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Equation Chapter 1 Section 1
Proyecto Fin de Carrera
Ingeniería de Telecomunicación
Monitorización y Gestión de la Capacidad de la
Interfaz Radio de una Red UMTS
Autor: José Juan González Mena
Tutor: María José Madero Ayora
Dep. Teoría de la Señal y Comunicaciones
Escuela Técnica Superior de Ingeniería
Universidad de Sevilla
Sevilla, 2015
iii
Proyecto Fin de Carrera
Ingeniería de Telecomunicación
Monitorización y Gestión de la Capacidad de la
Interfaz Radio de una Red UMTS
Autor:
José Juan González Mena
Tutor:
María José Madero Ayora
Profesor titular
Dep. de Teoría de la Señal y Comunicaciones
Escuela Técnica Superior de Ingeniería
Universidad de Sevilla
Sevilla, 2015
v
Proyecto Fin de Carrera: Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS
Autor: José Juan González Mena
Tutor: María José Madero Ayora
El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros:
Presidente:
Vocales:
Secretario:
Acuerdan otorgarle la calificación de:
Sevilla, 2015
El Secretario del Tribunal
vii
A mi familia
A mis maestros
ix
Agradecimientos
Agradezco a mi tutora María José por su tiempo, y por darme ese empujón que necesitaba para poder terminar
este camino.
Agradezco a mi familia, y en especial, a mi mujer y a mis hijos por su apoyo y comprensión.
José Juan González Mena
Sevilla, 2015
xi
Resumen
La comunicación mediante teléfonos móviles se ha convertido hoy en día en algo fundamental para las
personas. Para ello es necesario que los operadores desplieguen y mantengan redes móviles, que proporcionen
este servicio a los usuarios de sus redes.
Son los departamentos de planificación dentro de un operador los que se encargan de diseñar los despliegues
de red, así como, una vez desplegados los nodos, garantizar que tengan la capacidad suficiente para mantener
una calidad de servicio adecuada. El análisis de la capacidad se ha convertido en algo cada vez más crítico,
debido al incremento del tráfico de datos que se viene produciendo desde la llegada de los smartphones.
Este proyecto trata de dar una visión general de cómo se monitoriza una red móvil, y cómo se gestionan los
recursos disponibles, llevando a cabo ampliaciones cuando sea necesario. Nos centraremos en el caso de una
red UMTS con equipos Huawei, y concretamente en la parte que afecta a su interfaz radio.
xiii
Abstract
Communication via mobile phones has become today something essential for people. This requires operators
to deploy and maintain mobile networks to provide this service to users of its networks.
Planning departments within an operator are responsible for designing network deployments and ensure that
they have sufficient capacity to maintain adequate quality of service. The capacity analysis has become
increasingly critical, due to increased data traffic that has been occurring since the arrival of smartphones.
This project aims to give an overview of how a mobile network is monitored, and how available resources are
managed by carrying out extensions when necessary. We focus in the case of an UMTS network with Huawei
equipment, specifically in the part relating to the radio interface.
Índice
Agradecimientos ix
Resumen xi
Abstract xiii
Índice xiv
Índice de Tablas xvi
Índice de Figuras xviii
Glosario xxii
1 Objetivo y estructura del proyecto 1
1.1 Objetivos del proyecto 1
1.2 Estructura del proyecto 1
2 Evolución de las Redes Móviles 3
2.1 Los inicios de la red móvil 3
2.2 Telefonía móvil analógica (1G) 4
2.2.1 NMT (NORDIC MOBILE TELEPHONE) 5
2.2.2 AMPS (ADVANCED MOBILE PHONE SYSTEM) 5
2.2.3 CDPC (CELLULAR DIGITAL PACKET DATA) 5
2.2.4 MOBITEX 5
2.2.5 DATATAC 5
2.3 Segunda Generación (2G) 6
2.3.1 GSM 6
2.3.2 GPRS (GENERAL PACKET RADIO SYSTEM) 7
2.3.3 EDGE (ENHANCED DATA RATES FOR GSM EVOLUTION) 7
2.4 Tercera generación (3G): la banda ancha móvil 8
2.4.1 UMTS (UNIVERSAL MOBILE TELECOMMUNICATIONS SYSTEM) 8
2.4.2 HSPA (HIGH SPEED PACKET ACCESS) 8
2.5 Cuarta generación (4G) 9
3 Acceso Radio del Sistema UMTS 11
3.1 La técnica de acceso W-CDMA 12
3.1.1 Spreading y despreading 14
3.1.2 La capacidad de los sistemas 17
3.2 Arquitectura UTRAN 19
4 Recursos en el Interfaz Radio 23
4.1 Recursos de banda base 25
4.1.1 Procedimientos de asignación de los recursos banda base 26
