ANALISIS DE PARAMETROS CPICH RSCP Y Ec-Io

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA
MECÁNICA Y ELÉCTRICA
ANÁLISIS DE LOS PARÁMETROS CPICH,
RSCP Y Ec/Io EN REDES 3G
TESIS
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE
INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA
PRESENTA
LETICIA CANO OSORNIO
ASESOR: M. EN C. SERGIO VIDAL BELTRÁN
MÉXICO, D.F. 2014
DEDICATORIA
Quiero dedicarle el presente trabajo
a mi padre
que me acompaño y
ayudo a la realización
de las mediciones.
ÍNDICE
ÍNDICE ................................................................................................................................................ I
ÍNDICE DE FIGURAS ....................................................................................................................... V
ÍNDICE DE TABLAS ...................................................................................................................... VII
OBJETIVO ....................................................................................................................................... VIII
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. IX
1
EVOLUCIÓN DE LOS SISTEMAS MÓVILES ........................................................................ 1
1.1
CONCEPTO CELULAR .................................................................................................... 2
1.1.1
TIPOS DE CÉLULAS ................................................................................................ 3
1.1.1.1
MACROCÉLULAS ................................................................................................ 4
1.1.1.2
MICROCÉLULAS .................................................................................................. 4
1.1.1.3
PICOCÉLULAS ...................................................................................................... 4
1.1.1.4
FEMTOCÉLULAS ................................................................................................. 5
1.1.2
HANDOVER ENTRE CÉLULAS .............................................................................. 5
1.1.3
FUNCIONAMIENTO ................................................................................................. 6
1.2
ESQUEMAS DE ACCESO MULTIPLE............................................................................ 6
1.2.1
FDMA ......................................................................................................................... 6
1.2.2
TDMA ......................................................................................................................... 7
1.2.3
CDMA ......................................................................................................................... 8
1.2.4
OFDMA ...................................................................................................................... 8
1.3
GENERACIÓN DE LA TELEFONÍA CELULAR ............................................................ 9
1.3.1
PRIMERA GENERACIÓN (1G) ................................................................................ 9
1.3.2
SEGUNDA GENERACIÓN (2G) ............................................................................ 10
1.3.2.1
GSM ...................................................................................................................... 11
1.3.2.2
IS-54 – TDMA ...................................................................................................... 11
1.3.2.3
PDC ....................................................................................................................... 11
1.3.2.4
IS-95 – CDMAONE .............................................................................................. 12
I
1.3.3
2
GENERACIÓN 2.5 (2.5G) ....................................................................................... 12
1.3.3.1
HSCSD .................................................................................................................. 13
1.3.3.2
GPRS ..................................................................................................................... 13
1.3.3.3
EDGE .................................................................................................................... 13
1.3.4
TERCERA GENERACIÓN (3G) ............................................................................. 14
1.3.5
CUARTA GENERACIÓN (4G) ............................................................................... 15
FUNDAMENTOS DE WCDMA.............................................................................................. 16
2.1
CARACTERISTICAS ...................................................................................................... 17
2.2
3GPP (3rd GENERATION PARTNERSHIP PROJECT; ASOCIACIÓN DE
PROYECTOS DE 3ª GENERACIÓN) ......................................................................................... 18
2.3
BANDAS DE OPERACIÓN ............................................................................................ 18
2.4
MODOS DE OPERACIÓN .............................................................................................. 19
2.4.1
MODO DE OPERACIÓN TDD ............................................................................... 19
2.4.2
MODO DE OPERCIÓN FDD .................................................................................. 20
2.4.3
ENSANCHADO (SPREADING) Y DESENSANCHADO (DESPREADING)
PARA WCDMA ....................................................................................................................... 20
2.5
2.4.3.1
CÓDIGO DE ENSANCHAMIENTO (SPREADING CODE) ............................. 21
2.4.3.2
FACTOR DE ENSANCHAMIENTO................................................................... 22
MODULACIÓN................................................................................................................ 22
2.5.1
QAM (QUADRATURE AMPLITUDE MODULATION; MODULACIÓN POR
AMPLITUD EN CUADRATURA) .......................................................................................... 22
2.5.2
PSK (PHASE SHIFT KEYING; MODULACIÓN POR DESVIACIÓN DE FASE)
23
2.5.2.1 BPSK (BINARY PHASE SHIFT KEYING; MODULACIÓN POR
DESVIACIÓN DE FASE BINARIA) .................................................................................. 23
2.5.2.2 QPSK (QUADRATURE PHASE SHIFT KEYING; MODULACIÓN POR
DESVIACIÓN DE FASE CUATERNARIA) ...................................................................... 24
2.6
ESTRUCTURA DE LA TRAMA..................................................................................... 24
2.7
ARQUITECTURA DE LA RED TERRESTRE UMTS ................................................... 26
2.7.1
CN (CORE NETWORK; RED PRINCIPAL) .......................................................... 28
2.7.1.1 MSC (MOBILE SWITHING CENTER; CENTRO DE CONMUTACIÓN
MÓVIL) 28
2.7.1.2
GMSC (Gateway MSC) ........................................................................................ 28
2.7.1.3
HLR (HOME LOCATION REGISTER; REGISTRO DE UBICACIÓN BASE) 29
II
2.7.1.4 VLR (VISITOR LOCATION REGISTER; REGISTRO DE UBICACIÓN DE
VISITANTE)......................................................................................................................... 29
2.7.1.5 SGSN (SERVING GPRS SUPPORT NODE; NODO DE APOYO GPRS PARA
SERVICIO) ........................................................................................................................... 29
2.7.1.6 GGSN (GATEWAY GPRS SUPPORT NODE; NODE DE APOYO PARA
GATEWAY) ......................................................................................................................... 29
2.7.1.7
GR (GPRS REGISTER; REGISTRO GPRS) ....................................................... 30
2.7.2
UTRAN (TERRESTRIAL RADIO ACCESS NETWORK; RED DE ACCESO DE
RADIO TERRESTRE DE UMTS) ........................................................................................... 30
2.7.2.1 RNC (RADIO NETWORK CONTROLLER; CONTROLADOR DE RADIO DE
LA RED) 31
2.7.2.2
ESTACIÓN BASE O NODO B ............................................................................ 31
2.7.3
UE (EQUIPO DE USUARIO) O MS (ESTACIÓN MÓVIL) .................................. 32
2.7.4
INTERFACES DE DEL SISTEMA UMTS ............................................................. 32
2.8
CANALES DE WCDMA ................................................................................................. 33
2.8.1
CANALES LÓGICOS .............................................................................................. 33
2.8.2
CANALES DE TRANSPORTE ............................................................................... 34
2.8.2.1
CANAL DE TRASPORTE DEDICADO ............................................................. 34
2.8.2.2
CANALES DE TRASPORTE COMUN .............................................................. 34
2.8.3
CANALES FÍSICOS................................................................................................. 35
2.8.3.1
CANAL FISICO PARA EL ENLACE DE SUBIDA ........................................... 35
2.8.3.2
CANAL FISICO PARA EL ENLACE DE BAJADA .......................................... 36
2.9
GSM VS WCDMA ........................................................................................................... 37
2.10
MULTITRAYECTORIA .................................................................................................. 38
2.11
PARÁMETROS DE DESEMPEÑO ................................................................................. 39
2.11.1
CPICH (COMMON PILOT CHANNEL; CANAL PILOTO COMÚN) .................. 40
2.11.2 RSCP (RECEIVE SIGNAL CODE POWER; CÓDIGO DE POTENCIA DE SEÑAL
RECIBIDA)............................................................................................................................... 41
2.11.3 Ec/Io (ENERGY CHIP TO INTERFERENCE; RELACIÓN ENERGÍA DE CHIP A
INTERFERENCIA) .................................................................................................................. 41
3
METODOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN ................................................ 43
3.1
CARACTERISTICAS DEL EQUIPO DE MEDICIÓN ................................................... 44
3.2
CONFIGURACIÓN DE MEDICIÓN............................................................................... 46
3.3
PROCESAMIENTO DE INFORMACIÓN ...................................................................... 49
III
3.4
GENERACIÓN DE MAPAS DE COBERTURA EMPLEANDO EASYKRIG .............. 51
3.4.1
MÉTODO DE KRIGE .............................................................................................. 51
3.4.1.1
TIPOS DE MODELO DE KRIGE ........................................................................ 54
3.4.1.2
PROPIEDADES GENERALES DEL MODELO DE KRIGE ............................. 54
3.4.1.3 ENTORNOS Y PUNTOS OBSERVADOS PARA LA ESTIMACIÓN DE
VECINDARIOS .................................................................................................................... 55
4
RESULTADOS EXPERIMENTALES..................................................................................... 62
CONCLUSIONES ............................................................................................................................ 91
REFERENCIAS ................................................................................................................................ 94
ABREVIATURAS ............................................................................................................................ 95
GLOSARIO....................................................................................................................................... 98
IV
ÍNDICE DE FIGURAS
CAPÍTULO 1. EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
1.1 Elementos que Conforman el Concepto Celular. .............................................................. 2
1.2 Rehúso de Frecuencias...................................................................................................... 3
1.3 Jerarquía de Células. ......................................................................................................... 3
1.4 Handover entre Células. .................................................................................................... 5
1.5 Acceso Múltiple por División de Frecuencia (FDMA). ................................................... 7
1.6 Acceso Múltiple por División en Tiempo (TDMA). ........................................................ 7
1.7 Acceso Múltiple por División de Código (CDMA). ......................................................... 8
1.8 Acceso Múltiple por División de Frecuencia Ortogonal (OFDMA). ............................... 9
1.9 Generaciones de Telefonía Celular ................................................................................. 15
CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS DE WCDMA
Figura 2.1 Ancho de Banda de WCDMA. ....................................................................................... 17
Figura 2.2 Asociación de Proyectos de 3ª Generación. .................................................................... 18
Figura 2.3 Modos de Operación a) FDD y b) TDD. ........................................................................ 20
Figura 2.4 Ensanchado y Desensanchado de una Señal en WCDMA. ............................................ 21
Figura 2.5 Constelaciones de las Variantes de QAM. ...................................................................... 23
Figura 2.6 Constelación BPSK......................................................................................................... 23
Figura 2.7 Constelación QPSK. ....................................................................................................... 24
Figura 2.8 Estructura de las Transmisiones de Acceso Aleatorio. ................................................... 25
Figura 2.9 Estructura de la Trama para las Partes de Control y Datos del Enlace de Subida del
PCPCH. ............................................................................................................................................. 25
Figura 2.10 Estructura de la Trama para el Enlace de Bajada DPCH. ............................................. 26
Figura 2.11 Arquitectura General de un Sistema UMTS. ................................................................ 27
Figura 2.12 Elementos de un Sistema UMTS. ................................................................................. 27
Figura 2.13 Arquitectura General UTRAN. ..................................................................................... 30
Figura 2.14 Propagación por Multitrayectoria. ................................................................................ 38
Figura 2.15 Diagrama Receptor RAKE. .......................................................................................... 39
CAPÍTULO 3. METODOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
3.1 Spectrum Master MS2713E, Anritsu. ............................................................................. 44
3.2 Vista del Panel Frontal.................................................................................................... 45
3.3 Vista Superior. ................................................................................................................ 46
3.4 Modo de Operación. ....................................................................................................... 46
3.5 Medición CPICH. ........................................................................................................... 47
3.6 Medición RSCP. ............................................................................................................. 48
3.7 Posición del Analizador para Realizar Mediciones a través del Aire. ............................ 49
3.8 Programa Mater Software Tools. .................................................................................... 49
3.9 Procesamiento de Archivo. ............................................................................................. 50
V
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
3.10 Hoja de Datos en Excel. ................................................................................................ 51
3.11 Interfaz EasyKrig v3.0. ................................................................................................. 57
3.12 Archivo de Texto Cargado en el Software. ................................................................... 58
3.13 Variograma. .................................................................................................................. 59
3.14 Validación de los Datos. ............................................................................................... 59
3.15 Mapa de Cobertura........................................................................................................ 60
3.16 Programa Google Earth. ............................................................................................... 60
3.17 Superposición del Mapa de Cobertura. ......................................................................... 61
CAPÍTULO 4. RESULTADOS EXPERIMENTALES
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
4.1 Área de Medición y Nodos B del Primer Escenario de Prueba “Lindavista”. ................ 65
4.2 Distribución de los Niveles de Potencia para CPICH. .................................................... 66
4.3 Mapa Georeferenciado de los Niveles de Potencia de CPICH Lindavista. .................... 67
4.4 Cantidad de Scrambling Code en CPICH. ...................................................................... 68
4.5 Distribución de los Niveles de Potencia para CPICH del SC 377. ................................. 69
4.6 Mapa Georefenciado de Niveles de Potencia para CPICH del SC 377. ......................... 70
4.7 Distribución de los Niveles de Potencia de Ec/Io. .......................................................... 72
4.8 Mapa Georeferenciado de los Niveles de Potencia de Ec/Io Lindavista. ....................... 72
4.9 Distribución de los Niveles de Potencia para RSCP. ...................................................... 74
4.10 Mapa Georeferenciado de los Niveles de Potencia de RSCP Lindavista. .................... 74
4.11 Cantidad de Scrambling Code en Lindavista para RSCP. ............................................ 75
4.12 Distribución de los Niveles de Potencia para RSCP para el SC 377. ........................... 77
4.13 Mapa georeferenciado de los niveles de potencia para RSCP para el SC 377. ............ 77
4.14 Área de Medición y Nodos B del Segundo Escenario de Prueba “Polanco”. ............... 78
4.15 Distribución de los Niveles de Potencia para CPICH. .................................................. 79
4.16 Mapa Georeferenciado de los Niveles de Potencia de CPICH de Polanco................... 80
4.17 Cantidad de Scrambling Code de CPICH en Polanco. ................................................. 81
4.18 Distribución de los Niveles de Potencia para CPICH del SC 82. ................................. 82
4.19 Mapa Georefenciado de Niveles de Potencia para CPICH del SC 377. ....................... 83
4.20 Distribución de los Niveles de Potencia para Ec/Io. ..................................................... 84
4.21 Mapa Georeferenciado de los Niveles de Potencia de Ec/Io de Polanco. ..................... 85
4.22 Distribución de los Niveles de Potencia para RSCP. .................................................... 86
4.23 Mapa Georeferenciado de los Niveles de Potencia de RSCP de Polanco..................... 87
4.24 Cantidad de Scrambling Code de RSCP en Polanco. ................................................... 88
4.25 Distribución de los Niveles de Potencia para RSCP del SC 82. ................................... 89
4.26 Mapa georeferenciado de los niveles de potencia para RSCP para el SC 82. .............. 90
VI
ÍNDICE DE TABLAS
CAPÍTULO 1. EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES
Tabla 1.1 Sistemas Celulares de Primera Generación. ...................................................................... 10
Tabla 1.2 Sistemas Celulares de Segunda Generación...................................................................... 12
CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS DE WCDMA
Tabla 2.1 Bandas de Frecuencia para WCDMA en Base al 3GPP. .................................................. 19
Tabla 2.2 Valores RSCP [8]. ............................................................................................................. 41
Tabla 2.3 Valores de Ec/Io [9]. ......................................................................................................... 41
CAPÍTULO 3. METODOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN
Tabla 3.1 Parámetros de Configuración. ........................................................................................... 47
CAPÍTULO 4. RESULTADOS EXPERIMENTALES
Tabla 4.1 Características de las Zonas Medidas................................................................................ 63
Tabla 4.2 Valores y Características del Equipo de Medición. .......................................................... 64
Tabla 4.3 Valores de Desempeño. ..................................................................................................... 64
Tabla 4.4 Resultados Obtenidos de CPICH Lindavista. ................................................................... 65
Tabla 4.5 Incidencias por Scrambling Code. .................................................................................... 68
Tabla 4.6 Resultados de CPICH para el SC 377. .............................................................................. 69
Tabla 4.7 Resultados Obtenidos de Ec/Io Lindavista........................................................................ 71
Tabla 4.8 Resultados Obtenidos de RSCP Lindavista. ..................................................................... 73
Tabla 4.9 Incidencias por Scrambling Code para RSCP. .................................................................. 76
Tabla 4.10 Resultados de RSCP para el SC 377. .............................................................................. 76
Tabla 4.11 Resultados Obtenidos de CPICH Polanco. ..................................................................... 79
Tabla 4.12 Incidencias por Scrambling Code para CPICH en Polanco. ........................................... 81
Tabla 4.13 Resultados de CPICH para el SC 82. .............................................................................. 82
Tabla 4.14 Resultados Obtenidos de Ec/Io Polanco.......................................................................... 84
Tabla 4.15 Resultados Obtenidos de RSCP Polanco. ....................................................................... 86
Tabla 4.16 Incidencias por Scrambling Code para RSCP en Polanco. ............................................. 88
Tabla 4.17 Resultados de RSCP para el SC 82. ................................................................................ 89
CONCLUSIONES
Tabla I Resultados de CPICH de Lindavista y Polanco. ................................................................... 91
Tabla II Resultados de RSCP de Lindavista y Polanco. .................................................................... 92
Tabla III Resultados de Ec/Io de Lindavista y Polanco. ................................................................... 92
VII
OBJETIVO

