
Rcap=Rcob limitación por cobertura
(Fc<Fcmax)
Datos de tráfico
Balance de carga
Balance de potencia
03
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Balance carga de la mezcla de servicios
Balance de tráfico: estudio de la carga de la mezcla de servicios (enlace ascendente)
Servicio 12,2 kbit/s 64 kbit/s 144 kbit/s 384 kbit/sFactor de Carga 0,09 0,13 0,16 0,09Ganancia de Procesado 314,75 60 26,67 10Error del control de potencia (dB) 2,5 2,5 2,5 1,5Probabilidad de desbordamiento 0,02 0,02 0,02 0,02Eb/No objetivo (dB) 5,3 3,8 3,1 1,3Factor de reutilización f 1,6 1,6 1,6 1,6Función Q-1 2,05 2,05 2,05 2,05Factor de Actividad 0,4 1 1 1Ko 8,2 3,26 2,13 0,69B 0,51 1,29 1,98 6,08c (correcc. del control de Potencia) 1,18 1,18 1,18 1,06F(B,s) 0,35 0,22 0,17 0,1Tráfico (Erlangs/sector) 4,46 0,45 0,22 0,04Radio de célula (km) 0,6 0,6 0,6 0,6Dens. de Tráfico (E/Km2) Objetivo 10 1 0,5 0,1Solapamiento de sectores 2,55 2,55 2,55 2,55Factor de carga global Factor de Carga Máximo
0,480,65
03
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Ascendente Descendente Ascendente DescendenteTasa binaria bit/s 12200 12200 384000 384000Potencia transmitida dBm 21 42,78 21 39,16Capacidad Erl 4,46 11,28 0,04 0,11Potencia transmitida por/a los móviles dBm 21 27,86 21 33,04Ganancia de antena Tx dBi 0 18 0 18Pérdidas en cable dB 0 3 0 3PIRE TX dBm 21 42,86 21 48,04Ganancia antena RX dBi 18 0 18 0Pérdidas en cable dB 3 0 3 0Factor de ruido dB 2 8 2 8Densidad de ruido dBm/Hz -174 -174 -174 -174Factor de carga % 47,51 65 47,51 65Factor de ortogonalidad 1 0,4 1 0,4Margen de interferencias dB 2,8 1,32 2,8 1,32Eb/No requerida dB 5,3 7,9 1,3 1,1Error del control de potencia dB 2,5 1,5 1,5 1,5Eb/No efectiva dB 6,02 8,16 1,56 1,36Sensibilidad dBm -122,32 -115,66 -111,8 -107,48Ganancia de diversidad y SHO dB 5 2 5 2Margen log-normal dB 8 8 8 8Pérdidas en cuerpo dB 3 3 0 0Pérdidas de penetración en edificios urbanos dB 15 15 15 15Máxima pérdida urbana dB 137,32 134,52 129,8 134,52Frecuencia MHz 2000 2000 2000 2000Altura de la antena estación de base m 25 25 25 25Altura de la antena del móvil m 1,5 1,5 1,5 1,5Alcance máximo urbano km 0,95 1,3 0,6 1,3
VOZParámetro / unidad
DATOS 384 Kbps
Estimación del radio de célula: balance de cobertura
Comprobación de la limitación por cobertura
Radio de celda más restrictivo
Umbrales para representación de coberturas
Reparto de potencia para el enlace descendente
03
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Estimación del número de emplazamientos por superficie
Ejemplo de modelos posibles:
03
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48
Cálculos de cobertura teórica con umbral variable
Estimación de las pérdidas de propagación mediante modelos de predicción y con cartografía digital:
Para cada servicio, las máximas pérdidas de propagación obtenidas en los balances de enlace se utilizan como umbral
Se obtiene una aproximación más realista, pero aún sin considerar el volumen y distribución espacial del tráfico
03
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49
Impacto de la distribución espacial de los usuarios
El grado de conocimiento de la distribución espacial del tráfico influye, según el sentido de transmisión: En el enlace ascendente:
La incertidumbre en el tráfico se traduce fundamentalmente en una peor estimación de la cobertura
Sin embargo, en este caso la posición de los usuarios es menos crítica En un sistema CDMA con control de potencia ideal, y salvando la
excepción de la potencia máxima disponible en el terminal, todos los usuarios alcanzan la base con el mismo nivel de señal independientemente de su posición
En el enlace descendente: No sólo la cobertura, sino sobre todo los aspectos de capacidad resultan
difíciles de estimar: Interferencias internas y externas de cada usuario Consumo de potencia de los nodos-B
En otro caso sólo se puede trabajar con valores promedio como primera aproximación
03
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50
Técnicas de modelado de tráfico
Volumen: Previsiones (Marketing)
Distribución (generación de mapas de tráfico)
Tráfico uniforme (primera aproximación)
Definición manual mediante polígonos
Ponderación por clutter (morfología) Extrapolación de datos reales:
Generación de mapas de distribución de tráfico a partir de estadísticas de red
Es necesario considerar la aplicabilidad según la similitud del servicio medido (con estadísticas) y para el que se está planificando
Ejemplo de distribución de usuarios en una simulación
Simulación de Hot Spots
03
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Generación de mapas de distribución de tráfico
La información de tráfico que se obtiene de los sistemas de gestión de red está segregada exclusivamente a nivel de célula (sector)
¿Cómo distribuir la información puntual en toda la superficie de un mapa? Mapas de tráfico por probabilidad de asignación Mapas de tráfico por difusión
Estación base
Erlangs/Km2
Tráfico por célula (Erlang)
Mapa de distribución de tráfico (Erlang/Km2)Mapa de distribución de tráfico (Erlang/Km2)
Célula 1Célula 2
03
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Simulación de redes UMTS