4.1.2 Especificaciones de producto 30
4.1.3 Consumo de los recursos de banda base 33
4.1.4 Ampliación de recursos banda base 35
4.1.5 Contadores asociados a los recursos banda base 35
4.2 Recursos de potencia 40
4.2.1 Carga en el downlink 40
xv
4.2.2 Carga en el uplink 44
4.3 Recursos de códigos OVSF 48
4.3.1 Contadores asociados a los códigos OVSF 50
4.3.2 Ampliaciones de capacidad recomendadas 54
4.4 Recursos CNBAP 54
4.4.1 Contadores asociados a los recursos CNBAP 54
4.4.2 Ampliaciones de capacidad recomendadas 57
5 Descripción de los Equipos Huawei 59
5.1 BTS3900 59
5.1.1 BBU3900 60
5.1.2 Módulos RF 64
5.2 Tipos de emplazamiento 67
5.3 Escenarios Habituales 69
5.3.1 Indoor GSM900 + DCS1800 69
5.3.2 Indoor GSM900 + U900 + U2100 69
5.3.3 Indoor GSM900 + DCS1800 + U900 + U2100 71
5.3.4 Outdoor GSM900 + DCS1800 + U900 + U2100 72
5.3.5 Escenario cuando no se pueden usar RRUs 73
6 Herramientas de Monitorización 75
6.1 PRS 76
6.1.1 Ejecución de una consulta en PRS 77
6.2 Business Objects 79
6.2.1 Ejecución de una consulta en Business Objects 81
6.3 Bases de Datos de Parámetros y de Configuración Hardware 83
6.3.1 Base de Datos de Parámetros 83
6.3.2 Base de Datos de Configuración Hardware 85
6.4 Visor de Estadísticos 87
7 Métodos de monitorización y Gestión 93
7.1 Proceso Reactivo 94
7.1.1 Cuadro de mandos del proceso reactivo 97
7.1.2 CSSR (Call Setup Success Rate) 102
7.2 Planes programados 105
7.2.1 Universo de nodos afectados por el plan 105
7.2.2 Ejemplo de un plan programado 108
7.3 Movimiento de licencias y uso de nodos almacén 109
8 Conclusiones y Líneas Futuras 111
8.1 Conclusiones 111
8.2 Líneas futuras 111
Bibliografía 113
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 4-1 Especificaciones de las tarjetas WBBP 31
Tabla 4-2 Número de usuarios HSUPA y HSDPA soportados por una WBBP 32
Tabla 4-3 Especificaciones de Throughput de la tarjeta WBBP 32
Tabla 4-4 Consumo de CEs de los servicios R99 34
Tabla 4-5 Consumo de CEs UL de los servicios HSUPA 34
Tabla 4-6 Alarmas RF reportadas por el nodo 48
Tabla 4-7 Capacidad CNBAP en diferentes escenarios 54
Tabla 5-1 Configuraciones típicas de RRU3908V2 65
Tabla 5-2 Configuración PA1 y PA2 en RRU3908V2 66
Tabla 5-3 Configuraciones típicas de RRU3808V1 66
Tabla 6-1 Parámetros Tabla UMTS_RADIO_UCELL 84
Tabla 6-2 Configuración de portadoras de un NodoB 85
Tabla 6-3 Bastidores del nodo 85
Tabla 6-4 Tarjetas del nodo 86
Tabla 6-5 Grupos de recursos UL 86
Tabla 6-6 Grupos de recursos DL 87
Tabla 6-7 Asignación de celda a tarjeta 87
Tabla 7-1 Ejemplo de listado de consumos de CEs 97
Tabla 7-2 Consumo de potencia de un nodo a nivel de celda 97
Tabla 7-3 Consumo de potencia del nodo 98
Tabla 7-4 Ejemplo de listado de carga CNBAP 98
Tabla 7-5 Capacidad CNBAP de nodos 98
Tabla 7-6 Ejemplo de cuadro de mandos 99
Tabla 7-7 Ejemplo de tarjetas de un nodo 99
Tabla 7-8 Ejemplo de grupos de recursos 99
Tabla 7-9 Ejemplo de fallos por congestión de CEs 101
Tabla 7-10 Causas de congestión RRC 103
Tabla 7-11 Causas de congestión RAB 104
Tabla 7-12 Ejemplo de estimación de CEs 108
Tabla 7-13 Ejemplo de estimación de potencia 109
xvii
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2-1 DynaTAC8000X 4
Figura 3-1 Analogía utilizada para describir la técnica CDMA 13
Figura 3-2 Técnicas de acceso en el dominio tiempo-frecuencia-potencia 14
Figura 3-3 Incremento de la banda por efecto del spreading 14
Figura 3-4 Reducción de las interferencias en la técnica CDMA 16
Figura 3-5 Árbol de secuencias de spreading 17
Figura 3-6 Arquitectura UTRAN 20
Figura 4-1 Recursos de la RNC, Nodo B y Celda 23
Figura 4-2 Estructura de la unidad banda base del Nodo B 26
Figura 4-3 Procedimientos de asignación de recursos de un grupo de recurso UL 27
Figura 4-4 Grupos de recurso en diferentes configuraciones (Escenario 1) 28
Figura 4-5 Grupos de recurso en diferentes configuraciones (Escenario 2) 28
Figura 4-6 Grupos de recurso en diferentes configuraciones (Escenario 3) 29
Figura 4-7 Ejemplo de compartición de recursos CE DL 30
Figura 4-8 Procedimientos de asignación de recursos de un grupo de recurso DL 30
Figura 4-9 Consumo de recursos DL de los servicios HSDPA 35
Figura 4-10 Asignación dinámica de los recursos de potencia 41