Analizar experimentalmente los parámetros de desempeño CPICH,
RSCP y Ec/Io, en redes de tercera generación en entornos urbanos.
VIII
INTRODUCCIÓN
En los últimos años las nuevas tecnologías han demostrado mejorar el rendimiento de
gobiernos y empresas alrededor del mundo, actualmente las comunicaciones van más allá
de una simple línea telefónica, han transformado nuestras vidas y creado nuevas
necesidades conforme estas se desarrollan y en algunas ocasiones necesidades que ni
siquiera son primordiales.
Hoy en día la comunicación es parte esencial en nuestras vidas como la televisión, radio,
computadoras, teléfonos celulares, entre otros aparatos que hacen que el acceso a la
información sea más fácil. El teléfono celular es el que mayor demanda ha tenido
últimamente debido al desarrollo que ha presentado en los últimos años, ya que no solo es
usado para realizar llamadas, ahora las personas tienen acceso a los mensajes de texto,
correo electrónico, redes sociales, entre otras aplicaciones.
La evolución de los sistemas de telefonía celular ha tenido avances importantes, iniciando
como un servicio analógico, hasta transformarse a un servicio digital. El servicio analógico
de telefonía celular no permitía que muchos usuarios pudieran establecer una comunicación
a la misma estación base, lo cual generaba que fallara el intento de realizar una llamada.
Actualmente la demanda de servicios ha llevado a la búsqueda de mejoras en la transmisión
de datos y en la calidad en el servicio, esta mejora se puede observar en el caso de las redes
de tercera generación denominadas 3G, las cuales han permitido aumentar el número de
usuarios conectados dentro de una misma estación base, así como el incremento de la
velocidad de transmisión de datos y los múltiples servicios el cual nos ofrece.
En esta tesis, se realiza un análisis de los parámetros de desempeño dentro de una red 3G de
manera experimental en entornos urbanos, analizando los niveles de potencia de CPICH
(Common Pilot Channel; Canal Piloto Común), RSCP (Received Signal Code Power;
Código de Potencia de Señal Recibida) y Ec/Io (Energy Chip to Interference; Relación
Energía de Chip a Interferencia).
IX
CAPÍTULO 1
EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES
CAPÍTULO 1
1
EVOLUCIÓN DE LOS SISTEMAS MÓVILES
En este capítulo se presenta el concepto de celular y los diferentes tipos de células
utilizadas, así como un panorama general del desarrollo de las diferentes generaciones de la
telefonía móvil a lo largo de la historia.
1
CAPÍTULO 1
EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES
1.1 CONCEPTO CELULAR
Un sistema de telefonía móvil es aquel en donde los usuarios pueden tener comunicación
desplazándose de un lugar a otro, servidos por una estación base, este sistema también es
conocido como sistema de telefonía celular. Los elementos que intervienen en el concepto
celular son: estación base, estación móvil y reutilización de frecuencia, ver Figura 1.1.
Figura 1.1 Elementos que Conforman el Concepto Celular.
Una célula o celda es el un área de servicio en la cual los usuarios pueden recibir y realizar
llamadas mediante sus móviles. Cada célula cuenta con una estación base. El tamaño de la
célula depende de la cantidad de usuarios en un área. Un conjunto de células se le conoce
como cluster. Un cluster se encuentra conectado a una central de conmutación móvil (MSC,
Mobile Switching Center).
La reutilización de frecuencias se refiere a la aplicación de canales de radio sobre la misma
frecuencia portadora, para cubrir las diversas áreas que son separadas por una cierta
distancia una de otra, evitando que la interferencia entre canales sea lo más baja posible.
Figura 1.2.
2
CAPÍTULO 1
EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES
Figura 1.2 Re-uso de Frecuencias.
1.1.1 TIPOS DE CÉLULAS
De acuerdo a la capacidad y cobertura que se requiere en el área de influencia de la red, su
diseño implicara la utilización de células de diferentes radios y las antenas de las radiobase
presentaran diferentes alturas y potencias de transmisión. Los diferentes tipos de células
utilizadas son: macrocélulas, microcélulas, picocélulas y femtocélulas. Figura 1.3.
Figura 1.3 Jerarquía de Células.
3
CAPÍTULO 1
EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES
1.1.1.1 MACROCÉLULAS
Las macrocélulas son las más usadas para la operación celular. El rango de cubrimiento de
estas se encuentran entre 1 y 10 Km., por lo que son usadas para el manejo de tráfico
originado por usuarios que se encuentran en movimiento a gran velocidad, disminuyendo
de esta forma el número de hand-off y aumentando de esta manera la calidad del servicio,
al reducir la probabilidad de caída de llamada. Antenas utilizadas: Omnidireccionales 360º
y Sectoriales 3 x 120º.
1.1.1.2 MICROCÉLULAS
Las microcélulas cuentan con un rango que cubre entre 100 y 1000 metros, incrementando
la capacidad de la red, debido a que permite hacer un mayor manejo de tráfico y asiendo
posible la utilización de potencias de transmisión muy bajas. Antenas utilizadas:
Sectoriales.
Desde el punto de vista del operador, esto se traduce en ventajas adicionales como una
mejor cobertura, bajos costos de la red por suscriptor y mayor eficiencia en la operación del
sistema.
Los edificios pueden, a su vez, interferir con el envío de las señales entre las células que se
encuentren más lejanas, por lo que algunos edificios tienen su propia “microcélula”, como
es el caso de un subterráneo.
1.1.1.3 PICOCÉLULAS
La disminución de tamaño involucra un aumento en su capacidad de tráfico, por lo que
estas son utilizadas para ofrecer cobertura en áreas con muy alto tráfico, tales como los
centros de negocios ó comerciales, donde los usuarios tienen un patrón de comportamiento
de baja movilidad y se encuentran en un ambiente cerrado. Las picocélulas poseen un
recubrimiento menor a 100 metros. Antenas utilizadas: Sectoriales.
4
CAPÍTULO 1
EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES
1.1.1.4 FEMTOCÉLULAS
La demanda de transmisión de datos en la red móvil, involucra un aumento de tráfico
significativo, lo cual deriva la aparición de las femtocélulas. En la femtocélula se plantea
proporcionar un enlace vía radio desde cualquier ubicación en su entorno doméstico y
proporciona conectividad a través de una conexión ADSL (Digital Subscriber Line
Asymetric, Línea de Abonado Digital de tipo Asimétrico). Las femtocélulas pueden hacer
uso de las bandas de frecuencia más altas al tener asociadas coberturas limitadas.
1.1.2 HANDOVER ENTRE CÉLULAS
Un sistema celular se diseña de manera que las células adyacentes trabajen con distintas
frecuencias. El problema se presenta cuando el equipo móvil cruza de una célula a otra. El
sistema de control tiene que detectar de modo automático que esto sucede y realizar la
conmutación con un canal libre de la célula adyacente. A este proceso se le denomina
handover o handoff. Figura 1.4.
Cada sistema tiene una solución para llevar a cabo este proceso, generalmente mediante
mensajes de control (señalización) que se intercambian los terminales móviles y la estación
de control.
Figura 1.4 Handover entre Células.
5
CAPÍTULO 1
1.1.3
EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES
FUNCIONAMIENTO
Por sofisticados que sean los teléfonos celulares no dejan de ser radiotransmisores. Siendo
un sistema de comunicación telefónica totalmente inalámbrica, los sonidos se convierten en
señales electromagnéticas, que viajan a través del aire, siendo recibidas y transformadas
nuevamente en mensaje a través de antenas repetidoras o vía satélite.
Un teléfono celular es un dispositivo dual, esto quiere decir que utiliza una frecuencia para
hablar, y una segunda frecuencia aparte para escuchar, este puede utilizar hasta 1664
canales. Estos operan con células y pueden alternar la célula usada a medida que el teléfono
es desplazado, dándole a los teléfonos un mayor rango de movilidad.
1.2
ESQUEMAS DE ACCESO MULTIPLE
En los sistemas de comunicaciones móviles múltiples usuarios tienen acceso a los diversos
recursos para comunicarse con otros usuarios. Un esquema de acceso múltiple es aquel en
el cual varios usuarios comparten un recurso común para transmitir y recibir información.
Existen diferentes métodos de acceso múltiple, pero los más comunes son: acceso múltiple
por división de frecuencia, FDMA (Frequency Division Multiple Access); acceso múltiple
por división de tiempo, TDMA (Time Division Multiple Access); acceso múltiple por
división de código, CDMA (Code Division Multiple Access); y acceso múltiple por
división de frecuencia ortogonal, OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplex
Access). A continuación se presenta una descripción de cada uno de estos esquemas.
1.2.1 FDMA
El espectro de frecuencia disponible es dividido de tal manera que a cada usuario se le
asigna un canal de frecuencia con el mismo ancho de banda. Existe una banda de guarda
entre canales para reducir la interferencia de canal adyacente. Es habitual que a cada
usuario se le asigne un par de canales uno para el enlace de bajada y otro para el enlace de
subida. La Figura 1.5 muestra el esquema de acceso múltiple.
6
CAPÍTULO 1
EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES
Figura 1.5 Acceso Múltiple por División de Frecuencia (FDMA).
1.2.2 TDMA
TDMA es el esquema en el cual cada canal es dividido en intervalos de tiempo que se
denominan “ranuras de tiempo” las cuales son fijas y sincronizadas, a cada usuario se le
puede asignar una o varias ranuras de tiempo durante las cuales puede transmitir su
información. Al agrupar varias ranuras de tiempo se forma una trama.
Se puede agregar un período o tiempo de guarda entre ranuras de tiempo, de modo que la
información de los usuarios no se traslape. En la Figura 1.6 se observa este esquema.
Figura 1.6 Acceso Múltiple por División en Tiempo (TDMA).
7
CAPÍTULO 1
EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES
1.2.3 CDMA
A los sistemas que utilizan este esquema se les denomina “sistemas de espectro disperso”.
En este se asigna un código a cada usuario y simultáneamente todos los usuarios pueden
ocupar todo el ancho de banda disponible al mismo tiempo. A diferencia de TDMA y
FDMA, en CDMA se emplean códigos matemáticos para distinguir a cada usuario. La
Figura 1.7 muestra este esquema.
En el lado del transmisor a cada usuario se asigna una secuencia de código única para
dispersar la información. El receptor, conociendo las secuencias de código del usuario,
descifra la señal recibida y recupera los datos originales.
Figura 1.7 Acceso Múltiple por División de Código (CDMA).
1.2.4
OFDMA
OFDMA es una combinación de FDMA y TDMA, un usuario tiene asignado un número de
subportadoras (FDMA), las asignaciones de subportadoras de usuarios cambian en el
tiempo (TDMA), las señales moduladas resultantes en cada subportadora son ortogonales
entre sí.
8
CAPÍTULO 1
EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES
Para conseguir una mayor eficiencia, el sistema se realimenta con las condiciones del canal,
adaptando continuamente el número de subportadoras asignadas al usuario en función de la
velocidad que éste necesita y de las condiciones del canal. Si la asignación se hace
rápidamente, se consigue cancelar de forma eficiente las interferencias co-canal y los
desvanecimientos rápidos. Figura 1.8.
Figura 1.8 Acceso Múltiple por División de Frecuencia Ortogonal (OFDMA).
1.3 GENERACIÓN DE LA TELEFONÍA CELULAR
La demanda en la telefonía celular de una mayor cobertura, mayor ancho de banda, mayor
velocidad de descarga, así como servicios adicionales en los celulares, han hecho que exista
una evolución a lo largo de los años.
1.3.1 PRIMERA GENERACIÓN (1G)
En la década de los ochenta aparece la primera generación de telefonía celular, teniendo un
modo de transmisión analógico y presentando servicio únicamente para voz. El enlace en la
llamada era de baja calidad, baja velocidad (2400 bauds). Basada en FDMA (Frequency
Division Multiple Access; Acceso Múltiple por División de Frecuencia) a fin de aislar cada
canal y conversación en una única frecuencia, la seguridad no existía.
9
CAPÍTULO 1
EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES
Las redes más destacadas, fueron el teléfono nórdico móvil NTM (Nordic Mobile
Telephone) y el sistema de servicio de telefonía móvil avanzado AMPS (Advanced Mobile
Phone Service), el sistema de comunicaciones de acceso total TACS (Total Access
Communication System) y ETACS (Extended TACS).
En la siguiente Tabla 1.1 se muestra una comparación de los sistemas de primera
generación.
Tabla 1.1 Sistemas Celulares de Primera Generación.
SISTEMA
Banda de
frecuencia
Esquema de
acceso múltiple
Año de
introducción
Esquema de
modulación
AMPS
NMT
TACS
ETACS
824-894 MHz
890-960 MHz
860-925 MHz
900 MHz
FDMA
FDMA
FDMA
FDMA
1983
1986
1988
1985
FM
FM
FM
FM
1.3.2 SEGUNDA GENERACIÓN (2G)
A finales de los años ochenta la integración a gran escala y la tecnología de procesamiento
de señales maduraron, preparando el terreno para la era digital, dando pasó a que se
formara los sistemas de segunda generación. Haciendo uso de la tecnología TDMA y
FDMA.
El énfasis para 2G estaba sobre la transparencia internacional y compatibilidad; el sistema
debería ser regional o semiglobal y los usuarios del sistema deberían ser capaces de tener
acceso a ello básicamente en todas partes de la región, las redes 2G fueron capaces de
proporcionar algunos servicios de datos como mensajes de texto (SMS).
Fueron cuatro los principales estándares para los sistemas de 2G: el sistema global para
comunicaciones móviles GSM (Global System for Mobile communications), el sistema
digital AMPS (D-AMPS), el estándar IS-95A o CDMAONE (Code Division Multiple
Access ONE).
10
CAPÍTULO 1
EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES
1.3.2.1 GSM
El sistema GSM nace dentro de las estaciones de la Comunidad Europea con el fin de
estandarizar un sistema de comunicaciones móviles celulares destinado a un mercado
potencial de unos 10 millones de usuarios.
La diferencia fundamental entre una terminal de usuario GSM y una estación móvil de otro
sistema, es la SIM (Subscriber Identity Module; Módulo de Identificación del Suscriptor).
Con el fin de garantizar la privacidad de las comunicaciones GSM emplea mecanismos de
autentificación y cifrado.
La interfaz de radio GSM emplea una combinación entre FDMA y TDMA en un espectro
de 25 MHz. FDMA divide los 25 MHz en 124 portadoras de frecuencia de 200 KHz cada
una. Cada canal de 200 KHz es dividido en 8 ranuras de tiempo utilizando TDMA, bajo
este esquema puede soportar velocidades de hasta 9.6 Kbps.
GSM utiliza las frecuencias de 850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz y 1900 MHz dependiendo
de la región en la cual se encuentra operando.
1.3.2.2
IS-54 – TDMA
IS-54 significa Interim Standard-54, es una ampliación digital de AMPS y por eso es
ampliamente conocida como Digital AMPS.
Emplea un espaciado de canales de 30 KHz y las bandas de frecuencia (824-849 y 869-894
MHz). Cuenta con una tasa de transmisión de 48.6 Kbps con canales de 30 KHz, para dar
una eficiencia de ancho de banda de 1.62 bits/Hz. Este valor es 20% mejor que GSM. La
tasa de codificación de la voz es de 7.95 Kbps, que logra una calidad reconstruida similar a
la de los sistemas analógicos AMPS.
1.3.2.3 PDC
PDC (Personal Digital Cellular) utilizada en Japón. Funciona en la banda de 800 MHz y
1500 MHz, lo que hace un uso muy eficiente del ancho de banda disponible. PDC es la más
espectralmente eficiente de las tecnologías TDMA, con seis tarifa de media (o tres tarifa
completa) los canales posibles están en un espacio de 25 KHz de frecuencia.
11
CAPÍTULO 1
EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES
PDC ofrece dos tipos de alternativas; 9.6 Kbps en su totalidad los canales de tasa o
5.6 Kbps en la media canal de tipo. La calidad de la voz a lo largo de una conexión de
5.6 Kbps es significativamente menor que la conexión estándar 9.6 Kbps.
1.3.2.4 IS-95 – CDMAONE
El sistema de telefonía celular IS-95 se convierte en un estándar americano de telefonía
móvil de segunda generación a mediados de los años noventa. Está diseñado para transmitir
voz, señalización de llamadas y datos en forma limitada, usando FDD/FDMA/CDMA.
Varios usuarios pueden tener acceso al espectro de 1.25 MHz que utiliza CDMA. La
separación entre usuarios se realiza usando códigos ortogonales que se eliminan al ser
multiplicados entre sí. Soporta servicios de datos en conmutación de circuitos a velocidades
de 9.6 Kbps a 14.4 Kbps.
En la Tabla 1.2 se muestran las características más importantes de estos sistemas de
segunda generación.
Tabla 1.2 Sistemas Celulares de Segunda Generación.
SISTEMA
Banda de
frecuencia
Esquema de
acceso múltiple
Tasa de datos
Año de
introducción
Esquema de
modulación
GSM
IS-54
PDC
IS-95
890-915 MHz
850 MHz
1850-1910 MHz
824-849 MHz
TDMA/FDMA
TDMA/FDMA
TDMA/FDMA
CDMA
13 Kbps
7.95 Kbps
9.6 Kbps
14.4 Kbps
1990
1992
1993
1993
GMSK
/4 DQPSK
/4 DQPSK
QPSK
1.3.3 GENERACIÓN 2.5 (2.5G)
Como incremento la popularidad de las comunicaciones móviles, los sistemas de segunda
generación como IS-95 o GSM, eran incapaces de satisfacer la demanda de mayor
capacidad de transmisión. Los sistemas más sobresalientes desarrollados para 2.5G son:
HSCSD, GPRS, EDGE.
12
CAPÍTULO 1
EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES
1.3.3.1 HSCSD
HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) nace con el objetivo de proporcionar mejores
prestaciones a los servicios móviles de datos. Soporta velocidades comprendidas entre
14.4 Kbps y 115.2 Kbps, mediante el cambio de la codificación del canal.
La ventaja de HSCSD para el usuario es que, al estar basado en conmutación de circuitos,
garantiza un ancho de banda mínimo a cada usuario. Sin embargo, el usuario pagará la
conexión durante todo el tiempo que dure la comunicación.
1.3.3.2 GPRS
GPRS (General Packet Radio Service) mejora de GSM, es una técnica de transmisión de
paquetes, con ella se tienen tasas de datos de 40 Kbps hasta 115 Kbps y a velocidades
comprendidas entre los 9.5 y 171 Kbps.
GPRS procura utilizar la infraestructura de red de GSM en la medida que sea posible. Sin
embargo, deben introducirse nuevos elementos y actualizar algunos de los ya existentes con
el fin de soportar la conmutación de paquetes.
1.3.3.3 EDGE
Enchanced Data rates for GSM Evolution soporta tasas binarias reales de 384 Kbps, aunque
el limite teórico se encuentra en los 473.6 Kbps. Para ello introduce nuevos esquemas de
modulación y codificación, que junto con técnicas de control del enlace, pueden emplearse
tanto en servicios de conmutación de circuitos (voz) como en servicios de conmutación de
paquetes (datos).
Una de las principales ventajas es su reducido impacto sobre la infraestructura de la red, es
decir, que el operador que desee mejorar las prestaciones de su red GSM/GPRS podrá
hacerlo con una inversión y un riesgo mínimos.
13
CAPÍTULO 1
EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES
1.3.4 TERCERA GENERACIÓN (3G)
La idea fundamental de la tecnología en 3G consiste en preparar una infraestructura
universal que soporte los servicios ya existentes y otros futuros.
Las características de un sistema de tercera generación se describen en el estándar
IMT-2000, el cual es una norma mundial para la tercera generación (3G) de
comunicaciones inalámbricas, definida por un conjunto de recomendaciones
interdependientes de la ITU (International Telecommunication Union; Unión Internacional
de Telecomunicaciones).
Las exigencias dentro de IMT-2000 para un sistema de tercera generación son:








Proporcionar acceso a servicios como: audio, video, voz, datos, multimedia,
roaming y seguridad.
Alta velocidad en la transmisión de datos, con tasas de 144 Kbps, 384 Kbps y
2 Mbps.
Servicios simétricos y asimétricos.
Calidad de voz comparable con los sistemas de comunicaciones fijos.
Compatibilidad con sistemas de segunda generación.
Alta eficiencia espectral.
Servicio de paquetes de datos de alta velocidad.
Conmutación de paquetes y conmutación de circuitos [1].
El espectro para los servicios móviles 3G fue desinado por la ITU, la cual atribuyó las
bandas de frecuencia 1885-2025 MHz, 1980-2010 MHz y 2170-2200 MHz.
En el servicio de 3G se han desarrollado nuevos servicios como correo electrónico,
transferencia de datos de alta velocidad, video llamada, servicios multimedia e Internet
móvil. Adopta las técnicas de acceso múltiple CDMA y mayor ancho de banda para
proporcionar capacidades mayores.
WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) es una tecnología que incrementa las
tasas de transmisión de datos. Permite una tasa de datos de 384 Kbps y una velocidad de
transferencia en el enlace de bajada de 2 Mbps y velocidades promedio de 220-320 Kbps,
operando con 5 MHz.
14
CAPÍTULO 1
EVOLUCIÓN DE LOS SITEMAS MÓVILES
1.3.5 CUARTA GENERACIÓN (4G)
4G se pretende que sea la fusión de las tecnologías celulares e inalámbricas incluyendo la
integración de tecnologías, será la solución IP donde voz, datos y multimedia estarán
disponibles a los usuarios, con una velocidad mayor a la actual. Habilita tecnologías
relacionadas a la codificación, la modulación y el acceso múltiple, los esquemas de
codificación avanzados, la modulación adaptable, la señalización de banda ultra ancha.
Se desarrolla con el propósito de brindar servicios de calidad y satisfacer las necesidades de
velocidades de transmisión de la información. Entre las tecnologías a usar se encuentran
WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) y LTE (Long Term
Evolution), ambos haciendo uso de la técnica de acceso OFDMA (Orthogonal Frecuency
Division Multiple Access).
En la Figura 1.9 se muestra las diferentes generaciones de la telefonía celular.
Figura 1.9 Generaciones de Telefonía Celular
15
CAPÍTULO 2
FUNDAMENTOS DE WCDMA
CAPÍTULO 2
2
FUNDAMENTOS DE WCDMA
En este capítulo se presenta las características y arquitectura de WCDMA, se da una
descripción de los elementos que conforman la red UMTS, al igual se muestra los
parámetros de desempeño de una red.
16
CAPÍTULO 2
FUNDAMENTOS DE WCDMA
2.1 CARACTERÍSTICAS
WCDMA es una tecnología de tercera generación detrás del estándar UMTS (Universal
Mobile Telecommunications System; Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles)
que está ligado con el estándar GSM. WCDMA incrementa las tasas de transmisión de
datos, forma parte de las tecnologías de espectro ensanchado (Spread Spectrum) la cual
expande la señal sobre un ancho de banda de 5 MHz (Figura 2.1), teniendo la capacidad de
portar voz y datos simultáneamente.
Algunas de las características de WCDMA son:





Emplea acceso múltiple por división de código de secuencia directa de banda ancha
(DS-CDMA), donde la información del usuario se dispersa sobre un ancho de banda
mayor para transmitir, ofreciendo tasas de transmisión de hasta 2 Mbps.
Los datos transmitidos son dispersados usando un código el cual se efectúa a una
tasa de 3.84 Mchips.
Soporta dos modos de operación FDD y TDD. El modo FDD utiliza portadoras de
5 MHz, en las bandas de 2110 MHz – 2170 MHz en el enlace de bajada y
1920 MHz -1980 MHz en el enlace de subida. TDD utiliza una sola portadora para
ambos enlaces, las bandas de frecuencia que utiliza son de 1900 MHz - 1920 MHz y
2010 MHz – 2025 MHz.
Opera en modo asíncrono.
Emplea detección coherente en ambos enlaces, por medio de un canal piloto [2].
Figura 2.1 Ancho de Banda de WCDMA.
17
CAPÍTULO 2
FUNDAMENTOS DE WCDMA
2.2 3GPP (3rd GENERATION PARTNERSHIP PROJECT; ASOCIACIÓN
DE PROYECTOS DE 3ª GENERACIÓN)
El 3GPP es un organismo de normalización mundial de las redes de tercera generación,
conformada por varias organizaciones de estandarización internacionales como son: el
ARIB/TTC (Associaton of Radio Industries and Businesses / Telecommunication
Technology Committee), ETSI (European Telecommunicatios Standars Institute), TTA
(Telecommunication Technology Association), T1 (Standarisation Committee T1 Telecommunications) y CWTS (China Wireless Telecommunication Standard). El objetivo
del 3GPP es hacer global aplicaciones de telefonía móvil de tercera generación. Figura 2.2.
Los sistemas 3GPP están basados en la evolución de los sistemas GSM, actualmente
conocidos como sistemas UMTS. El 3GPP desarrolla especificaciones técnicas, las cuales
una vez completadas son aprobadas como una técnica estándar aplicable en cada país o
región por las autoridades a cargo.
Figura 2.2 Asociación de Proyectos de 3ª Generación.
2.3 BANDAS DE OPERACIÓN
El 3GPP ha creado especificaciones para las bandas de frecuencia en la cual debe de operar
WCDMA (Tabla 2.1). Estas frecuencias se basan en el tipo de enlace ascendente o
descendente, así como la región del mundo en la cual se encuentre operando.
18
CAPÍTULO 2
FUNDAMENTOS DE WCDMA
Tabla 2.1 Bandas de Frecuencia para WCDMA en Base al 3GPP.
BANDA DE NOMBRE ESPECTRO
ENLACE
ENLACE
OPERACIÓN
3GPP
TOTAL
ASCENDENTE DESCENDENTE
(MHz)
(MHz)
2100
2 x 60 MHz
1920 - 1980
2110 - 2170
Banda I
REGIÓN
Banda II
1900
2 x 60 MHz
1850 - 1910
1930 - 1990
Banda III
1800
2 x 75 MHz
1710 - 1785
1805 - 1880
Banda IV
1700/2100
2 x 45 MHz
1710 - 1755
2110 - 2155
Banda V
850
2 x 25 MHz
824 - 849
869 - 894
Banda VI
800
2 x 10 MHz
830 - 840
875 - 885
Banda principal
WCDMA
Banda PCS
América
Europa, Asia y
Brasil
Nueva banda 3G en
EU y América
EU, América y
Asia
Japón
Banda VII
2600
2 x 70 MHz
2500 - 2570
2620 - 2690
Nueva banda 3G
Banda VIII
900
2 x 35 MHz
880 - 915
925 - 960
Europa y Asia
Banda IX
1700
2 x 35 MHz
1750 - 1785
1845 - 1880
Japón
Banda X
1700/2100
2 x 60 MHz
1710 - 1770
2110 - 2170
Extensión banda IV
2.4 MODOS DE OPERACIÓN
WCDMA cuenta con dos modos de operación FDD (Frecuency Division Duplex) y TDD
(Time Division Duplex). Estos modos ofrecen plataformas de tercera generación, de tal
manera que soportan los servicios móviles avanzados. Figura 2.3.
2.4.1 MODO DE OPERACIÓN TDD
En este método bidireccional, las transmisiones del enlace ascendente y del descendente
son transportadas en la misma banda de frecuencia usando intervalos de tiempo (slots de
trama) de forma síncrona. Así las ranuras de tiempo en un canal físico se asignan para los
flujos de datos de transmisión y de recepción.
19
CAPÍTULO 2
FUNDAMENTOS DE WCDMA
2.4.2 MODO DE OPERCIÓN FDD
Los enlaces de las transmisiones de subida (uplink) y de bajada (downlink) emplean dos
bandas de frecuencia separadas para este método a dos caras. Un par de bandas de
frecuencia con una separación especificada se asigna para cada enlace. Puesto que diversas
regiones tienen diversos esquemas de asignación de la frecuencia, la capacidad de
funcionar en modo de FDD o TDD permite la utilización eficiente del espectro disponible.
Figura 2.3 Modos de Operación a) FDD y b) TDD.
2.4.3 ENSANCHADO (SPREADING) Y DESENSANCHADO (DESPREADING)
PARA WCDMA
WCDMA básicamente funciona de la siguiente manera: los datos a transmitir se
multiplican por un código, el resultado produce una señal de mayor ancho de banda la cual
es de 3.84 MHz, la cual representa el ancho de banda asignado para la transmisión en modo
FDD, a esto se le denomina Spreading.
El receptor capta la señal ensanchada y utiliza el mismo código de transmisión para
sincronizarla, dando como resultado la información transmitida más algunos armónicos de
alta frecuencia que pueden ser filtrados con facilidad, a esto se le denomina Despreading.
20
CAPÍTULO 2
FUNDAMENTOS DE WCDMA
El Spreading y Despreading son realizados por la estación base (también llamado Nodo B)
y el teléfono móvil, la información transita en ambos sentidos, desde el teléfono hacia el
Nodo B (Uplink) y desde el Nodo B al teléfono (Downlink).
2.4.3.1 CÓDIGO DE ENSANCHAMIENTO (SPREADING CODE)
El código de de ensanchamiento se utiliza para distinguir los datos de cada usuario en el
trayecto en una misma banda de frecuencia, la red asigna el código al usuario antes de la
transmisión de manera que ambos conocen el código y lo utilizan para la separación de
datos.
Este código de ensanchamiento está compuesto de un código de aleatorio y un código de
canalización. Figura 2.4.
Figura 2.4 Ensanchado y Desensanchado de una Señal en WCDMA.
21
CAPÍTULO 2
FUNDAMENTOS DE WCDMA
2.4.3.2 FACTOR DE ENSANCHAMIENTO
El factor de ensanchamiento es el número de chips por cada símbolo utilizado para el
ensanchamiento de la señal. Los factores de ensanchamiento en WCDMA varían desde 4
hasta 256, permitiendo velocidades de símbolos transmitidas entre 960 ksímbolos/s y
15 ksímbolos/s en un solo código. El factor de ensanchamiento se expresa de la forma:
𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑠𝑎𝑛𝑐𝑕𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 =
𝑇𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑕𝑖𝑝𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎
𝑇𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑏𝑖𝑡𝑠 𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟𝑎
(2.1)
2.5 MODULACIÓN
WCDMA emplea la modulación QPSK o QAM para el enlace de bajada y BPSK para el
enlace de subida.
2.5.1 QAM (QUADRATURE AMPLITUDE MODULATION; MODULACIÓN
POR AMPLITUD EN CUADRATURA)
QAM es una modulación digital que transporta datos, mediante la modulación de la señal
portadora de información, tanto en la fase como en la amplitud.
La modulación QAM consiste en modular por desplazamiento en amplitud (ASK,
Amplitude Shift Keying) de forma independiente, dos señales portadoras que tienen la
misma frecuencia pero que están desfasadas entre sí 90º. La señal modulada QAM es el
resultado de sumar ambas señales ASK. Estas pueden operar por el mismo canal sin
interferencia mutua porque sus portadoras al tener tal desfase, se dice que están en
cuadratura [3]. Figura 2.5.
22
CAPÍTULO 2
FUNDAMENTOS DE WCDMA
Figura 2.5 Constelaciones de las Variantes de QAM.
2.5.2 PSK (PHASE SHIFT KEYING; MODULACIÓN POR DESVIACIÓN DE
FASE)
La modulación PSK es de forma angular, la cual varía la fase de la portadora, cada fase
representa cada símbolo de la señal modulada. Con PSK la señal de entrada es una señal
digital binaria y son posibles un número limitado de fases de salida.
2.5.2.1 BPSK (BINARY PHASE SHIFT KEYING; MODULACIÓN POR
DESVIACIÓN DE FASE BINARIA)
Consta de la modulación de desplazamiento de fase de 2 símbolos, con un bit de
información cada uno (Figura 2.6). Los símbolos tienen un valor de salto de fase de 0º para
el 1 y 180º para el 0, su velocidad de transmisión es más baja de las modulaciones de fase.
Figura 2.6 Constelación BPSK.
23
CAPÍTULO 2
FUNDAMENTOS DE WCDMA
2.5.2.2 QPSK (QUADRATURE PHASE SHIFT KEYING; MODULACIÓN POR
DESVIACIÓN DE FASE CUATERNARIA)
Desplazamiento de fase de 4 símbolos, QPSK puede codificar dos bits por cada símbolo,
desplazados entre sí 90º. Normalmente se usan valores de salto de fase 45º, 135º, 225º y
315º. Con dos bits, existe cuatro posibles condiciones: 00, 01, 10 y 11. Figura 2.7.
Figura 2.7 Constelación QPSK.
2.6 ESTRUCTURA DE LA TRAMA
En los enlaces ascendente y descendente la transmisión se encuentra organizada en el
dominio del tiempo en tramas. Una trama tiene una duración de 10 ms y es dividida en 15
ranuras de tiempo, las cuales hacen 2560 chips/ranura de tiempo.
Dentro de cada ranura hay una estructura multiplexada en tiempo para la señal, en una sola
trama se encuentran los símbolos de datos, la información de señalización física y los
símbolos piloto.
24
CAPÍTULO 2
FUNDAMENTOS DE WCDMA
PREÁMBULO
PREÁMBULO
PARTE DEL
MENSAJE
PREÁMBULO
Trama de radio de 10 ms
4096 chips
PREÁMBULO
PREÁMBULO
PARTE DEL MENSAJE
PREÁMBULO
Trama de radio de 20 ms
Figura 2.8 Estructura de las Transmisiones de Acceso Aleatorio.
DATA
PILOT
TFCI
FBI
TPC
2560 chips
0
1
2
3
...
14
10 ms
Figura 2.9 Estructura de la Trama para las Partes de Control y Datos del Enlace de Subida del PCPCH.
25
CAPÍTULO 2
FUNDAMENTOS DE WCDMA
DPDCH
RANURA
DPCCH
DATA 1
TCP
TFCI
DPDCH
DPCCH
DATA 2
PILOT
2560 chips
0
1
2
3
...
14
10 ms
Figura 2.10 Estructura de la Trama para el Enlace de Bajada DPCH.
2.7 ARQUITECTURA DE LA RED TERRESTRE UMTS
La red UMTS (Universal Mobile Telecommunications System; Sistema Universal de
Telecomunicaciones Móviles) está conformada por los siguientes elementos:



El equipo de usuario, UE (User Equipment) o estación móvil, que relaciona al
usuario y a la interfaz de radio Uu.
La red de radio de acceso terrestre, UTRAN (UMTS Terrestrial Radio-Access
Network), la cual maneja todas las funciones relacionadas al radio.
La red principal, CN (Core Network), responsable de la conmutación y ruteo de las
llamadas y conexiones de datos a las redes externas.
La arquitectura general incluye dos interfaces: la interfaz lu que se localiza entre la
UTRAN y la red principal y la interfaz Uu que se encuentra entre la UTRAN y la estación
móvil. Los protocolos sobre las interfaces Uu y lu son divididos en dos estructuras: en el
plano de usuario y en el plano de control, en la Figura 2.11 se muestra la arquitectura
general UMTS.
26
CAPÍTULO 2
FUNDAMENTOS DE WCDMA
Figura 2.11 Arquitectura General de un Sistema UMTS.
Tanto el UE como la UTRAN se componen de protocolos basados en las necesidades de la
nueva tecnología de radio WCDMA, a diferencia de la Red Principal que es basada de la
tecnología GSM.
Cada uno de los elementos tiene una arquitectura interna que les permite comunicarse
dentro y fuera de ellos. Figura 2.12.
Figura 2.12 Elementos de un Sistema UMTS.
27
CAPÍTULO 2
2.7.1
FUNDAMENTOS DE WCDMA
CN (CORE NETWORK; RED PRINCIPAL)
La red principal CN es una entidad que cubre todos los elementos de red necesarios para el
control de abonado y la conmutación, la red principal es dividida en dos dominios:
conmutación de circuitos y conmutación de paquetes. Es responsable de cambiar y enrutar
llamadas y conexiones de datos a redes externas.
Maneja los procedimientos específicos de servicio, incluyendo la dirección de movilidad y
el control de llamada. Transporta la información del usuario a su destino. La CN incluye
bases de datos usadas para el manejo de la movilidad de direcciones del usuario. También
contiene una gran cantidad de sistemas de conmutación así como gateways hacia otras
redes, como Internet o la ISDN (Integrated Service Digital Network, Red Digital de
Servicios Integrados).
En la red principal existen cinco entidades las cuales son: el centro de conmutación móvil
(MSC, Mobile Switching Center), puerta de enlace al centro de conmutación móvil
(GMSC, Gateway Mobile Switching Center), el registro de locación (HLR, Home Location
Register), el nodo de apoyo al servidor GPRS (SGSN, Serving GPRS Support Node),
puerta de enlace al nodo de apoyo GPRS (GGSN, Gateway GPRS Support Node).
2.7.1.1
MSC (MOBILE SWITHING CENTER; CENTRO DE CONMUTACIÓN
MÓVIL)
Es un nodo de conmutación que soporta conexiones mediante circuitos conmutados,
también tiene que soportar la movilidad del usuario. Si un usuario se cambia de área
mientras mantiene una conexión, el MSC envía la conexión sobre los RNCs y Nodo B
adecuados al área de ubicación del usuario (Handover). El MSC también participa en los
mecanismos para la autenticación del usuario así como la encriptación de la información
del usuario. El MSC es el elemento central de la parte de circuitos conmutados de la CN.
2.7.1.2 GMSC (Gateway MSC)
El GMSC es un centro de conmutación móvil que se localiza entre las redes externas como
la ISDN y el otro MSC en la red. Su función es dirigir las llamadas entrantes al MSC.
Todas las conexiones entrantes y salientes de CS pasan a través del GMSC.
28
CAPÍTULO 2
FUNDAMENTOS DE WCDMA
2.7.1.3 HLR (HOME LOCATION REGISTER; REGISTRO DE UBICACIÓN BASE)
El HLR contiene los datos del usuario, cada perfil de información de usuario y las
autorizaciones asociados y sus llaves se almacenan en una base de datos llamada HLR. La
información del usuario entra en el HLR cuando este hace una suscripción y permanece
almacenada mientras la suscripción se encuentre activa.
2.7.1.4
VLR (VISITOR LOCATION REGISTER; REGISTRO DE UBICACIÓN DE
VISITANTE)
El VRL es una base de datos similar a HLR, contiene información de todos los usuarios
activos en esa área y almacena una copia local de la información de HLR. La información
de VLR es dinámica, tan pronto como un usuario cambia su área de ubicación, la
información es actualizada.
2.7.1.5 SGSN (SERVING GPRS SUPPORT NODE; NODO DE APOYO GPRS PARA
SERVICIO)
El SGSN es el elemento central en la conmutación de paquetes similar a la de los nodos
MSC y VLR en la parte de conmutación de circuitos. La posición actual de un usuario es
almacenada en el SGSN de modo que un paquete de información entrante puede ser ruteado
al usuario. El SGSN contiene dos tipos de información: de suscriptor y de localidad, este se
conecta a la UTRAN mediante la interfaz LuPs.
2.7.1.6 GGSN (GATEWAY GPRS SUPPORT NODE; NODE DE APOYO GPRS PARA
GATEWAY)
Se encarga de dirigir el tráfico saliente, también recibe información del HLR y del SGSN.
Los Gateways a otras redes de paquetes de datos, como internet, son conectados el GGSN.
Paquetes de datos entrantes son encapsulados en un contendor especial por el GGSN y
enviados al SGSN.
29
CAPÍTULO 2
FUNDAMENTOS DE WCDMA
2.7.1.7 GR (GPRS REGISTER; REGISTRO GPRS)
La información requerida para la operación de la transmisión por paquetes conmutados es
almacenada en el GR, una base de datos que es parte del HLR. Este incluye, por ejemplo, la
autorización para que el usuario acceda a Internet.
2.7.2 UTRAN (TERRESTRIAL RADIO ACCESS NETWORK; RED DE ACCESO
DE RADIO TERRESTRE DE UMTS)
La UTRAN es el sistema de acceso radioeléctrico de UMTS [1]. Se encarga de toda la
funcionalidad relacionada con la red principal, consiste de radio controladores de red
(RNC, Radio Network Controllers) y la estación base, juntas estas dos entidades forman un
subsistema de radio (RNS, Radio Network Subsystem). La principal tarea de la UTRAN es
la de crear y mantener Portadores de Acceso por Radio para comunicación entre el Equipo
de Usuario y la red principal [4].
Las interfaces internas de la UTRAN son: la interfaz lub y la interfaz lur. La interfaz lub
conecta a la estación base con el RNC, la interfaz lur es un enlace entre dos RNC. Figura
2.13.
Figura 2.13 Arquitectura General UTRAN.
30
CAPÍTULO 2
FUNDAMENTOS DE WCDMA
2.7.2.1 RNC (RADIO NETWORK CONTROLLER; CONTROLADOR DE RADIO DE
LA RED)
El controlador de red es el elemento de control de la UTRAN, es el punto de acceso para
todos los servicios, RNC está localizado entre las interfaces lub y lu. El RNC controla una o
más estaciones base, manejo del tráfico de los canales comunes, macrodiversidad,
modificaciones a los conjuntos activos, manejo del tráfico de los canales compartidos,
control de potencia y control de admisión.
El RNC es responsable de lo siguiente:









Control de admisión de llamada.
Gestión de los recursos de Radio.
Asignación de Código.
Control de Potencia.
Handover.
Reubicación de RNC de servicio.
Cifrado.
Conversión de Protocolo.
Conmutación ATM.
2.7.2.2 ESTACIÓN BASE O NODO B
Este nodo corresponde a la BTS (Base Tranceiver Station; Transceptor de la Estación Base)
en GSM. El Nodo B tiene como tarea fundamental realizar la transmisión y recepción de la
señal de radio, filtrado de la señal, amplificación, modulación y demodulación de la señal y
ser una interfaz hacia el RNC [5].
La estación base se localiza entre la interfaz Uu y la interfaz lub, sus principales tareas son:
efectuar la implementación física de la interfaz Uu; la estación base implementa los canales
físicos y transfiere la información de canales de transporte a los canales físicos.
Un Nodo B puede atender varias celdas, también llamados sectores dependiendo de la
configuración y tipo de antena. Las configuraciones más comunes incluyen celda omni
(360º), 3 sectores (3 x 120º), 6 sectores (3 sectores de 120º de traslape amplio con tres
sectores de diferente frecuencia).
31
CAPÍTULO 2
FUNDAMENTOS DE WCDMA
Cada célula posee un SC (Scrambling Code; Código de Mezclado), y la estación móvil
reconoce una célula mediante dos valores: SC (al iniciar sesión en una célula) y el número
de identificación de la célula (para la topología de la red de radio).
2.7.3
UE (EQUIPO DE USUARIO) O MS (ESTACIÓN MÓVIL)
La estación móvil es la terminal del sistema, esta contiene dos entidades: el equipo móvil
(ME) que es empleado para la comunicación sobre la interfaz Uu; y el módulo de identidad
de suscriptor, USIM (UMTS Subscriber Identity Module; Modulo de Identidad del
Abonado a la red UMTS).
La MS es el elemento de red más visible del sistema UMTS en lo que al usuario final
respecta. Desde el punto de vista de la red, la MS es responsable de aquellas funciones de
comunicación que son necesarias en el otro extremo de la interfaz de radio, excepto
cualquier solicitud del usuario final. La funcionalidad obligatoria de una MS UMTS se
relaciona principalmente con la interacción entre la terminal y la red [2].
2.7.4 INTERFACES DEL SISTEMA UMTS
Las interfaces que contiene un sistema UMTS son las siguientes:
Interfaz Uu. Es la interfaz por la cual la estación móvil tiene acceso a la parte fija del
sistema, y es por lo tanto probablemente la interfaz más importante en UMTS.
Interfaz lu. Es una interfaz abierta que conecta la red principal con la UTRAN. Puede tener
dos casos diferentes, lu-CS (Circuit Switching) y lu-PS (Packet Switching). La lu-CS
conecta la UTRAN a un centro de conmutación móvil (MSC). La interfaz lu-CS conecta la
UTRAN al SGSN.
Interfaz lub. Se sitúan entre el RNC y la estación base en la UTRAN. Algunas funciones
que realizan son: dirigir los recursos de transporte, maneja la información del sistema,
manejo del tráfico de los canales comunes, compartidos y especiales.
Interfaz Lur. Es una interfaz abierta que conecta a dos radio controladores de red, lleva
tanto la información de tráfico como de señalización.
32
CAPÍTULO 2
FUNDAMENTOS DE WCDMA
2.8 CANALES DE WCDMA
El radio acceso WCDMA asigna el ancho de banda para los usuarios, el ancho de banda
asignado y sus funciones de control se manejan utilizando el término canal. Para el
transporte y gestión a través de la interfaz de aire de distintos tipos de tráfico, el 3GPP
define tres canales; teniendo cada canal un papel específico en el establecimiento y
duración de las sesiones en las redes de acceso UMTS, canales lógicos, canales de
transporte y canales físicos.
Los canales lógicos, describen el tipo de información que deberá transmitirse, los canales
de transporte describen como los canales lógicos se transfieren y los canales físicos son los
medios de transmisión proporcionando la plataforma de radio a través de la cual la
información es realmente trasferida.
2.8.1 CANALES LÓGICOS
Los canales lógicos proporcionan servicios de transferencia de datos de la capa MAC. Los
canales lógicos dependiendo del tipo de información que transportan, se distinguen en dos
tipos: de control, utilizados para transferir información en el plano de control y los de
tráfico, utilizados para transferir información de usuario.
Los distintos Canales de Control Lógicos son:

BCCH (Broadcast Control Channel; Canal de Control de Difusión). Canal de enlace
de bajada que controla información relacionada con la celda que identifica la red.

PCCH (Paging Control Channel; Canal de Control de Búsqueda). Canal utilizado en
el enlace de bajada para la transmisión de información de voceo.

CCCH (Common Control Channel; Canal de Control Común). Canal bidireccional
para la transmisión de información de control entre la red y la estación móvil.

DCCH (Dedicated Control Channel; Canal de Control Dedicado). Canal punto a
punto para la transmisión de información de control entre la red y la estación móvil
[5].
33
CAPÍTULO 2
FUNDAMENTOS DE WCDMA
Los Canales de Tráfico Lógicos son:

DTCH (Dedicated Traffic Channel; Canal de Tráfico Dedicado). Dedicado a solo
una estación móvil, para la transferencia de información de usuario.

CTCH (Common Traffic Channel; Canal de Tráfico Común). Canal unidireccional
punto a multipunto utilizado en la trasmisión de información de usuario dedicada
para todos o un grupo específico.
2.8.2 CANALES DE TRANSPORTE
El canal de transporte es unidireccional y cuenta con las características para transportar los
datos a través de la interface de aire. Se cuenta con dos tipos de canales de transporte:
canales de trasporte dedicados, los cuales son un recurso específicamente para un solo
usuario y los canales de trasporte comunes, el cual es compartido con todos o un grupo de
usuarios dentro de una célula.
2.8.2.1 CANAL DE TRASPORTE DEDICADO
El DCH (Dedicated Channel; Canal Dedicado) es el único canal de transporte dedicado.
Este es un canal bidireccional, el cual se encarga de llevar los datos y control de
información de las capas superiores, como: voz, video, datos, control de potencia, cambio
rápido de tasa de datos.
2.8.2.2 CANALES DE TRASPORTE COMUN
El canal de transporte común cuenta con varios canales para desempeñar una acción
particular, pretendiendo regular la carga del sistema, ya que en ocasiones no todas las
acciones que involucran la transferencia de datos son realizadas al mismo tiempo. Los
canales de transporte comunes son los siguientes:

BCH (Broadcast Channel; Canal de Broadcast). Canal de enlace de bajada el cual se
utiliza para transmitir información de una red UTRAN a una célula en particular.
34
CAPÍTULO 2
FUNDAMENTOS DE WCDMA

FACH (Forward Access Channel; Canal de Acceso de Bajada). Canal de enlace de
bajada, el cual transmite información de control a la terminal móvil localizada en
una célula [5].

PCH (Paging Channel; Canal de Voceo). Canal de transporte de enlace de bajada el
cual es transmitido a toda la célula, llevando los datos necesarios para el
procedimiento de voceo.

RACH (Random Access Channel; Canal de Acceso Aleatorio). Canal de transporte
de enlace de subida, el cual es recibido de toda la célula con un riesgo de colisión.
Utilizado para llevar información de control desde la estación móvil hasta la
estación base.

CPCH (Common Packet Channel; Canal de Paquete Común). Canal de transporte
de enlace de subida, envía paquetes de información a la red, utilizando un
procedimiento más ordenado para evitar las colisiones producidas por el acceso de
usuarios.

DSCH (Downlink Shared Channel; Canal Compartido de Enlace de Bajada). Canal
de transporte de enlace de bajada el cual es compartido por varios equipos móviles,
el cual transporta información del usuario y control.
2.8.3
CANALES FÍSICOS
Los canales físicos son el medio que se utiliza para enviar la información tanto de control y
de usuario. Se caracterizan por la portadora de frecuencia, los códigos de scrambling, los
códigos de canalización, el tiempo de inicio y parada de transmisión y en el enlace de
subida.
2.8.3.1 CANAL FISICO PARA EL ENLACE DE SUBIDA
Para la conexión de enlace de subida se cuenta con dos canales dedicados y un canal
común.
35
CAPÍTULO 2
FUNDAMENTOS DE WCDMA
DPDCH (Dedicated Physical Data Channel; Canal Físico de Datos Dedicado). Canal en el
cual se realiza la función de la transmisión de los datos de usuario y control de la
información.
DPCCH (Dedicate Physical Control Channel; Canal Físico de Control Dedicado). Canal
que transmite símbolos piloto para la recepción coherente y transmite bits de señalización
para control de potencia [6].
2.8.3.2
CANAL FISICO PARA EL ENLACE DE BAJADA
Este canal cuenta con varios canales para el desempeño de acciones específicas.

DDPCH (Downlink Dedicad Physical Channel; Canal Físico Dedicado del Enlace
de Bajada). Consta de dos canales dedicados uno para el canal DPDCH y un canal
de control, el cual es el canal físico de control dedicado, DPCCH. Utiliza el
multiplexaje en tiempo para enviar los datos de usuario provenientes de capas
superiores.