Simulación estática: Método tradicional de Monte Carlo Se analizan instantes discretos e independientes, como si se tomasen fotos
de la red (snapshots). En cada iteración:
Se sortean el número y posiciones de los usuarios conforme a una determinada distribución de tráfico esperada
Se analizan las conexiones que éstos pueden establecer con la red A su vez, el análisis de cada iteración es otro proceso iterativo
Simulación dinámica: Simuladores de eventos discretos en los que existe el concepto de tiempo
de simulación Se modelan de forma asíncrona las peticiones de conexión de los usuarios,
su movimiento, sus diferentes tiempos de conexión, etc. La potencia de cálculo requerida para efectuar simulaciones dinámicas es
tan grande que hoy por hoy las primeras herramientas de planificación UMTS sólo implementan la simulación estática.
03
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53
Proceso de simulación
Definición de usuarios: Cálculo del número de usuarios de cada servicio Caracterización:
velocidad del usuario (a efectos de Eb/No) tipo de terminal y prestaciones actividad
Cálculo de las posiciones de los usuarios Caracterización estadística de la red (análisis de carga)
Evaluación de todos los enlaces entre los usuarios y las estaciones base de la red
Análisis de cada iteración (puede ser a su vez un proceso iterativo): Asignación celular (por piloto, menor pathloss, etc.) Cálculo del enlace ascendente Cálculo del enlace descendente
Determinación del estado de la red: promediado de los resultados obtenidos en las iteraciones
Potencias de tráfico de los nodos-B Potencias de interferencia interna y externa en el enlace ascendente recibidas en
cada nodo-B
03
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54
Proceso de simulación (II)
Análisis de calidad: Análisis de estadísticas de los móviles de carga: análisis con el tráfico
nominal introducido (en volumen y ubicación) Grado de servicio (% de conexiones viables) Histogramas de distribución de potencias de los usuarios y Nodos-B Porcentajes de usuarios en Soft-Handover Histogramas de relaciones Ec/Io de canal piloto Número de usuarios conectados en las estaciones Consumo de elementos de canal Etc.
Análisis espacial: barrido por la zona bajo estudio con un móvil de prueba no interferente (probe-mobile, o passive-scan)
En cada punto se analiza su posible conexión con la red, según el tipo de servicio y tipo de terminal
Como resultado se obtienen mapas de parámetros que permite identificar zonas problemáticas, sin ponderar con la distribución de tráfico
Potencia de transmisión requerida para el móvil o margen de potencia Número de conexiones (mapa de estado de Soft-Handover) Probabilidad de cobertura Relación Ec/Io del canal piloto Etc.
03
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55
Ejemplos de análisis estadísticos (I)
Estudio de la carga de las células: Números de conexiones Consumo de potencia de tráfico DL Factor de carga UL / RSSI uplink (RTWP)
03
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56
Ejemplos de análisis estadísticos (II)
Potencia de transmisión del terminal en el UL con respecto al pathloss y a la distancia
03
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57
Ejemplos de análisis estadísticos (III)
Consumo de CE en las células
CE necesarios para cada tipo de comunicación
Ericsson P2
Siemens UMR 2.0
Voz CS 12.2 Kbit/ s 1 1 PS 64 Kbit/ s 2 4 * PS 128 Kbit/ s 4 8 * PS 144 Kbit/ s 4 - PS 384 Kbit/ s 8 16 *
03
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58
Ejemplos de análisis estadísticos (IV)
Histograma de Ec/Io
)(),(
)(
),(/)(_),(/_
1
kNkjL
jPtx
kmLmpilotPtxkmIECPICH
T
M
j p
poc
NT(k) = potencia de ruido térmico del terminal,Lp(m,k) = atenuación entre la BS m y el terminal k,Ptx_pilot(m) = potencia del piloto transmitida por la BS mPtx(m) = potencia total transmitida por la BS m (piloto+canales de control+canales de tráfico)M = número de BS que intervienen
03
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59
Ejemplos de análisis estadísticos (V)
F-factor (Iext/Iint) en el downlink
03
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60
Ejemplos de mapas de resultados (I)
Mejor Ec y Ec/Io de piloto
03
RSCP o Ec (dBm)
Ec/Io (dB)
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Ejemplos de mapas de resultados (II)
Mapa de Soft-handover: número de conexiones
03
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62
Ejemplos de mapas de resultados (III)
Probabilidad de servicio UL: margen de potencia
hasta la potencia de terminal máxima
DL: el menor de los márgenes hasta la potencia máxima por RAB y la potencia total disponible para tráfico
03
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63
Ejemplos de mapas de resultados (IV)
Mapa de mejor servidor de piloto
03
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Ejemplos de mapas de resultados (V)
Polución de pilotos: Número de sectores en los que se recibe el piloto con suficiente Ec/Io como para entrar en el active-set pero que
no entran al estar éste lleno. Indican excesos de interferencia
Al no entrar en SOHO con esas células esto supone un aumento de interferencia que incrementa las potencias necesarias en los sectores en los que se está en SoHO (no hay reparto de potencia en So-Ho...)