Figura 4-11 Procedimiento Common Measurement Report 43
Figura 4-12 Relación entre RTWP, incremento de ruido, y carga uplink 45
Figura 4-13 Número de usuarios equivalentes por servicio 46
Figura 4-14 Árbol de códigos OVSF 49
Figura 4-15 Asignación de códigos estática controlada por la RNC 49
Figura 4-16 Asignación de códigos dinámica controlada por la RNC 50
Figura 4-17 Asignación de códigos dinámica controlada por el NodoB 50
Figura 4-18 Ejemplo asignación canales OVSF 51
Figura 4-19 Medición de radio links recibidos 56
Figura 5-1 Solución de producto de la serie BTS3900 60
Figura 5-2 Configuración típica de BBU3900 en modo GSM+UMTS 61
Figura 5-3 Distribución de slots/tarjetas en la BBU3900 61
Figura 5-4 Tarjeta GTMU 62
Figura 5-5 Tarjeta WMPT 62
Figura 5-6 Tarjeta UMPT 62
Figura 5-7 Tarjeta WBBP 63
Figura 5-8 Tarjeta UBRI 63
xix
Figura 5-9 Tarjeta UTRP 63
Figura 5-10 Tarjeta UPEU 64
Figura 5-11 Tarjeta UEIU 64
Figura 5-12 Modelos de RRU 65
Figura 5-13 MRFU 67
Figura 5-14 BTS3900 Indoor 68
Figura 5-15 BTS3900A Outdoor 68
Figura 5-16 Configuración Indoor GSM900 + DCS1800 69
Figura 5-17 Configuración Indoor GSM900 + U900 + U2100 70
Figura 5-18 Configuración Indoor GSM900 + U900 + U2100 con 4 sectores 70
Figura 5-19 Configuración Indoor GSM900 + DCS1800 + U900 +U2100 71
Figura 5-20 Configuración Indoor GSM900 + DCS1800 + U900 +U2100 con 4 sectores 72
Figura 5-21 Configuración Outdoor GSM900 + DCS1800 + U900 + U2100 72
Figura 5-22 Escenarios en configuración compacta 73
Figura 5-23 Configuración Indoor compacta GSM900 + DCS1800 + U900 + U2100 73
Figura 6-1 Arquitectura M2000 75
Figura 6-2 Arquitectura de PRS 76
Figura 6-3 Página Principal de PRS 77
Figura 6-4 Consulta de PRS 77
Figura 6-5 Selección de contadores en PRS 78
Figura 6-6 Selección del período temporal en PRS 79
Figura 6-7 Resultado de consulta en PRS 79
Figura 6-8 Funciones de Business Objects 80
Figura 6-9 Ventana Principal de Business Objects 81
Figura 6-10 Ventana de Consulta de Bussines Objects 81
Figura 6-11 Panel de Consulta de Business Objects 82
Figura 6-12 Resultado de Consulta de Business Objects 83
Figura 6-13 Base de Datos con tablas de parámetros de la red 84
Figura 6-14 Ventana Principal Base de Datos del Visor 88
Figura 6-15 Formulario Visor CEs 89
Figura 6-16 Formulario Visor Potencia 89
Figura 6-17 Gráfica de consumo de CEs 90
Figura 6-18 Gráficas Potencia DL 90
Figura 6-19 Gráfica Usuarios y Potencia UL 91
Figura 7-1 Nodo con crecimiento de tráfico continuo 93
Figura 7-2 Nodo con crecimiento de tráfico estacional 94
Figura 7-3 Nodo con crecimiento eventual 94
Figura 7-4 Proceso Reactivo 95
Figura 7-5 Cálculo de promedios semanales 95
Figura 7-6 Nodo con tráfico de Fin de Semana 96
Figura 7-7 Nodo con tráfico de No-Fin de Semana 96
Figura 7-8 Ejemplo de consumo de CEs de un nodo 100
Figura 7-9 Consumo de CEs a nivel de grupo 101
Figura 7-10 Planes programados 105
Figura 7-11 Ejemplo filtrado nodo estival I 106
Figura 7-12 Ejemplo filtrado nodo estival II 107
Figura 7-13 Ejemplo filtrado nodo estival III 107
Figura 7-14 Ejemplo filtrado nodo estival IV 107
Figura 7-15 Evolución anual del consumo de CEs 108
xxi
Glosario
AMPS Advanced Mobile Phone System
ARQ Automatic Repeat Request
BBU BaseBand Unit
BSC Base Station Controller
BSS Base Station Subsystem
BTS Base Transceiver Station
CDPC Cellular Digital Packet Data
CE Channel Element
CNBAP Common Node B Application Part
CPRI Common Public Radio Interface
CS Circuit Switching
CSSR Call Setup Success Rate
DECT Digital Enhanced Cordless Telecommunications
DL Down Link
DPU Data Processing Unit
EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution
ENU Equivalent Number of Users
ETSI European Telecommunications Standards Institute
FACH Forward Access Channel
FDD Frequency Division Duplexing
FDMA Frequency Division Multiple Access
GPRS General Packet Radio System
GSM Global System for Mobile communications
GTMU GSM Transmission & Management Unit for BBU
HSDPA High Speed Downlink Packet Access
HSPA High Speed Packet Access
HSUPA High Speed Uplink Packet Access
KPI Key Performance Indicator
LMPT LTE Main Processing & Transmission unit
LTE Long Term Evolution
MPU Main Processing Unit