CPICH (Common Pilot Channel; Canal Piloto Común). Canal que transmite una
portadora que es usada para estimar los parámetros de canal. Es empleado para el
control de potencia, transmisión y detección coherente, la estimación de canal y
medición de celdas adyacentes, los canales piloto también sirven para obtener el
código scrambling de la célula.

PCCPCH (Primary Common Control Physical Channel; Canal Físico Primario de
Control Común). Es usado para llevar el canal de Broadcoast (BCH). Se encarga de
llevar información de control por toda la celda.

SCCPCH (Secondary Common Control Physical Channel; Canal Físico Secundario
de Control Común). Canal que transmite la información de los diferentes canales de
transporte, FACH y PCH.

SCH (Synchonization Channel, Canal de Sincronización). Canal utilizado por las
estaciones móviles para la búsqueda de células, consta de un canal primario y un
canal secundario.
36
CAPÍTULO 2
FUNDAMENTOS DE WCDMA

PDSCH (Physical Dedicated Shared Channel; Canal Físico Compartido del Enlace
de Bajada). Tiene como objetivo la trasferencia de paquetes de datos en tiempo no
real.

PRACH (Physical Accesses Chanel; Canal Físico de Acceso Aleatorio). Canal
usado para transportar el RACH (Random Access Channel) en enlace de subida.

CPCH (Common Packet Channel; Canal Físico de Paquetes Comunes). Canal de
transporte de enlace de subida, es asignado utilizando el multiplexaje de tiempo, es
usado por varios usuarios y utiliza el control de potencia.

PICH (Paging Indicator Channel; Canal Indicador de Voceo). Canal físico de
velocidad fija, utiliza un factor de dispersión de 256 bits, que se utiliza para
transportar el indicador de voceo. El PICH está asociado con el SCCPCH [6].
2.9 GSM VS WCDMA
Las diferencias más importantes entre GSM y WCDMA son los siguientes:



GSM utiliza TDMA como esquema de acceso múltiple, mientras que WCDMA
utiliza CDMA.
GSM fue creado principalmente para aplicaciones de voz. WCDMA soporta voz,
paquetes de datos alta velocidad y aplicaciones multimedia.
La interfaz subyacente de aire de WCDMA es mucho más sensible al rendimiento y
su operación comparte muchas más similitudes con su rival CDMA 2000 el cual es
el predecesor de GSM. Para conseguir la ganancia en desempeño en el nivel de
enlace, sobre la ecualización GSM y sobre las técnicas de salto de frecuencia
(Frecuency Hopping), WCDMA usa la tecnología de recepción rake para aumentar
la diversidad.
37
CAPÍTULO 2
FUNDAMENTOS DE WCDMA
2.10 MULTITRAYECTORIA
La mayoría de los sistemas de comunicaciones no operan en entornos de espacio libre, lo
cual provoca que en la propagación de las ondas de radio tengan múltiples reflexiones,
difracciones y atenuaciones de la energía de la señal. Las cuales son provocadas por los
diversos obstáculos como edificios, árboles, montañas, etc., causando el fenómeno de
propagación por multitrayectoria. Figura 2.14.
El entorno de propagación entre el transmisor y el receptor cambia de manera continua y
arbitraria. De modo que las ondas llegan de distintas direcciones, múltiples copias, con
atenuaciones y defasadas.
Figura 2.14 Propagación por Multitrayectoria.
Para disminuir los efectos de la multitrayectoria en un enlace es usado el receptor Rake.
El receptor Rake está conformado por varios receptores levemente retrasados capaces de
rastrear los rápidos cambios de amplitudes y fases provenientes del fenómeno de
desvanecimiento, cada uno de ellos recibe una trayectoria que es decodificada y recuperada.
Las salidas de los diferentes receptores son alineadas en tiempo, en la última etapa lleva a
cabo la suma de las trayectorias, con el objeto de tener el máximo provecho de cada una.
Figura 2.15.
El propósito del receptor Rake es mejorar el nivel de la señal recibida, pues las señales que
se propagan a través de diversas trayectorias tienen diversas atenuaciones.
38
CAPÍTULO 2
FUNDAMENTOS DE WCDMA
SEÑAL DE
ENTRADA
I
ROTADOR DE
FASE
CORRELACIONA
DOR
ECUALIZADOR
DE
RETRASO
∑I
I
∑Q
Q
Q
GENERADOR
DE CÓDIGO
ESTIMADOR
DE CANAL
FINGER 1
FINGER 2
COMBINADOR
FINGER 3
TIMING (FINGER ALLOCATION)
FILTRO DE
EMPAREJADO
Figura 2.15 Diagrama Receptor RAKE.
2.11 PARÁMETROS DE DESEMPEÑO
La cobertura de una red es importante para saber que esperar como usuarios del servicio. Al
igual que en GSM, en WCDMA existen diferentes puntos para una conexión exitosa del
teléfono móvil.




Inicio de sesión en la red.
Inicio de una llamada.
Mantener una llamada iniciada.
Llegar a una velocidad de datos específica en la transmisión de datos.
Si la calidad de recepción va disminuyendo, los efectos observados son los siguientes.





Disminuye la velocidad de datos.
Desconexión de la llamada en curso (llamada pérdida).
No se puede iniciar una nueva llamada.
El equipo está desconectado de la red (desconexión de la red).
El equipo no se puede iniciar sesión en la red.
39
CAPÍTULO 2
FUNDAMENTOS DE WCDMA
La velocidad de datos de usuario no solo depende de la calidad de recepción, sino también
del número de usuarios activos en una célula, si los usuarios tienen derecho a altas
velocidades de datos, entre otros factores. Por lo cual la velocidad de datos disponible no es
un buen indicador de calidad de recepción y cobertura.
La capacidad de conectarse a la red es un requisito absoluto para utilizar cualquiera de los
servicios que proporciona la red, por lo cual es el indicador más adecuado para medir la
cobertura de la red. Una vez que el equipo está conectado a la red, se puede iniciar las
llamadas y mantenerse, incluso si temporalmente la calidad de recepción disminuye aún
más.
Por lo cual, es necesario establecer uno o más valores de los parámetros técnicos que
permiten que el equipo pueda iniciar sesión en la red. El acceso a la red son los criterios
adecuados para decidir si una zona tiene cobertura o no.
2.11.1 CPICH (COMMON PILOT CHANNEL; CANAL PILOTO COMÚN)
El canal CPICH transmite una portadora usada para estimar los parámetros del canal es la
referencia física para otros canales. Se emplea para:






Control de potencia.
Transmisión.
Detección coherente.
Estimación de canal.
Medición de celdas adyacentes.
Obtención del código de mezclado (Scrambling Code).
La medición “sobre el aire” permite determinar el número de sectores que están
transmitiendo en un punto de un área determinada, así como, conocer la Dominancia del
Piloto (PD, Pilot Dominance), el cual representa la fuerza del piloto más fuerte comparado
con el siguiente piloto de mayor fuerza en el mismo canal.
La sensibilidad de la mayoría de los equipos móviles disponibles en el mercado es de
-80dBm [7].
40
CAPÍTULO 2
FUNDAMENTOS DE WCDMA
2.11.2 RSCP (RECEIVE SIGNAL CODE POWER; CÓDIGO DE POTENCIA DE
SEÑAL RECIBIDA)
RSCP es el valor de la energía de RF con que el móvil percibe al Nodo B después del
proceso de correlación/decodificación, generalmente está dada en dBm. Denota la potencia
medida por un receptor en un canal físico de comunicaciones en particular. Debe ser
medido para cada código específicamente.
RSCP se utiliza como:




Indicador de la intensidad de la señal.
Criterio de entrega en el control de enlace descendente de energía.
Cálculo de pérdidas por trayectoria.
Criterio para juzgar la calidad de la recepción.
La Tabla 2.2 muestra los valores a considerar de RSCP encontrados en pruebas de
laboratorio.
Tabla 2.2 Valores RSCP [8].
RSCP ≥ -88dBm
-95dB ≤ RSCP < -88dBm
RSCP < -95dBm
Bueno
Aceptable
Malo
2.11.3 Ec/Io (ENERGY CHIP TO INTERFERENCE; RELACIÓN ENERGÍA DE
CHIP A INTERFERENCIA)
Ec/Io es la relación de la energía recibida por chip y el nivel de interferencia, definida
únicamente por el canal piloto, usualmente dada en dB. Se mide antes del
desensanchamiento. En la Tabla 2.3 se muestra los valores de Ec/Io encontrados en pruebas
de laboratorio.
Tabla 2.3 Valores de Ec/Io [8].
Ec/Io ≥ -9dB
-14dB ≤ Ec/Io < -9dB
Ec/Io < -14dB
Bueno
Aceptable
Malo
41
CAPÍTULO 2
FUNDAMENTOS DE WCDMA
En una red normalmente el móvil recibe señales múltiples de otras estaciones base, las
cuales transmiten en la misma frecuencia. Por lo cual es posible que aun en una ubicación
cercana a la estación base, dependiendo del valor máximo de RSCP, no sea posible una
conexión, debido a los altos niveles de interferencia de una segunda estación base cercana.
Este efecto se denomina contaminación piloto.
42
CAPÍTULO 3
METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN
CAPÍTULO 3
3
METODOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN
En este capítulo, se presentan las principales características del equipo de medición, así
como la configuración del mismo. El análisis y metodología utilizados para llevar a cabo el
procesamiento de los datos obtenidos a través de las mediciones realizadas en el área de
estudio, para la obtención de mapas de cobertura.
43
CAPÍTULO 3
METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN
3.1 CARACTERISTICAS DEL EQUIPO DE MEDICIÓN
El equipo utilizado para las mediciones de potencia es el Spectrum Master MS2713E que se
muestra en la Figura 3.1, fabricado por Anritsu.
Figura 3.1 Spectrum Master MS2713E, Anritsu.
Algunas de las opciones de medición que permite el equipo son:









LTE, TD-LTE (20 MHz B/W).
CDMA, EV-DO.
GSM/EDGE.
W-CDMA/HSPA+.
TD-SCDMA/HSPA+.
Fixed, Mobile WiMAX.
ISDB-T, ISDB-T SFN.
DVB-T/H, DVB-T/H SFN.
PIM Analyzer [9].
44
CAPÍTULO 3
METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN
El equipo cuenta con diversas teclas para ejecutar cada una de sus funciones, siendo de uso
fácil al usuario, permitiendo la realización de las mediciones. A continuación se muestra
una vista del panel frontal en la Figura 3.2.
Figura 3.2 Vista del Panel Frontal.
Cuenta con almacenamiento local de tipo USB (Universal Serial Bus; Bus Universal en
Serie) clase A permitiendo guardar las mediciones directamente a una memoria flash USB.
Antes de encender el equipo es necesario colocar una antena que opere en el rango de
frecuencias deseada en el puerto RF In (Radio Frecuency; Radiofrecuencia) mostrado en la
Figura 3.3. En nuestro caso se utilizó una antena omni-direccional que opera en la banda de
frecuencia de 870 a 960 MHz, conectada en el puerto RF In.
En cuanto a la información de localización de cada medición puntual se requiere de una
antena GPS (Global Positioning System; Sistema de Posicionamiento Global) conectada en
el puerto designado. Para tener una exactitud en la lectura se requiere de la información de
5 satélites como mínimo.
45
CAPÍTULO 3
METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN
Figura 3.3 Vista Superior.
3.2 CONFIGURACIÓN DE MEDICIÓN
Antes de comenzar con las mediciones, es necesario verificar la configuración del equipo.
Se debe de seleccionar el modo WCDMA Signal Analyzer haciendo uso de las flechas de
arriba abajo dentro del menú desplegado por el equipo, como se muestra en la Figura 3.4.
Figura 3.4 Modo de Operación.
El análisis se hizo utilizando la medición de “sobre del aire” para realizar la identificación
de los Scrambling Codes presentes en el área de interés. En la Tabla 3.1 se muestran los
parámetros usados para las mediciones.
46
CAPÍTULO 3
METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN
Tabla 3.1 Parámetros de Configuración.
PARÁMETRO
VALOR / CARACTERÍSTICAS
Frecuencia de Portadora
Banda de Trabajo
Canal
Frecuencia de Trabajo de la
Antena
Tipo de Antena
887.5 MHz
Banda V – Canal Adicional de
los Sistemas UMTS para el Enlace
Descendente
1087
870 a 960 MHz
Omnidireccional
En la Figura 3.5 se muestra la pantalla que el Spectrum Master despliega en la medición de
potencia de CPICH.
Figura 3.5 Medición CPICH.
47
CAPÍTULO 3
METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN
La pantalla del equipo muestra barras las cuales representan la potencia de los SC
(Scrambling Codes) detectados. Además de que expone los parámetros de potencia de
Ec/Io, Ec, CPICH y piloto dominante, correspondiente a cada SC detectado.
Para la medición de RSCP nos exhibe los parámetros del número de multitrayectorias, Tau,
Tau (chips), Distancia, nivel de potencia de RSCP y Potencia Relativa. En la Figura 3.6 se
muestra la pantalla que el Spectrum Master despliega en la medición de referente a RSCP.
Figura 3.6 Medición RSCP.
La distancia aproximada entre cada medición fue de 3 metros. Las mediciones se realizaron
con el equipo de medición colocado a una altura de 1.1 metros sobre el nivel del piso y
desplazándose con él a pie por los exteriores de las construcciones del área definida, como
se muestra en la Figura 3.7. De esta forma se considera la altura promedio en que los
usuarios hacen uso de sus terminales móviles.
48
CAPÍTULO 3
METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN
Figura 3.7 Posición del Analizador para Realizar Mediciones a través del Aire.
3.3 PROCESAMIENTO DE INFORMACIÓN
Las mediciones realizadas en el Spectrum Master son extraídas mediante una memoria
flash USB, para posteriormente ser manipuladas mediante una computadora que tenga
instalado el software “Master Software Tools”. Figura 3.8.
Figura 3.8 Programa Mater Software Tools.
Los archivos previamente descargados del equipo deben ser cargados dentro del Master
Software Tools (MST) para su procesamiento. Una vez abierto el programa MST se debe ir
a la barra de menú y elegir File  Open y posteriormente seleccionar la ubicación de las
mediciones y procesarlas. Figura 3.9. El formato de los archivos es diferente con el
requerido, el cual es (*.txt), para ello es necesario realizar la conversión de *.wcd a *.csv
(archivos de valores separados por comas), siendo útiles para su manejo en Excel.
49
CAPÍTULO 3
METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN
Figura 3.9 Procesamiento de Archivo.
El formato de archivo *.csv aun no nos permite procesar las mediciones, lo cual es
necesario hacer una conversión a *.txt (delimitado por tabulaciones), siendo modificados
mediante el programa Microsoft Excel. Posteriormente se reúnen todas las mediciones en
un solo archivo, mediante un programa en C++, nos genera un archivo con los parámetros
de interés (Longitud, Latitud, CPICH y RSCP).
Una vez teniendo el archivo conjunto es necesario ordenar los datos en una hoja de datos de
excel. Figura 3.10.
50
CAPÍTULO 3
METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN
Figura 3.10 Hoja de Datos en Excel.
3.4 GENERACIÓN DE MAPAS DE COBERTURA EMPLEANDO
EASYKRIG
3.4.1 MÉTODO DE KRIGE
La mayoría de los métodos de interpolación da lugar a resultados semejantes cuando existe
una gran cantidad de datos. Sin embargo, cuando estos escasean, las suposiciones que se
realizan, sobre la variación del atributo en los lugares observados y la elección del método
apropiado, son críticas, si se desea evitar unos resultados pobres.
Los métodos geoestadísticos de interpolación, conocidos como krigeado (kriging en la
literatura inglesa), intentan optimizar la interpolación mediante la división de la variación
espacial en tres componentes:
51
CAPÍTULO 3
METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN
1. La variación determinística; diferentes niveles o tendencias que pueden tratarse
como información primaria.
2. Las variaciones auto correlacionadas espacialmente, pero difíciles de explicar
físicamente.
3. El ruido no correlacionado.
Las variaciones espaciales correlacionadas se tratan en funciones como el variograma, las
cuales muestran la información para optimizar los pesos y elegir unos radios precisos de
búsqueda de datos, además de permitir cuantificar la continuidad o nivel de correlación
entre las muestras.
Los métodos geoestadísticos muestran una gran flexibilidad para la interpolación,
pudiéndose estimar valores puntuales o en volúmenes más grandes que el soporte, así como
métodos para incorporar información secundaria. Todos estos métodos dan lugar a unas
superficies muy suaves, además de una estimación de la varianza en todos los puntos, lo
cual no puede realizarse con otros métodos de interpolación.
En contraste con otros interpoladores suaves, los cuales muestran un solo valor local medio,
mediante simulaciones condicionales, conocidos el variograma y las observaciones
originales, se puede conseguir un conjunto de realizaciones para mostrar el intervalo de
valores posibles.
El problema de la estimación de los atributos en los lugares no muestreados, se favorece de
forma especial cuando se considera la existencia de un modelo de dependencia espacial.
Las variables naturales se distribuyen en el espacio de una forma continua; la suposición
común, referente a que los lugares próximos son más parecidos entre sí que al estar más
alejados, suele cumplirse en la naturaleza.
El krigeaje o krigeado, es el nombre genérico utilizado por los usuarios de la geoestadística
para denominar a una familia de algoritmos de regresión mediante mínimos cuadrados, en
reconocimiento al trabajo pionero de Danie Krige, en 1951.
Todos los estimadores del tipo krigeaje no son solo variantes del estimador lineal básico,
definido como:
𝑍∗ 𝑥 − 𝑚 𝑥 =
𝑛
𝑖=1 𝜔𝑖
𝑍 𝑥𝑖 − 𝑚 𝑥𝑖
(3.1)
52
CAPÍTULO 3
METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN
Dónde:
𝜔𝑖: Son los pesos asignados a los datos z(𝑥𝑖), siendo éstos realizaciones de la variable
aleatoria Z(𝑥𝑖). Los valores esperados de las variables aleatorias Z(𝑥) y Z(𝑥𝑖) son m(𝑥) y
m(𝑥𝑖) respectivamente.
De acuerdo a los datos existentes se define un entorno de interpolación en el cuál queden
contenidos la mayoría de dichos datos, y se toman los que queden mejor ajustados a la
curva de varianza para que el método sea confiable.
Debido a que tanto los valores desconocidos, z(𝑥), como los datos, z(𝑥𝑖) son realizaciones
de las variables aleatorias Z(𝑥) y Z(𝑥𝑖), se puede definir el error de la estimación, 𝑍*(𝑥𝑖)Z(𝑥), como una variable aleatoria.
Todos los tipos de modelo de Krige comparten el objetivo de minimizar la varianza del
error (o de la estimación), 𝜎𝐸2 (𝑥), con la restricción de ser un estimador insesgado, es decir:
𝜎𝐸2 𝑥 = 𝑉𝑎𝑟 𝑍 ∗ 𝑥𝑖 − 𝑍(𝑥) → 𝑀í𝑛𝑖𝑚𝑜
(3.2)
Con la restricción:
𝐸 𝑍 ∗ 𝑥𝑖 − 𝑍 𝑥
=0
Las clases de modelos de Krige varían en función del modelo adoptado para la función
aleatoria Z(𝑥). Esta se descompone en una componente residual, R(𝑥), y otra relativa a la
tendencia, m(𝑥):
𝑍 𝑥 = 𝑅 𝑥 − 𝑚(𝑥)
La componente residual modela como una función aleatoria estacionaria con media nula y
covarianza C(𝑕):
𝐸𝑅 𝑥
=0
𝐶𝑜𝑣 𝑅 𝑥 , 𝑅 𝑥 + 𝑕
(3.3)
=𝐸 𝑅 𝑥 ∙𝑅 𝑥+𝑕
= 𝐶(𝑕)
Así se tiene:
𝐸[𝑍 𝑥 = 𝑚(𝑥)]
(3.4)
53
CAPÍTULO 3
METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN
3.4.1.1 TIPOS DE MODELO DE KRIGE
En función del modelo considerado para la tendencia, m(𝑥), se pueden distinguir tres tipos
de modelos de Krige:
1. Krige Simple. Considera que la media m(𝑥),es conocida y constante en toda el área
experimental: 𝑚(𝑥) = 𝑚.
2. Krige Ordinario. Considera las fluctuaciones locales de la media, limitando el
dominio de estacionariedad de la misma a un ámbito local: 𝑚(𝑥) = 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 pero
desconocida.
3. Krige con un modelo de tendencia (Krigeado Universal). Considera la media
desconocida, pero variando suavemente dentro de cada entorno local y, por tanto, en
toda el área de estudio. El modelo de tendencia se modela como una combinación
lineal de funciones, 𝑓𝑖(𝑥):
𝑚(𝑥)
𝑘
𝑗 =1 𝑎𝑗
𝑥 𝑓𝑗 (𝑥)
Siendo 𝑎𝑗 𝑥 constantes pero desconocidas.
Por convención, 𝑓𝑗 (𝑥) = 1, por lo que cuando 𝑗 = 0, equivale al Krige ordinario.
3.4.1.2
PROPIEDADES GENERALES DEL MODELO DE KRIGE
Conviene considerar que las características del Krige son muy deseables desde el punto de
vista de la estimación, lo cual hace que estos estimadores sean superiores a otros.
Los rasgos fundamentales son:
a) El Krigeado es un estimador BLUE:
𝐵→𝐵𝑒𝑠𝑡≡𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑜: 𝜎𝐸2 𝑥 , → 𝑀í𝑛𝑖𝑚𝑜
𝐿→𝐿𝑖𝑛𝑒𝑎𝑟≡𝐸𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙: 𝑍* = Σ 𝜔𝑖𝑍𝑖
𝑈→𝑈𝑛𝑏𝑖𝑎𝑠𝑒𝑑≡𝐼𝑛𝑠𝑒𝑠𝑔𝑎𝑑𝑜 𝐸(𝑍*) = 𝐸(𝑍)
𝐸→𝐸𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑑𝑜
Sin embargo, conviene enfatizar que la minimización del error se realiza suponiendo que se
conoce el variograma con exactitud. La estimación del variograma es un proceso difícil y
no cuantificable, es decir, los variogramas no se conocen exactamente. Por tanto, que el
Krige es un BLUE requiere esta matización.
54
CAPÍTULO 3
METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN
Además, si se supone que el variograma es conocido con exactitud, puede que otros
métodos de estimación, no lineales, muestren unos errores de estimación menores, El único
caso, en el cual el Krige da lugar a la mejor estimación absoluta, es aquel donde la función
aleatoria tiene una distribución normal.
b) El Krige es un estimador exacto. Es decir, 𝑍*(𝑥) = 𝑍(𝑥) para todos los puntos
observados. La varianza de Krige en esos puntos es nula: 𝜎𝐸2 𝑥 = 0, o sea, la
incertidumbre es nula.
Esta propiedad es altamente deseable y suele emplearse como argumento a favor de Krige
sobre alternativas como el ajuste polinómico mediante mínimos cuadrados.
c) Las ecuaciones de Krige, por tanto los pesos 𝜔𝑖, no dependen de los valores medidos de
las variables, sino de sus posiciones y del variograma.
Esto es interesante para algunas aplicaciones prácticas. Particularmente, la varianza del
error de la estimación sólo depende del variograma y de los pesos, la solución de las
ecuaciones de Krige, por tanto, independientes de los valores medios. El hecho de poder
calcularse la varianza antes de realizar las mediciones, es una propiedad muy útil para el
diseño de redes de observación.
3.4.1.3 ENTORNOS Y PUNTOS OBSERVADOS PARA LA ESTIMACIÓN DE
VECINDARIOS
En todo proceso de estimación local debe decidirse con anticipación la manera de
seleccionar los datos observados que den lugar a unos resultados óptimos, sin tener que
disponer de toda la base de datos para la estimación de cada uno de los puntos del área
experimental.
Aplicándose al caso de Krige, puede procederse de diversas maneras, fijando una serie de
parámetros. Éstos son:
1. Tamaño del entorno alrededor del punto a estimar vecindario.
Teóricamente, el tamaño del entorno que se emplee para la interpolación puede ser tan
grande como el área experimental. Pero esto no tiene mucho sentido en la mayor parte de
los casos, ya que los puntos observados situados lejos del punto a estimar aportan una
información muy escasa. El Krige es un estimador eminentemente local.
55
CAPÍTULO 3
METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN
En principio, una buena guía para la determinación del tamaño del entorno es el rango del
variograma. Se podría decir que una dimensión mayor al rango no es adecuada, ya que los
puntos estarían demasiado alejados como para tener una dependencia espacial entre los
mismos.
2. Número mínimo de puntos observados a considerar en la estimación del vecindario.
Deben considerarse dos cuestiones opuestas. La interpolación, para que sea adecuada, debe
basarse en una cantidad suficiente de puntos, recomendándose un número mayor de 10. Sin
embargo, si se toma un número muy escaso de puntos, el entorno del área alrededor del
punto a estimar puede reducirse considerablemente, llegando incluso a ser menor que el
área real de muestreo. Ello conlleva una aceptación de interpolaciones con sólo 2 o 3
puntos.
3. Número máximo de puntos observados a considerar en la estimación.
Se podría considerar un número tan alto de puntos observados que, la adición de otro dato,
no cambia la estimación. O sea, los pesos serían tan pequeños que podrían eliminarse
dichos puntos. Esto suele ocurrir cuando el número de puntos observados es de 20-25.
En la práctica, existen 3 aproximaciones alternativas:
a) Se fija el tamaño del entorno y se usan todos los puntos observados que englobe.
b) Se fija el número de puntos observados y se permite que el entorno varíe.
c) Se fijan los tres parámetros [10].
56
CAPÍTULO 3
METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN
Para convertir la información discreta en información continua es necesario utilizar la
aplicación Easy Krige v3.0 que trabaja sobre la plataforma de MatLab. Figura 3.11.
Figura 3.11 Interfaz EasyKrig v3.0.
Primero se debe leer los datos obtenidos desde el archivo fuente anteriormente mencionado
con extensión *.txt, se grafican los datos de tal forma que las coordenadas geográficas
definan los ejes y el nivel de potencia sea determinado por el color con el cual se representa
la muestra puntual. Figura 3.12.
57
CAPÍTULO 3
METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN
Figura 3.12 Archivo de Texto Cargado en el Software.
Una vez que son colocados los puntos se genera un variograma experimental y
posteriormente se genera el variograma teórico, haciendo una comparación entre ambos
(Figura 3.13), si los datos son suficientes y significativos se llevará a cabo el krigeo lo cual
se comprueba mediante la validación del proceso. Figura 3.14.
58
CAPÍTULO 3
METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN
Figura 3.13 Variograma.
Figura 3.14 Validación de los Datos.
59
CAPÍTULO 3
METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN
La validación es caracterizada por una distribución estadística gaussiana o (normal), la cual
es utilizada considerando los obstáculos en el trayecto entre el transmisor y el receptor [11].
Al cumplir las condiciones, el mapa de cobertura es construido adecuadamente, como se ve
en la Figura 3.15, se puede apreciar la zona en la cual la señal recibida es aceptablemente
buena. La escala puede ser modificada dependiendo del requerimiento.
Figura 3.15 Mapa de Cobertura.
Después del procesamiento de los datos, el mapa de cobertura obtenido es superpuesto en
una fotografía satelital del área de estudio (Figura 3.17). Los mapas son georeferenciados,
haciendo uso del software Google Earth. Figura 3.16.
Figura 3.16 Programa Google Earth.
60
CAPÍTULO 3
METOLOGÍA DEL PROCESO DE LA INFORMACIÓN
De tal manera que es posible identificar los obstáculos que se presentan en la atenuación de
la señal, así como las zonas en la cual la señal transmitida tiene una mejor recepción.
Figura 3.17 Superposición del Mapa de Cobertura.
61
CAPÍTULO 4
RESULTADOS EXPERIMENTALES
CAPÍTULO 4
4
RESULTADOS EXPERIMENTALES
En este capítulo se da a conocer los resultados obtenidos de las mediciones realizadas y se
lleva a cabo un análisis de los mismos. Además se define el área y los parámetros que
fueron considerados para las mediciones.