Sobrealcances: Enlaces de elevada distancia: consumo ineficiente de recursos Riesgo de interrupción de llamadas, según la definición de vecinas
03
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65
Predicción de cobertura en redes UMTS
Definición práctica de cobertura UMTS Técnicas de predicción Bases cartográficas Modelos de propagación
04
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66
Definición práctica de cobertura UMTS
GSM: Raster de nivel de señal Umbrales como niveles
absolutos UMTS:
dependencia de la cobertura con el tráfico (margen de interferencias)
Raster de pérdida básica de propagación o pathloss
Umbral expresado como pathloss máximo
Pathloss (dB)Pathloss (dB)
04
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Técnicas de predicción
Aplicación de las técnicas convencionales de predicción de coberturas: Modelos de banda estrecha aplicados a las bandas del sistema UMTS Predicción del nivel medio de atenuación Utilización de cartografía digital
Algoritmos de propagación: Cálculos mediante trazado de rayos: permite análisis más avanzados sobre
propagación de banda ancha Cálculo de Micros Cálculo de Macros urbanas (análisis en planos verticales)
Cálculos con altura de terreno y de edificios: Métodos COST231 (Walfish-Ikegami) y Xia-Bertoni Macros urbanas
Cálculos con altura de terreno y morfología (clutter) Métodos Okumura-Hata/COST231, Anderson2d, PTP Macros en general (generalmente en zonas abiertas)
04
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68
Bases cartográficas
Generación: Restitución fotogramétrica basada
en vuelos y, opcionalmente, trabajo de campo
Fotogrametría satélite
Tipos: Vectorial:
Manzanas Ejes de calle Material de edificios Uso de edificios Vías de comunicación
Raster a 2.5 m de resolución Altura de terreno (DTM) Altura de edificios Uso de terreno (clutter)
Precisiones: Entorno rural o abierto Entorno urbano
1 m - 1,5 m en XY 0.8 - 1 m m en Z
Cartografía 3D
Mapa de clutter
DTM
04
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69
Ejemplo de modelo de propagación: Walfish-Ikegami (COST-231)
hroof : Altura media de edificios.
hb=hb-hroof : Altura relativa de la estación base sobre el nivel medio de edificios.
b : Separación media entre edificios.
w : Anchura media de calles. hm=hroof-hm: Altura relativa de los
edificios sobre el móvil.