MRFU Multi-mode Radio Frequency Unit
MSC Mobile Switching Centre
NMT Nordic Mobile Telephone
OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access
xxiii
OLAP On-Line Analytical Processing
OSI Open System Interconnection
OVSF Orthogonal Variable Spreading Factor
PCH Paging Channel
PDC Personal Digital Cellular
PRS Performance Surveillance
PS Packet Switching
PSTN Public Switched Telephone Network
RACH Random Access Channel
RF Radio Frequency
RNC Radio Network Controller
RNS Radio Network Subsystem
RoT Rise Over Thermal
RRU Radio Remote Unit
RTWP Received Total Wideband Power
SF Spreading Factor
SGSN Serving GPRS Support Node
SIM Subscriber Identity Module
SMS Short Message Service
SPU Signaling Processing Unit
TCP Transmitted Carrier Power
TDD Time Division Duplexing
TDMA Time Division Multiple Access
UBRI Universal Baseband Radio Interface Board
UE User Equipment
UL Up Link
UMPT Universal Main Processing and Transmission unit
UMTS Universal Mobile Telecommunications System
UTRA UMTS Terrestrial Radio Access
UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network
UTRP Universal Transmission Processing unit
WBBP WCDMA Baseband Process Unit
WCDMA Wideband Code Division Multiple Access
WMPT WCDMA Main Processes and Transmission Unit
1
1 OBJETIVO Y ESTRUCTURA DEL PROYECTO
l objetivo general de este proyecto es mostrar cómo se lleva a cabo la monitorización y la gestión de la
capacidad en la interfaz radio de una red UMTS que está en funcionamiento, desplegada con
equipamiento Huawei, que es el utilizado en el operador en el que he desarrollado mi actividad
profesional. Debido al crecimiento que ha experimentado en los últimos años el uso del móvil, así como el
aumento del tráfico de datos tras la aparición de los smartphones, es necesario llevar a cabo ampliaciones de
las redes móviles desplegadas, para poder absorber todo ese tráfico. De lo contrario el servicio que se les
proporciona a los clientes de un operador se iría degradando, lo cual provocaría la pérdida de dichos clientes.
Mediante la monitorización de los recursos podremos detectar los nodos que están empezando a congestionar,
de forma que podremos lanzar las ampliaciones en los nodos que sean necesarias.
1.1 Objetivos del proyecto
Para mostrar cómo se monitoriza y gestiona la interfaz radio de una red móvil UMTS Huawei trataremos de
alcanzar los siguientes objetivos:
 Mostrar cuáles son los recursos con los que cuenta un nodo para dar servicio a los usuarios de la red.
 Recopilar los indicadores de red o contadores que hay que monitorizar asociados a la capacidad de los
nodos.
 Describir el equipamiento Huawei y sus posibles configuraciones.
 Conocer las herramientas que hay disponibles para obtener los indicadores de red, así como generar
una base de datos que nos permita mantener un histórico y representar gráficamente los indicadores,
para analizar el comportamiento y la evolución de los nodos.
 Definir los procesos que nos permitan detectar los nodos congestionados y aquellos que, por su
comportamiento estacional, puedan llegar a congestionar en una determinada época del año. Todo ello
teniendo en cuenta las limitaciones presupuestarias que tiene un operador móvil, y que condicionan
las ampliaciones que se ejecutan en función de las estrategias que adopte.
1.2 Estructura del proyecto
El documento se ha estructurado en ocho capítulos, utilizando este primer capítulo para presentar los objetivos
y la estructura del proyecto.
Para situarnos en el contexto en el que nos encontramos, en el capítulo 2 veremos la evolución que han sufrido
las redes móviles, desde la aparición de la telefonía móvil analógica hasta la última tecnología que se está
desplegando en la actualidad, el LTE o 4G.
En el capítulo 3 se dará una visión general del funcionamiento de la red UMTS y de su arquitectura, a modo de
reseña tecnológica, centrándonos en la interfaz radio, cuya ampliación es la que nos ocupa, es decir,
básicamente la ampliación de un Nodo B. No será objetivo del proyecto entrar en los detalles profundos del
funcionamiento de la red UMTS, lo cual nos llevaría a un documento mucho más extenso, y tampoco es
E
Objetivo y estructura del proyecto2
estrictamente necesario para conseguir nuestro objetivo.