62
CAPÍTULO 4
RESULTADOS EXPERIMENTALES
El objetivo de dicho trabajo es realizar una comparación de los parámetros de desempeño
en una red WCDMA, considerando particularmente CPICH, RSCP y Ec/Io.
Para dicho análisis se tomaron en cuenta dos entornos urbanos con diferentes
características, estructurales y de distribución, los cuales fueron Lindavista y Polanco.
En la Tabla 4.1 se muestra las características de Lindavista y Polanco:
Tabla 4.1 Características de las Zonas Medidas.
ESCENARIO
DE PRUEBA
PERIMETRO
DE LA ZONA
AREA
MEDIDA
LINDAVISTA
POLANCO
6.23 Km
8.36 Km
3.08 Km2
3.74 Km2
ALTURA
PROMEDIO
DE
EDIFICIOS
12 m
20 m
ANCHO
PROMEDIO
ENTRE
CALLES
11 m
21 m
Ambas zonas se eligieron en base a diferentes características, en el caso de Lindavista, se
toma en cuenta por ser una zona escolar y comercial con una densidad de población
estudiantil considerable, al igual que los diversos tipos de ambientes que se encuentran
dentro de la zona, como lo son: parques y la zona deportiva de Zacatenco que se consideran
zonas abiertas por la gran cantidad de árboles y espacio dentro del área, así como unidades
habitacionales y centros comerciales que por las estructuras se consideran zonas urbanas.
En el caso de la zona de Polanco, es considerada por ser una zona de oficinas donde la
concentración del tráfico en la red es mayor, sin dejar de lado las características de sus
edificaciones y que cuenta con zonas arboladas.
Las mediciones se realizaron tomando en cuenta una altura promedio de 1.1 metros que es
aproximadamente la altura a la que un usuario porta su equipo terminal o móvil, a un hora
determinada entre las 12:00 y 17:00 horas, debido a que se considera que en este horario
existe una mayor demanda en la red móvil.
El procedimiento para realizar las mediciones se aprecia a detalle en el CAPÍTULO 3, por
lo cual solo se mostraran y analizaran los resultados obtenidos.
63
CAPÍTULO 4
RESULTADOS EXPERIMENTALES
Se recordara de una manera general, los parámetros que se configuraron en el equipo
(Tabla 4.2), para realizar las mediciones, así como los valores adecuados para cada uno de
los parámetros de análisis (Tabla 4.3).
Tabla 4.2 Valores y Características del Equipo de Medición.
PARÁMETRO
Frecuencia de Portadora
Banda de Trabajo
VALOR/CARACTERÍSTICAS
887.5 MHz
Banda V – Canal Adicional de
los Sistemas UMTS para el
Enlace Descendente
Frecuencia de Trabajo de
la Antena
Tipo de Antena
870 a 960 MHz
Omnidireccional
Tabla 4.3 Valores de Desempeño.
PARAMETRO
CPICH
RSCP
Ec/Io
Bueno
Aceptable
Malo
Bueno
Aceptable
Malo
VALOR
-80 dBm
RSCP > -88dBm
-95dBm < RSCP < -88dBm
RSCP < -95dBm
Ec/Io > -9dB
-14 dB < Ec/Io < -9dB
Ec/Io < -14dB
A continuación se muestran los resultados del primer escenario de prueba que es
“Lindavista”.
Primeramente se delimita el área a medir y se identifican aquellos nodos B que tengan
presencia en la zona. Figura 4.1.
64
CAPÍTULO 4
RESULTADOS EXPERIMENTALES
Figura 4.1 Área de Medición y Nodos B del Primer Escenario de Prueba “Lindavista”.
Una vez delimitada el área se comienza a realizar las mediciones para el primer parámetro
de análisis, el cual es CPICH, en la Tabla 4.4 se muestran los resultados obtenidos.
Tabla 4.4 Resultados Obtenidos de CPICH Lindavista.
PARÁMETRO
Mediciones
Nodos B
Scrambling Code
Pilotos Dominante
Mínimo valor de CPICH en dBm
Máximo valor de CPICH en dBm
Valores mayores a -80 dBm
Valores menores a -80 dBm
% de valores mayores a -80 dBm
% de valores menores a -80 dBm
VALOR
10 430
6
53
25
-111.52
-28.223
2 042
8 388
19.58 %
80.42 %
65
CAPÍTULO 4
RESULTADOS EXPERIMENTALES
Con los datos obtenidos y procesados con ayuda de EasyKrige v3.0 el cual trabaja sobre la
plataforma de MatLab, se obtienen los siguiente resultado.
Figura 4.2 Distribución de los Niveles de Potencia para CPICH.
En la Figura 4.2 se aprecia la distribución de la potencia para CPICH, en donde se pueden
observar regiones con niveles de -95.0302 dBm, valor correspondiente en las regiones de
color azul fuerte, lo cual indica, (considerando como punto inicial una sensibilidad de
-80 dBm en el equipo móvil), que en estos puntos el dispositivo es incapaz de detectar una
señal de CPICH, lo cual se reflejara en el dispositivo como una falta de la señal en el
mismo.
En contraparte se encontraron niveles de -69.7506 dBm dentro de las zonas naranjas y rojas
lo cual es un nivel superior al mínimo requerido de -80 dBm para que el móvil detecte una
señal.
El siguiente paso es georeferenciar la imagen obtenida, de esta manera se obtiene un
panorama más amplio de los resultados.
66
CAPÍTULO 4
RESULTADOS EXPERIMENTALES
Figura 4.3 Mapa Georeferenciado de los Niveles de Potencia de CPICH Lindavista.
Una vez georeferenciados los datos, se apreciara de una manera más fácil las zonas en las
cuales los niveles de potencia disminuyen. Si se observa en la Figura 4.3, se encuentran los
putos mínimos de potencia, cercanos al área de campos de la zona escolar de Zacatenco y
en puntos cercanos a la Avenida Insurgentes.
En la zona escolar de Zacatenco se observa una disminución de la potencia a causa de que
es una zona arbolada y abierta lo que se asocia a la absorción de la señal, y debido a que se
considerada zona Federal, no es posible llevar a cabo la instalación de un Nodo B dentro
de las instalaciones que se haga cargo de dicha cobertura.
De manera más detallada se analiza la información por SC. Se observa en la Figura 4.4 que
en total se encontraron una cantidad de 24 Scrambling Code, dentro de la zona de análisis.
67
CAPÍTULO 4
RESULTADOS EXPERIMENTALES
700
500
400
300
200
100
0
1
10
25
34
54
58
62
70
99
104
128
144
152
158
168
176
216
217
224
225
232
233
241
248
265
296
304
312
313
320
328
337
342
345
349
353
360
361
368
369
376
377
385
393
401
409
415
417
425
433
436
438
452
Número de Apariciones
600
Número de Scrambling Code
Figura 4.4 Cantidad de Scrambling Code en CPICH.
En la Tabla 4.5 se presentan los primeros 10 Scrambling Code con una incidencia alta y
una presencia como Piloto Dominante de la zona.
Tabla 4.5 Incidencias por Scrambling Code.
SC
377
54
224
361
232
369
337
409
320
417
No DE INCIDENCIA
671
472
472
505
359
177
142
119
118
76
PILOTO DOMINANTE
385
330
265
248
173
113
111
50
37
33
68
CAPÍTULO 4
RESULTADOS EXPERIMENTALES
Como se aprecia el SC 377 es el que mayor número de incidencias tiene dentro de la zona y
aparece mayor veces como piloto dominante.
En la Tabla 4.6 se muestran los parámetros en base al SC 377 para CPICH.
Tabla 4.6 Resultados de CPICH para el SC 377.
PARÁMETROS
Mediciones
Pilotos Dominante
Mínimo valor de CPICH en dBm
Máximo valor de CPICH en dBm
Valores mayores a -80 dBm
Valores menores a -80 dBm
% de valores mayores a -80 dBm
% de valores menores a -80 dBm
VALOR
671
385
-104.174
-36.927
282
389
42.02%
57.97%
Al momento de realizar el mapa y georeferenciado se aprecia con mayor claridad la
presencia y la influencia del SC 377 sobre la zona. Figura 4.5.
Figura 4.5 Distribución de los Niveles de Potencia para CPICH del SC 377.
69
CAPÍTULO 4
RESULTADOS EXPERIMENTALES
Como se aprecia en la Figura 4.6, se muestra la distribución obtenida para los niveles de
potencia de CPICH solo del SC 377. La presencia del SC cubre la mayor parte de la zona
medida.
Figura 4.6 Mapa Georefenciado de Niveles de Potencia para CPICH del SC 377.
En este punto se aprecia de forma clara que la potencia va disminuyendo conforme la
distancia va aumentando, en otras palabras conforme el usuario se aleja más del Nodo B,
existe menos probabilidad de que sea este el que le dará servicio, teniendo siempre presente
que la potencia sufre una atenuación debida a las pérdidas producidas en el espacio libre.
70
CAPÍTULO 4
RESULTADOS EXPERIMENTALES
Otro parámetro considerado es la Relación Energía de Chip a Interferencia (Ec/Io). El cual
toma en consideración aspectos como los obstáculos dentro del canal y nos da un parámetro
de calidad de servicio, de esta manera el terminal móvil hace decisiones de hacia dónde es
conveniente anclar el servicio y se disminuye la posibilidad de estar realizando Handover.
En la Tabla 4.7 se muestran los resultados obtenidos de Ec/Io.
Tabla 4.7 Resultados Obtenidos de Ec/Io Lindavista.
PARÁMETRO
Mediciones
Nodos B
Scrambling Code
Pilotos Dominante
Mínimo valor de Ec/Io en dB
Máximo valor de Ec/Io en dB
Valores mayores a -14 dB
Valores menores a -14 dB
% de valores mayores a -14 dB
% de valores menores a -14 dB
VALOR
10 430
6
53
25
-27.988
-4.964
1 197
9 233
11.48 %
88.52 %
En la figura 4.7 se aprecia la distribución de la potencia para Ec/Io, mientras que la Figura
4.8 corresponde al mapa georeferenciado de Ec/Io.
En ambas se observa zonas con niveles de -24.1497 dB hasta -20.396 dB, en realidad estos
valores se encuentran fueran de los rangos considerables de Ec/Io por lo cual para el
dispositivo será más complicado elegir a que Nodo B debe quedar referenciado.
71
CAPÍTULO 4
RESULTADOS EXPERIMENTALES
Figura 4.7 Distribución de los Niveles de Potencia de Ec/Io.
Figura 4.8 Mapa Georeferenciado de los Niveles de Potencia de Ec/Io Lindavista.
72
CAPÍTULO 4
RESULTADOS EXPERIMENTALES
El siguiente parámetro de análisis es RSCP. El rango entre bueno y aceptable en los niveles
de RSCP van desde -95 dBm hasta mayores a -88 dBm un valor mucho mayor que los de
CPICH.
Los resultados arrojados de las mediciones de RSCP se muestran en la Tabla 4.8.
Tabla 4.8 Resultados Obtenidos de RSCP Lindavista.
PARÁMETRO
VALOR
3 755
Mediciones
6
Nodos B
24
Scrambling Code
Mínimo valor de RSCP en dBm -112.966
-24.885
Máximo valor de RSCP en dBm
3 038
Valores mayores a -95 dBm
717
Valores menores a -95 dBm
% de valores mayores a -95 dBm
80.90 %
% de valores menores a -95 dBm
19.10 %
Se puede ver en la Figura 4.9 que los niveles de potencia van aproximadamente entre
-95 dBm hasta -50 dBm, lo cual indica que la mayor parte de la zona se encuentra dentro de
los niveles de RSCP entre buenos y aceptables, por lo que en realidad la calidad de la señal
recibida por el móvil es buena.
Al igual se observa valores de potencias de -96.658 dBm, en las zonas de color azul más
fuerte lo cual es un nivel que es considerado como malo.
En la figuras 4.3 y 4.10, se aprecia que ambos mapas tanto el de CPICH como RSCP son
muy similares, sin embargo los niveles de potencia obtenidos para el mapa de RSCP
mejoran en comparación a los de CPICH esto de acuerdo a los valores estándar, los niveles
en la calidad de la señal son buenos, esto referido a la capacidad del dispositivo de tomar
las multitrayectorias y hacer que la señal mejore.
En el mapa de RSCP la zona de cobertura aumenta en comparación con los resultados
obtenidos para CPICH.
73
CAPÍTULO 4
RESULTADOS EXPERIMENTALES
Figura 4.9 Distribución de los Niveles de Potencia para RSCP.
Figura 4.10 Mapa Georeferenciado de los Niveles de Potencia de RSCP Lindavista.
74
CAPÍTULO 4
RESULTADOS EXPERIMENTALES
Al igual que en caso presentado para CPICH, a continuación se hace un análisis por SC
presentes en la medicines para RSCP, para este caso dentro de la zona se detectaron solo 24
SC, estos representan solo aquellos Scrambling que en CPICH se detectaron como pilotos
dominantes se presentan los siguientes resultados.
800
Número de Apariciones
700
600
500
400
300
200
100
0
54 62 70 152 176 217 224 225 232 233 241 320 337 342 345 361 369 376 377 401 409 415 417 425
Número de Scrambling Code
Figura 4.11 Cantidad de Scrambling Code en Lindavista para RSCP.
75
CAPÍTULO 4
RESULTADOS EXPERIMENTALES
En la Tabla 4.9 se muestran el número de apariciones de los 10 primeros SC detectados en
RSCP.
Tabla 4.9 Incidencias por Scrambling Code para RSCP.
SC
377
54
224
361
232
369
337
409
320
417
No DE INCIDENCIA
766
634
528
480
352
232
222
107
71
66
Como se puede apreciar el SC 377 es el dominante y en este punto no es extraño ya que
como lo mencionamos aquellos SC que son detectados en las mediciones de RSCP son los
mismo que fueron detectados como pilotos dominantes en las medicines para CPICH.
La Tabla 4.10 muestra datos en base al SC 377 para RSCP.
Tabla 4.10 Resultados de RSCP para el SC 377.
PARÁMETRO
VALOR
766
Mediciones
Mínimo valor de RSCP en dBm -112.966
-38.154
Máximo valor de RSCP en dBm
598
Valores mayores a -95 dBm
168
Valores menores a -95 dBm
% de valores mayores a -95 dBm
78.07 %
% de valores menores
dBm a -95 dBm
21.93 %
dBm
En la Figura 4.12 y 4.13 se verá el resultado de la distribución de la potencia que se obtiene
para RSCP del SC 377.
76
CAPÍTULO 4
RESULTADOS EXPERIMENTALES
Figura 4.12 Distribución de los Niveles de Potencia para RSCP para el SC 377.
Figura 4.13 Mapa georeferenciado de los niveles de potencia para RSCP para el SC 377.
77
CAPÍTULO 4
RESULTADOS EXPERIMENTALES
Si hacemos una comparación con la Figura 4.6 y 4.13 vemos que las áreas de cobertura
aunque son similares, el área que se abarca en RSCP es un poco menor, esto se debe a que
al propagarse la señal electromagnética surgen fenómenos tales como la difracción, la
reflexión y la absorción, sin olvidar que la medida en este punto es tomada después de
realizar el desensanchamiento de la señal y que tenemos las ventajas del Receptor Rake,
mejorando la sensibilidad en nuestros equipos.
Una vez que se concluyó el análisis de los resultados del primer escenario se comienza con
el análisis para el segundo escenario de prueba que es “Polanco”.
Al igual que con el escenario anterior, primero se delimito la zona a medir y se
identificaron los nodos B con presencia en la zona medida. Figura 4.14.
Figura 4.14 Área de Medición y Nodos B del Segundo Escenario de Prueba “Polanco”.
78
CAPÍTULO 4
RESULTADOS EXPERIMENTALES
El primer parámetro a analizar es el de CPICH con el cual se obtuvo la Tabla 4.11.
Tabla 4.11 Resultados Obtenidos de CPICH Polanco.
PARÁMETROS
Mediciones
Nodos B
Scrambling Code
Piloto Dominante
Mínimo valor de CPICH en dBm
Máximo valor de CPICH en dBm
Valores mayores a -80dBm
Valores menores a -80 dBm
% de valores mayores a -80dBm
dBmdBm
% de valores
menores a -80dBm
dBm
VALOR
12 816
20
99
75
-105.477
-27.422
7 717
5 099
60.21%
39.78%
En base a los resultados obtenidos de CPICH se genero el siguiente mapa de distribución de
potencia de la zona. Figura 4.15
Figura 4.15 Distribución de los Niveles de Potencia para CPICH.
79
CAPÍTULO 4
RESULTADOS EXPERIMENTALES
Para el caso de Polanco y tomando las mismas consideraciones iníciales que se tomaron
para el primer escenario que es Lindavista en los valores estándar de CPICH, se observa
que los valores en la escala van de -90 a -55 dBm, en el mapa de la Figura 4.15 los valores
más bajos proporcionados son de -78.529 dBm, el cual aún está por encima de los -80 dBm
mínimos requeridos por el móvil, por lo que prácticamente en toda la zona se encuentra
con cobertura.
Una vez que se hace la georeferencia, se puede observar a detalle cuales son las zonas en
las que la señal disminuye considerablemente. Figura 4.16.
Figura 4.16 Mapa Georeferenciado de los Niveles de Potencia de CPICH de Polanco.
En la Figura 4.16 se logra apreciar que la zona cercana a lo que es el Bosque de
Chapultepec en la parte inferior derecha es la más afectada en cuanto a los niveles de
potencia presentados con valores de -90.9941 dBm, esta disminución en la potencia se debe
a que es una zona completamente arbolada y abierta lo que genera una absorción de la
señal, recordando también que el bosque de Chapultec es una zona Federal, por lo que
tampoco se permite la instalación de Nodos B dentro de esa área en particular.
80
CAPÍTULO 4
RESULTADOS EXPERIMENTALES
De igual manera que para el escenario anterior el análisis particular, es decir por
Scrambling Code arroja los siguientes resultados, en total se encontraron 99 SC. Figura
4.17.
200
160
140
120
100
80
60
40
20
0
1
9
18
26
33
41
43
58
74
82
90
99
107
115
131
147
155
162
169
176
179
186
195
211
250
290
298
306
314
330
338
346
354
362
370
378
386
394
401
403
410
418
425
427
434
458
466
474
487
Número de Aparciones
180
Numero de Scrambling Code
Figura 4.17 Cantidad de Scrambling Code de CPICH en Polanco.
En la Tabla 4.12 se aprecia a detalle el valor de los 10 SC con mayor presencia dentro de la
zona.
Tabla 4.12 Incidencias por Scrambling Code para CPICH en Polanco.
SC
82
195
291
106
363
66
387
418
171
314
INCIDENCIAS
178
115
122
122
128
124
150
153
111
106
PD
129
92
88
82
75
74
70
70
62
62
81
CAPÍTULO 4
RESULTADOS EXPERIMENTALES
Como se aprecia el SC con mayor incidencia en la zona y como piloto dominante es el
identificado con número 82, los resultados que se encontraron se muestran en la Tabla 4.13.
Tabla 4.13 Resultados de CPICH para el SC 82.
PARÁMETRO
Mediciones
Pilotos Dominante
Mínimo valor de CPICH en dBm
Máximo valor de CPICH en dBm
Valores mayores a -80 dBm
Valores menores a -80 dBm
% de valores mayores a -80 dBm
% de valores menores a -80 dBm
VALOR
178
129
-96.404
-29.836
137
41
77.00%
23.00%
Mapeando los resultados obtenidos se tienen la Figura 4.18.
Figura 4.18 Distribución de los Niveles de Potencia para CPICH del SC 82.
82
CAPÍTULO 4
RESULTADOS EXPERIMENTALES
Se puede apreciar en la Figura 4.19 que el área de cobertura que abarca SC 82 no abarca
toda el área de medición, esto debido a que a diferencia del escenario de Lindavista en