04
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70
Trazado de rayos (ray-tracing)
Predicción determinista, no estadística
Aplicación de métodos de óptica geométrica combinados con la Teoría Uniforme de la difracción (UTD)
Mejor precisión Requieren de cartografía de alta
precisión Permiten estudiar aspectos del canal
de propagación más avanzados: Perfil de potencia-retardo Ángulos de llegada Análisis de banda ancha
Tipos: Trazado 2D Trazado 3D Trazado 2D+2D
Receiver
Antenna
Análisis Plano Horizontal
Análisis Plano Vertical
04
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71
Ajuste de modelos de propagación (I)
Calibración de modelos = Ajuste de los parámetros del modelo propagación para minimizar el error de predicción: El error medio de predicción se puede anular fácilmente, no así su
desviación típica Necesidad de la calibración:
Fundamental para modelos empíricos: Okumura-Hata y COST231 Con calibración: desviaciones típicas de error de entre 7-10 dB Sin calibración: error sesgado (media no nula) y desviaciones típicas
de error de entre 12-16 dB Aconsejable para modelos deterministas: trazado de rayos
Pueden lograrse desviaciones típicas de error de entr 5-8 dB Por debajo de 5 dB es prácticamente imposible descender de forma
general
04
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72
Ajuste de modelos de propagación (II)
Ajuste manual Estudio del comportamiento del error de
predicción respecto a los parámetros de propagación principales
Ajuste automático normalmente basado en regresión lineal
múltiple
Comparación entre medidas y predicción antes del ajuste
Comparación entre medidas y predicción después del ajuste
04
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73
Diseño de la red de acceso radio UMTS
Introducción Equipamiento y configuraciones Configuración inicial de la red
Planificación de niveles de piloto Planificación de potencias Planificación de códigos de scrambling Parametrización inicial de funcionalidades SW
05
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74
Introducción: Planificación y diseño de la red de acceso radio
Planificación nominal: Balances de enlace con mezcla (mix) de servicios y estimación del radio de
cobertura Estimación del número de nodos B por objetivo de cobertura
Planificación celular detallada y elección de ubicaciones: Cálculos de cobertura teórica Simulaciones de la red
Diseño de obras y configuraciones: Infraestructura asociada Equipos radio Sistemas radiantes
Configuración inicial de la red: Planificación de potencias de los canales de control Planificación de códigos de scrambling Definición de colindancias Parámetros iniciales de funcionalidades radio
05
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75
Diseño de nuevas estaciones:Obra asociada (I)
Caseta y elementos asociados: Equipos radio Cableado y elementos adicionales de RF Repartidores para los enlaces de transmisión Cuadro de distribución de corriente alterna Grupo rectificador Cuadro general de baja tensión (CGBT) Baterías de respaldo Sistema de ventilación Alarma de detección de incendios Alarma de detección de intrusos
Transmisión y Transmisión y cuadros de cuadros de
alimentaciónalimentación
Caseta sobre Caseta sobre suelosuelo
Caseta sobre Caseta sobre azoteaazotea
Aire Aire acondicionado y acondicionado y
bateríasbaterías
05
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76
Diseño de nuevas estaciones:Obra asociada (II)
Soporte o torre para las antenas
Altura Análisis de resistencia a la
exposición del viento Basamento Balizamiento nocturno Pararrayos Toma de tierra
Camino de acceso Acondicionamiento del
acceso Otros
Movimiento de tierras y explanación para ubicar equipos y torre
Cerramiento metálico Sistema de tierras
Torre 40 m sobre sueloTorre 40 m sobre suelo
Mástil 12 m sobre azoteaMástil 12 m sobre azotea
Obra de accesoObra de acceso
05 Soportes sobre azoteaSoportes sobre azotea
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77
Diseño de nuevas estaciones:Definición de los equipos radio (obra específica)
Número de sectores (células) y configuración
Balance de enlace: Ajuste de la potencia de transmisión de la
estación para el equilibrio de los dos sentidos de transmisión:
Niveles máximos de emisión Estimación del alcance
Definición de los sistemas radiantes: Tipo de antenas:
Anchuras de haz, ganancia y número de antenas por sector
Localización y número de soportes Altura, orientación e inclinación (downtilt)
de las antenas
Diseño de RF: Combinación, tiradas de cable,
duplexores, esquemas de diversidad, descargadores, protecciones y amplificadores de torre
Bastidor de equipo de radioBastidor de equipo de radio
Distribución de Distribución de cables de RF y cables de RF y proteccionesprotecciones
05
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78
Características de los equipos radio UMTS: Nodo-B
Características generales de los Nodos B macro de interior:
Número máximo de portadoras y sectores
3 sectores x 2 portadoras (1 bastidor)
3x4 o 6x2 (nuevos modelos de bastidores)
Potencia de transmisión: 20 W o 40 W
Número de elementos de canal ~ 400-800 por bastidor
Transmisión E1, T1, E3, T3 y STM-1
Alimentación: +27 Vdc, -48Vdc, 220 Vac
Consumo con configuración máxima ~ 2-4 kW
Sensibilidad ~ -125,5 dBm Dimensiones ~ 600 x 450 x 1400-
1700 (w,d,h mm) Peso aprox.: 150-200 kg para un
bastidor totalmente equipado
Nodo-B RBS3202 EricssonNodo-B RBS3202 Ericsson
Nodo-B NB-440 SiemensNodo-B NB-440 Siemens
05
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79
Configuración celular
Nodos B macrocelulares trisectoriales 3x1: 3 células, 1 portadora por célula 1 antena de polarización cruzada por
sector
TX A
TX B
RX A
RX B
X
X
X
Filtros
TX A
TX B
RX A
RX B
X
X
X
Filtros
TX A
TX B
RX A
RX B
X
X
X
Filtros
Configuración típica 3x1Configuración típica 3x1
05
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80
Sistema radiante
Antenas duales DCS/UMTS (1700-2200 MHz)
Polarización cruzada Tilt eléctrico: 2º - 8º
FET VET/RET
Ganancias de hasta 18 dBi Ancho de haz horizontal: 60º - 80º Ancho de haz vertical: 6,5º - 8º Dimensiones ~ 1400 x 400 x 50 mm Peso ~ 10 kg Tipos:
Broadband Side by side
Antenas sólo UMTS Antenas tri-banda GSM/DCS/UMTS
05
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81
Inclinación mecánica vs eléctrica
Ventajas del titl eléctrico: El ajuste de inclinación es constante en el rango de acimuts La anchura de haz horizontal (a 3 dB) del diagrama de radiación permanece
inalterada Menor interferencia hacia otras células Mejores prestaciones del diagrama: ROE, aislamiento y lóbulos secundarios Menor impacto visual
P.e. trisectores Mayor sencillez de cambios de inclinación (VET)
Posibles implementaciones de control remoto de las inclinaciones (RET)
05
Downtilt mecánico:La antena se inclina de forma física mediante
una unión ajustable al soporte
Downtilt eléctrico:Controlando los desfases en los dipolos de la
antena se define el diagrama de radiación
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82
Configuración del sistema radiante (I)
Instalación de una antena DCS/UMTS en empalizada
Distancia entre antenas de DCS y UMTS
Distancia mínima vertical:
0,2 m
Distancia mínima horizontal:
0,3 m para 65º haz horizontal
0,5 m para 90º haz horizontal
GSM-900 RTGC-D GSM-900
DCS-1800
UMTS/DCS
4 m.