Para monitorizar la red, primero debemos saber qué hay que monitorizar. Será en el capítulo 4 donde
mostraremos los recursos que tienen los nodos de la red, así como la información que nos proporciona la red
para saber qué recursos tenemos y cómo se están usando.
En el capítulo 5 se explicarán cómo son los equipos Huawei, así como sus posibles configuraciones, para
mostrar cómo es una red en la realidad, y entender en qué se traduce en campo el despliegue y la ampliación
de un nodo de red.
La información del estado de la red se obtiene a partir de ciertas herramientas que veremos en el capítulo 6. Se
explicará cómo se emplean de cara a obtener los datos que necesitamos. Además mostraremos una aplicación
implementada que nos permite mantener un histórico de los indicadores de red, así como representarlos de
forma gráfica para poder analizarlos más fácilmente.
En el capítulo 7 se definirán las metodologías y procesos que se llevan a cabo en un operador para determinar
las ampliaciones necesarias tanto en el crecimiento continuado de la red, como en los crecimientos
estacionales que se producen a lo largo del año.
Por último, en el capítulo 8, se mostrarán las conclusiones y se indicarán algunas posibles extensiones al
proyecto, o posibles líneas futuras de investigación.
3
2 EVOLUCIÓN DE LAS REDES MÓVILES
n los últimos años las Comunicaciones Móviles han evolucionado a gran velocidad por ello se hace
necesario detallar en primer lugar en qué ha consistido esta evolución.
2.1 Los inicios de la red móvil
Como es habitual en nuestra historia, es en situaciones de conflicto donde se llevan a cabo los avances más
significativos. Durante la Segunda Guerra Mundial, la empresa norteamericana Motorola lanzó al mercado su
primer modelo de Handie Talkie, el H12-16, dispositivo basado en la transmisión de información mediante
ondas de radio que trabajaba en el espectro de 550 MHz y que supuso una revolución en las comunicaciones.
Basados en estos equipos en los años 50 comenzaron a desarrollarse nuevos aparatos para la comunicación a
distancia, conocidos como Walkie Talkie, destinados sobre todo a su utilización por los servicios públicos,
tales como taxis, ambulancias, policía o bomberos, e instalados en sus vehículos dadas las grandes
dimensiones de estos artefactos.
La red de radio celular como concepto se inventó en 1947 en los laboratorios Bell, en la empresa
norteamericana AT&T, donde se propuso integrar estos aparatos en los coches de policía. Sin embargo, la
invención del teléfono móvil como tal data de 1973. Se considera a Martin Cooper como el inventor del
primer móvil no asociado a un vehículo. El 3 de abril de 1973, Cooper (empleado de Motorola), realizó la
primera llamada con un móvil en la historia. El receptor de esta primera llamada fue su rival en los laboratorios
Bell, John Engel. Seis años más tarde, en 1979, se puso a la venta el primer teléfono comercial por parte del
gigante japonés de las telecomunicaciones, NTT, mientras que no fue hasta 1983 cuando en Chicago,
Washington D.C. y Baltimore se dan los primeros lanzamientos de sistemas comerciales de telefonía celular
en Estados Unidos con los resultados del proyecto DynaTAC 8000X, que es presentado oficialmente en 1984.
El DynaTAC 8000X, en la Figura 2-1, con pantalla LED y con cerca de 1 kg de peso, tenía un tamaño de
33,02x4,445x8,89 centímetros y una autonomía de una hora de comunicación y ocho horas en reposo.
E
Evolución de las Redes Móviles4
Figura 2-1 DynaTAC8000X
El objetivo de las redes de telefonía móvil es ofrecer servicios de telecomunicaciones a través de una
infraestructura fija (BTSs o NodosB según la tecnología empleada) a usuarios que no se encuentran
conectados por cable a ella. Además, el servicio que prestan es orientado al público en general,
diferenciándose así de las redes utilizadas por los servicios de policía, bomberos, ejército o el teléfono
inalámbrico del hogar.
Previo al concepto de red celular se concebía el sistema con un número mínimo de antenas para proporcionar
el servicio. Dichas estaciones debían emitir a gran potencia para llegar lo más lejos posible, y a su vez los
terminales debían emitir a gran potencia para ser “oídos”, con la consiguiente repercusión en tamaño y
autonomía que aquello suponía.
Con el concepto de telefonía celular se consiguió solucionar importantes problemas que se planteaban con este
modelo:
 Incremento en la capacidad de tráfico y mejora de la cobertura. Al ser el número de frecuencias
disponibles limitado, también lo son los canales que se pueden asignar al tráfico de los usuarios. La
reutilización de dichas frecuencias a distancias razonablemente lejanas soluciona este tema.
 Reducción de la potencia emitida. La estación base y el equipo terminal que se encuentra en su área de
servicio están a menor distancia, con lo cual la potencia de emisión necesaria para unos niveles de
recepción aceptables se ven reducidos.