Polanco se cuenta con un mayor número de Nodos B, incluso se aprecia que existen 4
nodos dentro de la región abarcada por el SC 82.
Figura 4.19 Mapa Georefenciado de Niveles de Potencia para CPICH del SC 377.
El 77% de las mediciones que se obtuvieron de este SC se encontraron por debajo de los
-80 dBm requeridos por el móvil.
83
CAPÍTULO 4
RESULTADOS EXPERIMENTALES
Para el parámetro de la Relación Energía de Chip a Interferencia (Ec/Io), se obtuvo los
siguientes datos (Tabla 4.14).
Tabla 4.14 Resultados Obtenidos de Ec/Io Polanco.
PARÁMETRO
Mediciones
Nodos B
Scrambling Code
Pilotos Dominante
Mínimo valor de Ec/Io en dB
Máximo valor de Ec/Io en dB
Valores mayores a -14 dB
Valores menores a -14 dB
% de valores mayores a -14 dB
% de valores menores a -14 dB
VALOR
12 816
20
99
2362
-27.991
-2.734
2 226
10 590
17.37 %
82.63 %
De los datos anteriores se obtiene la siguiente distribución de potencia (Figura 4.20).
Figura 4.20 Distribución de los Niveles de Potencia para Ec/Io.
84
CAPÍTULO 4
RESULTADOS EXPERIMENTALES
En la figura 4.20 se aprecia la distribución de la potencia para Ec/Io, en donde se pueden
observar zonas con niveles de -24.0750 dB hasta -14.1814 dB, en realidad estos valores se
encuentran desde los rangos considerables para estándar de Ec/Io como malos hasta los
buenos y aceptables, pero a pesar de que existe una mayor distribución de dichos
parámetros para el dispositivo móvil será complicado elegir el Nodo B.
En la Figura 4.21, se observa que una razón por la cual esta medición indica que la calidad
en el servicio es baja, es porque a pesar de que encontramos bastantes Nodos B cubriendo
la zona, también se provoca una contaminación e interferencia entre los mismos.
Figura 4.21 Mapa Georeferenciado de los Niveles de Potencia de Ec/Io de Polanco.
Al igual que en caso planteado en el primer escenario analizado, los niveles de Ec/Io en su
mayoría no cumplen con el estándar, no quiere decir que los usuarios quedaran sin servicio,
solo que la calidad del mismo no será la mejor.
85
CAPÍTULO 4
RESULTADOS EXPERIMENTALES
El siguiente y último parámetro de análisis es el RSCP, en la Tabla 4.15 se muestran los
resultados obtenidos de este parámetro.
Tabla 4.15 Resultados Obtenidos de RSCP Polanco.
PARÁMETRO
VALOR
4 566
Mediciones
20
Nodos B
75
Scrambling Code
Mínimo valor de RSCP en dBm -109.245
-28.466
Maximo valor de RSCP en dBm
4 463
Valores mayores a -95 dBm
103
Valores menores a -95 dBm
% de valores mayores a -95 dBm
97.74 %
% de valores menores a -95 dBm
2.26 %
Con estos valores se obtienen la siguiente distribución de potencias de RSCP (Figura 4.22).
Figura 4.22 Distribución de los Niveles de Potencia para RSCP.
86
CAPÍTULO 4
RESULTADOS EXPERIMENTALES
Para el caso de los niveles de RSCP en Polanco, los niveles mínimos de potencia son de
-93.12 dBm y el máximo de -50.7569 dBm, ambos dentro de los rangos de bueno y
aceptable para el estándar de RSCP.
Si se observan las Figuras 4.15 y 4.22, se puede apreciar una similitud en ambos mapas,
observando también una mejora en la potencia de la señal incluso en la zona cerca al
Bosque de Chapultepec, este último punto se aprecia mejor al momento de georeferenciar
la imagen obtenida. Figura 4.23.
Figura 4.23 Mapa Georeferenciado de los Niveles de Potencia de RSCP de Polanco.
Aunque los niveles de la zona pegada al Bosque de Chapultepec marquen valores malos
tanto para CPICH como para RSCP, si se logra apreciar una mejora en la cobertura de esta
área.
En este punto se puede decir que la calidad de la señal recibida por el móvil es buena en
toda la zona.
87
CAPÍTULO 4
RESULTADOS EXPERIMENTALES
Dentro de la zona en las mediciones de RSCP se tienen 75 Scrambling Code (Figura 4.24),
este número no es muy fiel con respecto a los 99 SC detectados como pilotos dominantes,
son embargo no quiere decir que los SC detectados para RSCP sean erróneos, solo hace
referencia a que no todos los SC fueron detectados.
Número de Apariciones
300
250
200
150
100
50
0
2 18 26 33 42 58 74 83 98 106 115 139 155 169 177 185 195 211 291 299 314 330 339 347 355 363 371 379 387 395 402 410 418 425 434 458 467 487
Número de Scrambling Code
Figura 4.24 Cantidad de Scrambling Code de RSCP en Polanco.
En la Tabla 4.16 se observan los 10 principales SC detectados en la zona.
Tabla 4.16 Incidencias por Scrambling Code para RSCP en Polanco.
SC
82
291
106
195
66
363
314
387
418
171
INCIDENCIAS
247
175
170
163
151
142
137
136
129
113
88
CAPÍTULO 4
RESULTADOS EXPERIMENTALES
En este caso el SC 82 vuelve a predominar en la zona con 247 apariciones los resultados
obtenidos se muestran en la Tabla 4.17.
Tabla 4.17 Resultados de RSCP para el SC 82.
ARÁMETRO
Mediciones
Mínimo valor de RSCP en dBm
Máximo valor de RSCP en dBm
Valores mayores a -95dBm
Valores menores a -95 dBm
% de valores mayores a -95 dBm
% de valores menores a -95 dBm
VALOR
247
-107.909
-35.654
236
11
95.54 %
4.46 %
Al mapear los resultados se obtienen los siguientes aspectos. Figura 4.25.
Figura 4.25 Distribución de los Niveles de Potencia para RSCP del SC 82.
89
CAPÍTULO 4
RESULTADOS EXPERIMENTALES
Figura 4.26 Mapa georeferenciado de los niveles de potencia para RSCP para el SC 82.
Al igual que en el escenario anterior el área de cobertura por el SC 82 se reduce en
comparación con la que se abarca en CPICH (Figura 4.26), también se aprecia que los
niveles de potencia aceptables cumplen con un 95.45% lo que nos dice que prácticamente
en esta región en particular la calidad de la señal recibida en el móvil es buena.
90
CONCLUSIONES
La tecnología WCDMA es implementada con el objetivo principal de tener un incremento
en las tasas de transmisión de datos ofreciendo hasta 2 Mbps. Además de que las redes de
WCDMA no requieren una inversión para su instalación, ya que hace uso de la red GSM.
El análisis de los parámetros de desempeño (CPICH, RSCP y Ec/Io) en WCDMA nos
brinda una perspectiva de la calidad y desempeño en la red inalámbrica de comunicación.
En cada uno de los escenarios analizados se obtuvieron mediciones diferentes, dándonos
una idea general del desempeño de la red.
Escenario
No. de
Scrambling
Codes
Nodos B
Mediciones
No. De
Pilotos
Dominantes
Mínimo Nivel
de CPICH
(dBm)
Máximo
Nivel de
CPICH
(dBm)
Valores
mayores a -80
dBm
Valores
menores a -80
dBm
Tabla I Resultados de CPICH de Lindavista y Polanco.
Lindavista
53
6
10 430
25
-111.52
-28.223
2 042
8 388
Polanco
99
20
12 816
75
-105.477
-27.422
7 717
5 099
En la Tabla I se puede apreciar que para el caso de Lindavista la mayoría de las mediciones
realizadas no cumplen con los valores mayores a -80 dBm (valor obtenido en pruebas de
laboratorio), las cuales representan el 80.42% de las mediciones obtenidas. En base a estos
resultados el equipo móvil es incapaz de detectar la señal de CPICH.
Para el escenario de Polanco el 60.21% de los valores logran ser mayores a -80 dBm, lo
cual nos permite cierta probabilidad de que nuestro equipo sea capaz de detectar dicha
señal.
91
Escenario
No. de
Scrambling
Codes
Nodos B
Mediciones
Mínimo Nivel
de RSCP
(dBm)
Máximo
Nivel de
RSCP (dBm)
Valores
mayores a
-95 dBm
Valores
menores a
-95 dBm
Tabla II Resultados de RSCP de Lindavista y Polanco.
Lindavista
24
6
3 755
-112.966
-24.885
3 038
717
Polanco
75
20
4 566
-109.245
-28.466
4 463
103
Respecto a la Tabla II los valores de RSCP mayores a -95 dBm en Lindavista son el
80.90%, indicando que existe una mejora de cobertura respecto a los niveles de CPICH
obtenidos en esta misma zona.
En cuanto a Polanco el 97.74% corresponde a valores por encima de -95 dBm, de nueva
cuenta se comprueba una mayor cobertura de la potencia de la señal RSCP a comparación
de la señal de CPICH, esto gracias a la contribución de la multitrayectoria y a la utilización
Receptor Rake.
Escenario
No. de
Scrambling
Codes
Nodos B
Mediciones
No. De Pilotos
Dominantes
Mínimo Nivel
de Ec/Io (dB)
Máximo Nivel
de Ec/Io (dB)
Valores
mayores a
-14 dB
Valores
menores a
-14 dB
Tabla III Resultados de Ec/Io de Lindavista y Polanco.
Lindavista
53
6
10 430
25
-27.988
-4.964
1 197
9 233
Polanco
99
20
12 816
75
-27.991
-2.734
2 226
10 590
En base a la Tabla III se tiene que el 11.48% de las mediciones en Lindavista son valores
que se encuentran mayores al valor de -14 dB. En Polanco se tiene que el 17.37%
representan los valores por encima de los -14 dB. En ambos casos los porcentajes de Ec/Io
son bajos, lo que se interpreta con el hecho de que el equipo terminal no define con
precisión que Nodo B le dará el servido.
Esto también nos habla de una calidad de servicio baja dentro de ambas zonas, en general
aunque se tiene una cobertura de las mismas, se presentaran fallas en la comunicación o
bajos niveles en la tasas de transmisión.
92
En base a esto la importancia de que el terminal móvil sea capaz o incapaz de establecer
una llamada o la descarga de datos, ya que no solo depende de que la mayoría de los
valores de CPICH se encuentren por encima de los -80 dBm, también deben encontrase
dentro de los parámetros de Ec/Io.
El llevar a cabo el análisis de los parámetros de rendimiento para los sistemas de tercera
generación, nos permite darnos cuenta los puntos en los que el sistema puede presentar
problemas de desempeño y en la calidad del mismo.
Es importante destacar que los escenarios propuestos fueron en base a sus características,
como en el caso de Lindavista por contar con una zona estudiantil y comercial, a diferencia
de Polanco que cuenta con edificios altos y un número mayor de zonas arboladas.
En general a pesar de que se analizaron dos escenarios con características de estructura
diferentes, la calidad en el servicio en ambos escenarios no cumple con los valores
obtenidos en pruebas de laboratorio y se encuentran problemas de cobertura.
El fenómeno de desvanecimiento de la señal es imposible de eliminar por completo, debido
a las condiciones propias del canal de transmisión, sin embargo, es posible reducir el efecto
del mismo, dicha mejora puede lograrse mediante la implementación de técnicas de
diversidad como el empleo de sistemas MIMO (Mutiple Input Multiple Output), solamente
en el lado receptor del sistema. En el caso del lado del trasmisor el ajuste en la posición de
las antenas con un control adecuado de la potencia y en el caso más extremo implementar
una nueva estación base dentro de la zona que cubra las regiones de sombra que se
encontraron en el área [12].
93
REFERENCIAS
[1] Korhonen, Juha, Introduction to 3G Mobile Communications, Second Edition, Artech
House, EUA, 2003.
[2] Simon Haykin, Sistemas de Comunicación, Limusa Wiley.
[3] Comunicaciones II “Comunicación Digital y Ruido”, Enrique Herrera Pérez, Limusa,
México 2008.
[4] Kaaranen, Heikki; Ahtiainen, Ari; Laitinen, Lauri; Naghian, Siamak; Niemi, Valtteri,
UMTS Networks: Architecture, Mobility and Services, John Wiley & Sons, Great Britain,
2005.
[5] Harri Holma and Antti Toskala, WCDMA for UMTS-Radio Access for Third
Generation Mobile Communications, John Wiley & Sons, 2004.
[6] Harri Holma, Antii Toskala, WCDMA for UMTS – HSPA Evolution and LTE, ohn
Wiley & Sons.
[7] Jimenez Licea Yanely Montserrat, “Caracterización de los Parámetros de Desempeño
en Transmisión de Datos en Terminales de Comunicación Móvil de Banda Ancha”
[8] Issac Josue Guachilema Valencia, Iván Andrés León Drouet, “Calidad de Servicio
(QoS) de la Red UMTS en la Ciudad de Durán”. P. 1-2.
[9] Anritsu, User Guide Spectrum Master Handheld Spectrum Analyzer
[10] Lic. Sosa Paz Carlos Javier, Dr. Sosa Pedroza Jorge, Tesis: Método Geoestadístico de
Krige: Una Aplicación A La Distribución Pluvial En El Estado De Tabasco, México D.F,
Diciembre 2002.
[11] Alberto Sendín Escalono “Fundamentos de los Sistemas de Comunicaciones Móviles”,
Mc Graw Hill.
[12] María del Carmen Jiménez Álvarez, Sergio Vidal Beltrán, Mariana Alejandra Eslava
Gutiérrez. “Análisis del Desvanecimiento de la Señal Propagada en sistemas de Tercera
Generación en el Bosque de Chapultepec de la Ciudad de México”, Noviembre 2013.
94
ABREVIATURAS
3GPP 3rd Generation Partnership Project; Asociación de Proyectos de 3ª Generación
AMPS Advanced Mobile Phone Service; Servicio de Telefonía Móvil Avanzado
ASK Amplitude Shift Keying; Modulación por Desplazamiento de Amplitud
BCH Broadcast Channel; Canal de Broadcast
BCCH Broadcast Control Channel; Canal de Control de Difusión
BPSK Binary Phase Shift Keying; Modulación por Desviación de Fase Binaria
BTS Base Tranceiver Station; Transceptor de la Estación Base
CCCH Common Control Channel; Canal de Control Común
CDMA Code Division Multiple Access; Acceso Múltiple por División de Código
CN Core Network; Red Principal
CS Circuit Switched; Conmutación de Circuitos
CPCH Common Packet Channel; Canal de Paquete Común
CPICH Common Pilot Channel; Canal Piloto Común
CTCH Common Traffic Channel; Canal de Tráfico Común
DCCH Dedicated Control Channel; Canal de Control Dedicado
DCH Dedicated Channel; Canal Dedicado
DDPCH Downlink Dedicad Physical Channel; Canal Físico Dedicado del Enlace de Bajada
DPCCH Dedicate Physical Control Channel; Canal Físico de Control Dedicado
DPDCH Dedicated Physical Data Channel; Canal Físico de Datos Dedicado
DSCH Downlink Shared Channel; Canal Compartido de Enlace de Bajada
DTCH Dedicated Traffic Channel; Canal de Tráfico Dedicado
Ec/Io Energy Chip to Interference; Relación Energía de Chip a Interferencia
EDGE Enchanced Data rates for GSM Evolution; Tasas de Datos Mejoradas para la Evolución de
GSM
ETACS Extended TACS
95
FACH Forward Access Channel; Canal de Acceso de Bajada
FDD Frecuency Division Duplex
FDMA Frequency Division Multiple Access; Acceso Múltiple por División de Frecuencia
GGSN Gateway GPRS Support Node; Nodo de Apoyo GPRS para Gateway
GMSC Gateway Mobile Switching Center
GPRS General Packet Radio Service, Servicio General de Paquetes de Vía Radio
GPS Global Positioning System; Sistema de Posicionamiento Global
GR GPRS Register; Registro GPRS
GSM Global System for Mobile Communications; Sistema Global de Comunicaciones Móviles
HLR Home Location Register; Registro de Ubicación Base
HSCSD High Speed Circuit Switched
ISDN Integrated Service Digital Network, Red Digital de Servicios Integrados
LOS Line Of Sight; Línea de Vista
LTE Long Term Evolution; Evolución a Largo Plazo
MSC Mobile Switching Center; Centro de Conmutación Móvil
NTM Nordic Mobile Telephone
OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiplex Access; Acceso Múltiple por División de
Frecuencia Ortogonal.
PCH Paging Channel; Canal de Voceo
PCCH Paging Control Channel; Canal de Control de Búsqueda
PCCPCH Primary Common Control Physical Channel; Canal Físico Primario de Control Común
PCPCH Physical Communication Packet Channel; Canal Físico de Paquetes de Comunicación
PDC Personal Digital Communications
PDSCH Physical Dedicated Shared Channel; Canal Físico Compartido del Enlace de Bajada
PICH Paging Indicator Channel; Canal Indicador de Voceo
PRACH Physical Accesses Chanel; Canal Físico de Acceso Aleatorio
PSK Phase Shift Keying; Modulación por Desviación de Fase
96
QAM Quadrature Amplitude Modulation; Modulación de Amplitud en Cuadratura
QPSK Quadrature Phase Shift Keying; Modulación por Desviación de Fase Cuaternaria
RACH Random Access Channel; Canal de Acceso Aleatorio
RF Radio Frecuency; Radiofrecuencia
RNC Radio Network Controllers; Controlador de Radio de la Red
RNS Radio Network Subsystem
RSCP Received Signal Code Power; Código de Potencia de Señal Recibida
SC Scrambling Code; Código de Mezclado
SCCPCH Secondary Common Control Physical Channel; Canal Físico Secundario de Control
Común
SCH Synchonization Channel, Canal de Sincronización
SGSN Serving GPRS Support Node; Nodo de Apoyo GPRS para Servicio
SIM Subscriber Identity Module; Módulo de Identificación del Suscriptor
SMS Short Message Service; Servicio de Mensajes Cortos
TACS Total Access Communication System
TDD Time Division Duplex
TDMA Time Division Multiple Access; Acceso Múltiple por División de Tiempo
VLR Visitor Location Register; Registro de Ubicación de Visitante
UE User Equipment; Equipo de Usuario
UMTS Universal Mobile Telecommunications System; Sistema Universal de Telecomunicaciones
Móviles
USB Universal Serial Bus; Bus Universal en Serie
USIM UMTS Subscriber Identity Module; Modulo de Identidad del Abonado a la red UMTS
UTRAN UMTS Terrestrial Radio-Access Network; Red de Acceso de Radio Terrestre de UMTS
WCDMA Wideband Code DIvision Multiple Access; Acceso Múltiple por División de Código de
Banda Ancha
WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access; Interoperabilidad Mundial para
Acceso por Microondas
97
GLOSARIO
dB. Es la unidad relativa empleada para expresar la relación entre dos magnitudes
eléctricas, o entre la magnitud que se estudia y una magnitud de referencia. El
decibelio, cuyo símbolo es dB, es una unidad logarítmica.
dBm. Se define como una unidad de medida usada para determinar el nivel de potencia en
decibelios en relación a un nivel de referencia de 1 mW.
Chip. Corresponde a los bits utilizados en el código de pseudorruido conocido como
código de ensanchamiento. La velocidad del código de ensanchamiento no se expresa
en bits/segundos (b/s), sino en chips/s (chips por segundo).
Símbolo. Es un elemento de transmisión como resultado de una modulación.
98