2 m.1 m.
Lugar libre para antenas adicionales
05
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Configuración del sistema radiante (II)
Mástil autosoportado con una antena GSM y una antena DCS por sector
Sustituir la antena DCS por antena DCS/UMTS
Una antena GSM o una antena dual GSM/DCS por sector
Poner una nueva antena DCS/UMTS bajo la estructura
Antenas tribanda GSM/DCS/UMTS
05
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84
Problemas de co-siting GSM/DCS - UMTS (I)
Interferencias cocanal en el receptor de UMTS debido a los espurios de los sistemas GSM/DCS
Las especificaciones de espurios de las estaciones base GSM (ETSI TS 11.21) no tienen en cuenta que éstas pueden estar situadas al lado de nodos B UMTS (estas especificaciones fueron desarrolladas antes que el UTMS):
Posibles problemas de interferencias en la banda de recepción del nodo B.
Bloqueo de receptores: Bloqueo del receptor GSM debido al UMTS Bloqueo del receptor UMTS debido al GSM
Los nodos-B suelen llevar integrado un filtro para paliar esta situación
Estos problemas se han estudiado en el Laboratorio de Tecnología Radio de TME y se han realizado diferentes mediciones:
Se ha comprobado que ninguno de estos problemas se produce en la práctica: Los espurios de las estaciones base GSM son menores que los teóricos Los receptores GSM y UTMS tienen mayor resistencia al bloqueo que la que aparece en
las especificaciones.
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Problemas del co-siting GSM/DCS - UMTS (II)
Intermodulación de tercer orden: Dada la situación de la banda
DCS de TME, no es posible que se combinen las frecuencias que dan lugar a los productos de intermodulación perjudiciales
enlace ascendente:1724,6 - 1819, 6 MHz
enlace descendente: 1819,6 - 1839, 4 MHz
Frecuencia de intermodulación 2f1-f2
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Interferencia de canal adyacente
Emisiones fuera de banda: como mínimo, los Nodos B tienen un ACLR de 45 dB en el primer canal adyacente y 50 dB en el segundo, de forma que para una potencia máxima de 46 dBm podrían emitir hasta:
+1 dBm en 1er canal adyacente -4 dBm en 2º canal adyacente
Selectividad en recepción: un Nodo B puede soportar 18 dB interferencia cocanal (relación Ec/Io umbral) 63 dB interferencia de canal adyacente (ACS)
El principal problema está por tanto en la falta de aislamiento entre portadoras para los terminales móviles, tanto en transmisión como en recepción:
ACLR=33 dB ACS=33 dB
Nodo B operador
B
1 dBm en el canal del operador A
Nodo B operador
Ad1 d2
Terminal operador A
- 80 dBm-117dBm
Zonas de sombraZonas de sombra
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..
..
..
..
..
..
..
..
ET-M1
SCBSCB GPB GPB GPB GPB GPB GPBSXBSXBTUB TUBET-M1
ET-M1
ET-M1
ET-M1
ET-M1
SPB SPB SPB SPB SPB SPB SPB SPB SPB SPB
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2001 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
ET-M1
ET-M1
SCBSCB GPB GPB GPBSPB SPB SPB SPB SPB SPB SPB SPB SPB SPB SPB SPB SPB SPB SPB SPB SPB SPB SPB SPB DB
Capacitor Units
ExtensionSubrack
MainSubrack
InterfaceConnection Field
Fan
Controladores radio (RNCs)
Funciones: Gestión de los recursos radio WCDMA (gestión y
configuración de canales, y control de admisión). Control de carga. Gestión de traspasos. Asignación de canales de tráfico entre el RNC y el
nodo B. Funciones de conmutación y multiplexación. Transmisión ATM. Funciones de seguridad y cifrado. Mantenimiento (localización de fallos, reconfiguración
y actualización del software de la red UTRAN). Operación (modificación de parámetros radio y de la
configuración física del RNC).