2.2 Telefonía móvil analógica (1G)
Hasta hace no mucho tiempo todos los sistemas funcionaban de forma analógica, es decir, la información –la
voz en este caso- se traducía a impulsos eléctricos de mayor o menor intensidad, que generaban ondas
electromagnéticas en el aire. Éstas llegaban a un receptor y provocaban en sus circuitos señales eléctricas de
mayor o menor intensidad que excitaban el altavoz del teléfono donde se oía el mensaje.
La ventaja es la sencillez de construcción de estos equipos pero había muchas desventajas:
 Cualquier alteración de la señal en el aire se percibía como “ruido” que el aparato receptor no podía
eliminar.
 Cada transmisión ocupaba muchísimo espacio en el espectro, lo que provocaba que el servicio fuera
caro y exclusivo.
5
5Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS
 Los equipos debían transmitir señales de mucha potencia, por lo que consumían mucha más batería.
 Con el móvil sólo se podía hablar.
 Baja seguridad, la cual hacía posible a una persona escuchar llamadas ajenas con un simple
sintonizador de radio o incluso hacer uso de las frecuencias cargando el importe de las llamadas a
otras personas.
 El diseño de la red era mucho más complicado y caro, ya que cuando se ideó este modo de
comunicación no se pensó que se podría llegar a que cada persona tuviera un teléfono móvil.
Con respecto a los estándares más utilizados cabe mencionar:
2.2.1 NMT (NORDIC MOBILE TELEPHONE)
Se trata de un sistema celular analógico desarrollado en un principio para operar en países nórdicos tales como
Finlandia, Dinamarca o Noruega, y que tuvo relativo éxito debido a su más que correcta implementación. Este
sistema operaba en las bandas 450 MHz y 900 MHz.
2.2.2 AMPS (ADVANCED MOBILE PHONE SYSTEM)
Se trata de un sistema de comunicación celular analógica concebido para móviles de primera generación y
desarrollado a comienzos de los 80 por los laboratorios Bell, y que proporciona una cobertura a nivel nacional,
mucho más extensa incluso que la ofrecida por las redes digitales (aunque con la desventaja ya mencionada de
que sólo puede ser utilizada para transmitir voz). Su uso es muy común en su país de origen (en el cual sigue
siendo muy utilizado tanto en su versión analógica como en la digital), aunque también se extendió con ligeras
modificaciones a otros países tales como Inglaterra (TACS y ETACS) o Japón (MCS-L1 o JTAC). AMPS
consta de 832 canales dobles de subida-bajada, utilizando cada uno de ellos un ancho de 30 kHz, abarcando un
espectro de frecuencias que va desde los 800 MHz hasta los 900 MHz. Se utiliza la mitad del espectro para
subida y la otra mitad para bajada. Además, algunas de las frecuencias son reservadas para funciones de
control y gestión de la red. Aparece el concepto de “Handover”, consistente en cambiar de una celda de
cobertura a otra cuando los niveles de señal o la configuración de los equipos así lo exijan.
AMPS dejaba pendiente dos cuestiones importantes. Por un lado solucionar la coexistencia de varios
estándares, y por otro la integración de nuevos servicios que complementaran al mero tráfico de voz. Con estos
precedentes se llegaba a la segunda generación de telefonía móvil.
2.2.3 CDPC (CELLULAR DIGITAL PACKET DATA)
Opera en la banda de 800 MHz a 900 MHz y consigue velocidades de transferencia de hasta 19,2 kbps.
Desarrollado en 1990, su implantación se vio mermada por su elevado coste frente a alternativas más
económicas (y lentas) como son Mobitex y DataTac.
2.2.4 MOBITEX
Es un estándar libre basado en el modelo de referencia OSI que comenzó a ser operativo en el año 1986.
Creado a principios de los 80 por la sueca Televerket, y desarrollado a partir de 1988 por Eritel (colaboración
de Ericsson-Televerket). Uno de sus objetivos fue asegurar comunicaciones seguras y fiables.
2.2.5 DATATAC
Es una tecnología de red inalámbrica originalmente desarrollada por Motorola y desplegada en Estados Unidos
bajo el nombre de red ARDIS. A mediados de los 90 también se desplegó en Australia una red basada en
DataTac. En Canadá Bell Mobility soporta una red basada en esta tecnología para dar servicio a los
comúnmente conocidos como “buscas”. Tanto en Canadá como en Estados Unidos opera en la banda de 800
MHz y ofrece una capacidad de tráfico de 19,2 kbps sobre canales de 25 kHz.
Como característica destacable decir que es una red “a prueba de desastres”, no presentando indisponibilidad
de los servicios ofrecidos por sobrecarga de la red.
Evolución de las Redes Móviles6
2.3 Segunda Generación (2G)
Al contrario de lo que pasa en otras generaciones, la denominada “segunda generación” no es un estándar
concreto, sino que marca el paso de la telefonía analógica a la digital, que permitió, mediante la introducción
de una serie de protocolos, la mejora del manejo de llamadas, más enlaces simultáneos en el mismo ancho de
banda y la integración de otros servicios adicionales al de la voz, de entre los que destaca el Servicio de
Mensajes Cortos o SMS (Short Message Service).