Diseño: Determinación del número de RNCs necesarios,
según capacidades Elección de ubicaciones Asignación de nodos-B a RNCs
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Ajuste de potencia del canal piloto (Pilot planning)
El canal piloto P-CPICH es el canal de referencia fundamental:
Transmite una secuencia fija que sirve como referencia de potencia y de fase
Determina en última instancia el tamaño de las células y gobierna el soft-handover:
Una célula se añade o suprime del active-set estudiando los niveles de canal piloto
Cuanto más baja es la potencia de piloto más potencia queda disponible para los canales de tráfico y más se reduce el tamaño de la célula
Suele suponer un 5-10% de la potencia disponible.
Planificación y optimización de los niveles de piloto:
Para la fase inicial del despliegue se suelen emplear pilotos de igual nivel
Se debe evitar la polución de pilotos: Elección y ajustes de downtilts y niveles de
piloto
En teoría, para la optimización de la red, la variación de potencia de los canales piloto se había perfilado como una variable para controlar el balanceo de carga de las células
1 activa 1A: añadir 2 1C: sustituir 1 por 3
EC/I0
Time
T T T
Base 1
Base 2
Base 3
Algoritmo de control del Algoritmo de control del soft-handoversoft-handover
Polución de pilotos = recepción de un número excesivo de pilotos por encima del umbral sin que exista uno o varios dominantes:
Situación anormal de alta interferencia que supone problemas de rendimiento
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Ajuste de potencia de los canales de control (Power planning)
Para el resto de los canales comunes, la relación de sus potencias respecto a la del piloto no está normalizada:
Se precisa un ajuste de los parámetros de potencia relativa al piloto para que la recepción de todos los canales comunes de control esté equilibrada y todos los canales se puedan recibir en el borde de la célula correctamente
La potencia total consumida por los canales de control normalmente no superará el 20% de la potencia disponible
Respetando lo anterior, se deberá tratar de minimizar la potencia asignada a estos canales para maximizar la capacidad
Aspectos a tener en cuenta: Algunos canales comunes se radian de forma constante mientras que otros
tienen su propio ciclo de actividad Los canales comunes no están sujetos al control de potencia La elección de los parámetros de ajuste puede definirse a nivel de célula
Datos de partida para cada canal: SF de cada canal Valor objetivo de Ec/Io
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Ajuste de potencia de los canales de control: Ejemplo
Método de cálculo: planteamiento de un sistema lineal de ecuaciones de relaciones de
interferencia, con una ecuación por canal común, para las pérdidas previstas en el borde de la célula y una determinada carga estimada.
Canal Descripción Ciclo de actividad
Ec/Io objetivo
SF Valor típico
P-CPICH Primary Common Pilot Ch (C. Piloto) 100% -16 dB 256 30-33 dBm
P-SCH Primary Sync. Ch 10% -14 dB - -3 dB
P-CCPCH (BCH) Primary Common Control Ch (Broadcast Ch.) 90% -17 dB 256 -5 dB
S-CCPCH (FACH)
Secondary Common Control Ch. (Forward Access Ch.) 25% -13 dB 64 -5 dB
S-CCPCH (PCH) Secondary Common Control Ch. (Paging Ch.) 25% -15 dB 128 -5 dB
PICH Paging Indication Ch. 100% -24 dB 256 -8 dB
AICH Acquisition Indicator Ch. 100% -20 dB 256 -8 dB
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Traffic Power planning
Ajuste de las potencias máximas por RAB en el plano de usuario Compromiso capacidad-cobertura en el enlace descendente Balanceo del enlace para cada servicio en función de la potencia
máxima del terminal de usuario
dBm Piloto 29,5 Pmax por TCH (voz) 29,5 Pmax por TCH (PS 64/64 kbit/s) 32,9 Pmax por TCH (PS 64/128 kbit/s) 33,5 Pmax por TCH (PS 64/384 kbit/s) 34,3
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Planificación de códigos de scrambling (SCs) (Code Planning)
Los códigos de scrambling (SCs) son los utilizados para la discriminación de fuentes (BS/MS):
Enlace ascendente: separar las señales procedentes de diferentes móviles que llegan al nodo-B.
Enlace descendente: Para que el móvil discrimine las señales de diferentes nodos-B.
Secuencias Gold de 38400 chips (trama 10ms): 218-1=262.143 códigos diferentes Sólo se utilizan 8.192 códigos, divididos en 512 grupos de 16 códigos:
Un código es el primario y los otros 15 son secundarios
Los 512 códigos primarios se subdividen a su vez en 64 grupos de 8 códigos. A cada célula se le debe asignar un único código primario:
Los canales de control principales (P-CCPCH y P-CPICH) se transmiten codificados con el SC primario, el resto de canales físicos en el enlace descendente pueden transmitirse tanto con el SC primario como con SC secundarios.
Posibilidad de árboles OVSF auxiliares Patrón de reuso 1:512 para los SCs primarios
La tarea de planificación es similar a la planificación de frecuencias GSM
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Objetivos para la planificación de códigos de scrambling
Objetivos a considerar: Minimización de la interferencia, teniendo en cuenta las propiedades de
correlación de los códigos. Los códigos Gold tiene mejores propiedades de correlación cruzada que de
autocorrelación. Dado que UMTS es una red no sincronizada, es importante tratar de favorecer
una sincronización lo más rápida posible en el acceso a la red y los traspasos. Proceso de sincronización:
Sincronización de chip y slot: El UE busca el P-SCH, que transmite el Código de Sincronización
primario en todas las celdas. Sincronización de trama e identificación del grupo de códigos:
Finalidad: Reconocer el comienzo de las tramas El UE escucha el S-SCH, que transmite los Códigos de Sincronización
Secundarios Así reconoce a qué grupo de códigos de scrambling pertenece la
celda, de entre los 64 posibles Identificación del código de scrambling primario de la celda:
Recibiendo el CPICH o el P-CCPCH, el UE averigua el Código de Scrambling Primario de la celda (de entre los 8 posibles en un grupo)
Así determina cual es el conjunto de 16 códigos de scrambling asignados a la celda: el primario de esos 16 es el que emplea el BCH
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Criterios para la planificación de códigos de scrambling
Criterios de planificación de SCs: Todas las células que pueda medir un móvil en un punto deben tener SCs
diferentes: Dos células definidas como vecinas deben tener SCs diferentes:
El SC es utilizado por el móvil para diferenciar células en el traspaso Dos células con zonas de cobertura solapadas deben tener SCs diferentes
Esto permite que el móvil pueda separar mejor las señales ya que los valores de correlación cruzada son mejores que los de autocorrelación.
Dos células definidas como vecinas deben tener deben tener SCs de distinto grupo
Esto permite que las estrategias de búsqueda de célula puedan ser más eficientes: el móvil puede mantener una lista con la información de grupo y en el traspaso determinar el SC sólo a partir de esta información, sin tener que probar todos los códigos del grupo.
Depende en última instancia de los fabricantes de terminales
Si se quiere minimizar el tiempo de acceso a la red, interesaría utilizar sólo el primer código de cada grupo de 8 SCs, que es el primer código que se prueba en el último paso de la sincronización:
Esto reduce el conjunto de códigos utilizables de 512 a 64, lo que podría no ser suficiente en algunos casos.
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Planificación de SCs
Para una notación 8j+k (SC=0,...,511) J = grupo (0,...,63) K = número de código dentro del grupo (0,...,7)
Procedimiento de planificación: Agrupar las células en clusters, según su posición geográfica y entorno, e ir
usando los clusters de forma ordenada, comenzando por el cluster 0, que se corresponde con el conjunto de códigos de mejores propiedades de acceso.
Para emplazamientos trisectoriales los clusters se pueden organizar en triadas de códigos:
21 triadas (emplazamientos) por cluster
orden de asignación de los códigos
CODIGOS DE SCRAMBLING
GRUPOS0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Cluster 0 0 0 8 16 24 32 40 48 56 64 72 80 88 96Cluster 1 1 1 9 17 25 33 41 49 57 65 73 81 89 97Cluster 2 2 2 10 18 26 34 42 50 58 66 74 82 90 98Cluster 3 3 3 11 19 27 35 43 51 59 67 75 83 91 99Cluster 4 4 4 12 20 28 36 44 52 60 68 76 84 92 100Cluster 5 5 5 13 21 29 37 45 53 61 69 77 85 93 101Cluster 6 6 6 14 22 30 38 46 54 62 70 78 86 94 102Cluster 7 7 7 15 23 31 39 47 55 63 71 79 87 95 103
55 56 57 58 59 60 61 62 63440 448 456 464 472 480 488 496 504441 449 457 465 473 481 489 497 505442 450 458 466 474 482 490 498 506443 451 459 467 475 483 491 499 507444 452 460 468 476 484 492 500 508445 453 461 469 477 485 493 501 509446 454 462 470 478 486 494 502 510447 455 463 471 479 487 495 503 511
...
...