Estos protocolos fueron implementados por diversas compañías, siendo este hecho el origen de uno de los
principales problemas de esta generación: la incompatibilidad entre protocolos. Debido a estos problemas, el
radio de utilización del teléfono quedaba limitado al área en el que su compañía le diera soporte.
Respecto a los estándares más utilizados podemos hablar de varios, cada uno contribuyendo de una forma
distinta al desarrollo de esta segunda generación de móviles. Estos son:
2.3.1 GSM
Inicialmente GSM eran las siglas de “Groupe Spécial Mobile”, un equipo francés de ingenieros del que surgió
el primer sistema celular de telefonía móvil. Al internacionalizarlo se le cambió el nombre a “Global System
for Mobile communications”. El sistema GSM es el más utilizado a nivel mundial. Su expansión comenzó en
Europa, extendiéndose posteriormente y por razones lógicas a las antiguas colonias del viejo continente en
todo el mundo: Sudamérica por Telefónica y África por France Telecom. Actualmente es raro el país donde no
exista al menos un sistema GSM.
La principal ventaja del GSM es que es un sistema digital, es decir, la información viaja transformada en ‘0’ y
‘1’. Es fácil deducir, por tanto, que la robustez –probabilidad de no perder información- de una comunicación
así es mucho mayor. Además, ofrece la posibilidad de transportar no sólo una conversación de voz, sino
cualquier tipo de información digitalizada (imágenes, conexión entre ordenadores, vídeo, sonido, alarmas,
coordenadas de posición, etc).
Sus características clave son:
 Permite el roaming, es decir, que todas las redes GSM del mundo “hablen” entre sí para poder aceptar
temporalmente usuarios de otras redes.
 Permite el handover, que no es otra cosa que lograr que todas las BTS de una red se comuniquen entre
sí para transferirse llamadas sin que se corten cuando el teléfono móvil se encuentra en movimiento.
 Es una red celular, lo que implica que para diseñarla se divide el territorio en celdas –o células-
hexagonales, cada una con una capacidad para cursar llamadas. Si el número de usuarios de una célula
crece, es posible subdividir esa célula en otras más pequeñas simplemente instalando más BTSs
dentro de ella.
 La potencia emitida por estas antenas y la de los propios teléfonos dentro de la celda se autorregulan,
para que la señal tenga el alcance exacto y no sobrepase los nuevos límites, más reducidos, y así no
interferir con las llamadas del resto de células. Esto permite aumentar la capacidad de la red con unos
costes muy reducidos.
 Como consecuencia de esta regulación de potencia que se produce en los móviles, la batería dura más,
ya que si la BTS está cerca emite menos energía para llegar a ella.
El rango de frecuencias utilizado varía, debido sobre todo al país del que estemos hablando, dando lugar a
distintos tipos de protocolos GSM:
 GSM-1800: sistema celular GSM que funciona en la banda de frecuencias 1800 MHz. Utilizado
principalmente en zonas urbanas de Europa.
 GSM-1900: sistema celular GSM que funciona en la banda de frecuencias 1900 MHz. Utilizado
principalmente en zonas urbanas de Estados Unidos (ya que las otras frecuencias disponibles se
utilizan con fines militares), Canadá y Latinoamérica junto con la modalidad GSM-850.
 GSM-900: red celular digital que opera en el rango de 900 MHz, que, en términos generales es el más
7
7Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS
utilizado en todo el mundo (más de 100 países han adoptado este estándar, pudiéndose así
proporcionar un servicio a nivel internacional). El hecho de que en otros países haya proliferado el uso
de los dos tipos de GSM anteriores, ha favorecido la aparición de los teléfonos denominados “tri-
banda”.
La consecuencia del éxito que obtuvo el GSM no fue otra que permitir que cada persona disponga de su
teléfono móvil privado. Así, el teléfono pasó de ser una herramienta de comunicación a un accesorio personal
a medida, necesario para el día a día de cualquier persona.
La separación entre la línea de teléfono –recogida en la tarjeta SIM- y el terminal, permitió la aparición de un
sinfín de equipos, orientados a captar gustos y tendencias de todos los consumidores, creando modas,
desplegando increíbles campañas de marketing y generando un consumismo probablemente jamás visto,
donde los usuarios tiraban los equipos a los pocos meses de uso por el mero hecho de probar otro más nuevo.
2.3.2 GPRS (GENERAL PACKET RADIO SYSTEM)
Una vez que se disponía de una red digital era lógico aprovecharla para enviar algo más que voz. Lo que
inicialmente se ideó como un servicio auxiliar de envío de texto de poca capacidad terminó colapsando las
redes. Los mensajes cortos (SMS, Short Messages Service) se transmitían inicialmente por canales auxiliares
de señalización interna, diseñados para transmitir muy poca información. Esto obligó a modificar el estándar
GSM, creando lo que se conoce como Sistema Radio General de Paquetes (GPRS, General Packet Radio
System).