Cluster con mejores propiedades de acceso
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Parametrización inicial de las funcionalidades radio: Soft-handover
Parámetros principales: Ventana de soft-handover: diferencia en dB de
niveles de piloto P-CPICH Add window Drop window
Número máximo de conexiones en soft-handover
Controlando estos dos parámetros se puede modificar la fracción de usuarios en soft-handover y el número de conexiones máximo en esas situaciones (fracción total de conexiones en soft-handover):
1 activa 1A: añadir 2 1C: sustituir 1 por 3
EC/I0
Time
T T T
Base 1
Base 2
Base 3
Algoritmo de control del Algoritmo de control del soft-handoversoft-handover
Un número excesivo de conexiones en soft-handover supone un incremento de señalización y de recursos en los nodos-B y RNCs que puede significar un incremento de la ganancia inapreciable con la consiguiente pérdida de capacidad del sistema
Una proporción adecuada de conexiones en soft-handover supone una ganancia de capacidad y reparto de carga que mejora la capacidad y eficiencia del sistema
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Parametrización inicial de las funcionalidades radio: Control de potencia
Control de potencia para canal dedicado (bucle cerrado) Lazo interno (inner loop power control)
Se regula la potencia de transmisión para obtener la SIR objetivo Paso de incremento/decremento de la potencia (p.e. 1 dB)
Lazo externo (outer loop power control) Se regula el SIR objetivo para obtner una BLER objetivo
Valores máximo y mínimo posibles para la SIR Paso de modificación de la SIR Estrategia de variación de la SIR
Control de potencia en lazo abierto (open loop power control) Ajuste de la potencia inicial para el acceso a la red (power ramping) y
establecimiento de conexiones Potencia para el primer preámbulo Incremento de potencia entre preámbulos Número de preámbulos Valores por defecto de Ec/Io y márgenes para evitar excesos de potencia
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Parametrización inicial de las funcionalidades radio: Control de admisión y control de congestión (I)
Control de admisión: Determina si una nueva conexión o un cambio en una conexión existente es factible
en unas determinadas condiciones del sistema de: Interferencia (factor de carga)
Medida o estimada en unidades de interferencia equivalentes Potencia disponible (enlace descendente) Códigos disponibles (% árbol OVSF libre)
Para las magnitudes anteriores se manejan umbrales y márgenes de protección para dotar de estabilidad al sistema:
En general se relajan los umbrales para las conexiones ya establecidas, de forma que se concede mayor prioridad a las nuevas conexiones en soft-handover
Control de congestión: Realiza las acciones oportunas para mitigar una situación de congestión en el caso
de que ésta se produzca: La congestión se produce por la variación dinámica de los recursos demandados por las
conexiones establecidas y que fueron aceptadas por el Control de admisión.
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Parametrización inicial de las funcionalidades radio: Control de admisión y control de congestión (II)
Control de congestión (cont.) Realiza las acciones oportunas para mitigar una situación de congestión en el
caso de que ésta se produzca Se definen temporizadores miden la sobrecarga, y si ésta persiste disparar la
congestión, y fracciones de recursos a liberar para contrarrestar la congestión Las acciones correctoras pasan por:
Restringir el acceso a la célula en la información de sistema Ordenar al control de admisión el bloqueo cualquier nueva petición de recursos Liberar recursos progresivamente hasta que ésta cese
Periódicamente se libera una fracción de recursos determinada Desbloquear el control de admisión y la célula
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Parametrización inicial de las funcionalidades radio: Otras funcionalidades
Servicios en best-effort o con asignación dinámica de RAB en función del estado de la red
Comportamiento en modo libre Selección y reselección de red Selección y reselección de célula Location/Routing updating Pagin Actualización de la información de sistema
Coordinación con la red 2G Selección/reselección Traspasos
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101
Experiencias de HSDPA
Pruebas piloto Aspectos de diseño e implementación en red
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Pilotos HSDPA
2 pruebas piloto SIMO (Noviembre 05)
1 sector HSDPA para la demo 3GSM World Congress (Febrero 06)
14 Nodos B (3 sectores/nodo) 5 pabellones, 5 hoteles, 4 macros Sólo permitido tráfico HSDPA en la red piloto
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Througput máximo
1,3-1,5Mbps, picos de 1,6 Mbps CQI: 20-25 BLER<10% Rendimientos en movimiento en torno a 1
Mbps
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Air Card PC Card Sierra Wireless
Terminales actuales: categoría 12 5 códigos OVSF / sólo QPSK Máx 1,8Mbps/usuario teóricos
Herramienta QXDM (provisional)
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Rendimiento de la red de acceso06 Pruebas en la red precomercial de Barcelona para el 3GSM
Througput medio por célula en la RNC
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Principales variables de diseño
Parámetros fundamentales HSDPA: Recursos radio en potencia y códigos:
Número de códigos para HSDPA Interacción con el tráfico R99
Scheduler Tipos de terminales Tarjetas de elementos de canal: actualización/ampliación Capacidad del enlace de transmisión:
Número de E1’s por nodo Utilización o no de portadora exclusiva para HSDPA
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