GPRS es una mejora de GSM, por ello a veces toma el nombre de 2,5G. Utiliza la misma red pero se le añaden
algunos equipos y configuraciones para que puedan transmitir también datos del usuario por los canales de
voz. Esto solucionó la saturación de SMS que pasaron a enviarse por canales de voz, con mucha más
capacidad que los canales auxiliares. Además permitió que los usuarios se conectaran a Internet desde el
móvil, aunque al principio casi nadie lo hacía porque ni los terminales estaban adaptados ni había servicios
pensados para el móvil.
El servicio GPRS permitió a la red GSM transmitir datos por conmutación de paquetes. Este tipo de
conmutación, a diferencia de la conmutación de circuitos GSM (donde el circuito queda reservado durante el
tiempo total de la comunicación, se esté utilizando o no), está basado en necesidades, por lo que si no se está
enviando ningún dato, las frecuencias quedan libres para su uso por parte de otros usuarios aunque la
comunicación no haya acabado. Entre las ventajas obtenidas gracias al uso de este estándar destaca el hecho de
poder asignar más de un canal a cada comunicación sin miedo a saturar la red, el abaratamiento de las tarifas
ya que GPRS posibilita la tarificación por información cursada (no por tiempo de conexión), y la
simplificación y bajo coste del proceso de migración de una red GSM a otra UMTS, dado que los cambios a
realizar en una estación para pasar de GSM a GPRS serían mínimos además de compartidos en un futuro por
el protocolo UMTS.
Los dispositivos móviles que incorporan GPRS también suelen traer consigo algún tipo de medio que permita
la comunicación terminal-computador para posibilitar la transferencia de datos (esto es lógico, ya que la
capacidad de emisión-recepción de un móvil con tecnología GPRS es más que considerable).
2.3.3 EDGE (ENHANCED DATA RATES FOR GSM EVOLUTION)
Se considera una evolución de GPRS, y funciona sobre cualquier red GSM que posea GPRS. Con EDGE se
consigue triplicar la capacidad a la hora de transportar datos con respecto a GPRS, la posibilidad de aumentar
el número de usuarios de una operadora, o añadir capacidad extra al servicio de llamadas de voz. Se utilizará la
misma estructura de trama TDMA (Time Division Multiple Access – Acceso Múltiple por División en el
Tiempo), mismo canal lógico y mismo ancho de portadora (200 kHz) que para el estándar GSM, lo que
permite mantener intacto el plan celular de la red sobre la que se implementa. Con EDGE estamos un paso
más cerca del estándar UMTS y las redes 3G, introduciendo, además de mayores tasas de transferencia de
información, un nuevo esquema de modulación: 8-PSK. EDGE se suele considerar un sistema 2,75G. Más que
nuevos servicios, este estándar es una mejora del existente GPRS mediante la introducción de una nueva capa
física. La implementación de EDGE por los operadores de red ha sido diseñada para ser simple. Sólo será
necesario añadir a cada celda un transceptor adecuado, siendo en la mayoría de los casos posible realizar la
actualización SW de forma remota. Este nuevo transceptor funcionará de manera correcta en modo GSM,
conmutando a EDGE cuando el servicio solicitado lo requiera.
Evolución de las Redes Móviles8
2.4 Tercera generación (3G): la banda ancha móvil
Esta tecnología es el producto de la necesidad creciente de una red de comunicaciones móviles con mayor
velocidad y más oferta de servicios. Aunque para el usuario la diferencia radica en un mayor ancho de banda
para poder acceder a Internet –no sólo a portales específicos para teléfonos móviles sino desde su propio PC
mediante un módem-, esta tecnología utiliza una red completamente independiente de la red GSM, donde las
estaciones donde se ubican las antenas se denominan NodoB en lugar de BTS.
2.4.1 UMTS (UNIVERSAL MOBILE TELECOMMUNICATIONS SYSTEM)
La tecnología 3G se denomina técnicamente UMTS y, aunque el funcionamiento es muy parecido a GSM,
tiene algunas particularidades interesantes:
 Las frecuencias utilizadas se sitúan en un intervalo de frecuencias más altas que GSM. Esto
básicamente implica que la señal se comporta de un modo más parecido a los rayos de luz que, por
ejemplo, a la señal FM de la radio: menor capacidad de atravesar obstáculos, especialmente metálicos,
que actúan como espejo, y menor alcance, ya que la señal se atenúa más rápidamente en el espacio.
 Mayor ancho de banda: inicialmente 384 kbps –frente a los típicos 48 kbps de GPRS-, pero en la
actualidad la red ha evolucionado a velocidades muy superiores mediante técnicas complementarias
(3,6 Mbps en España).
 Servicio de videollamada: es posible llamar a una persona y, además de hablar con ella, verla
mediante la cámara de su teléfono.
Conviene considerar algunos aspectos de las redes móviles de banda ancha:
 La red está optimizada para el uso de datos a alta velocidad, por lo que no se aprecia un incremento en
los servicios de voz o SMS tradicionales.
 Las conexiones de datos son asimétricas, es decir, el ancho de banda o capacidad de enviar un
volumen de información en un tiempo determinado es diferente si queremos enviar (subir) o recibir
(bajar) desde nuestro dispositivo.
2.4.2 HSPA (HIGH SPEED PACKET ACCESS)
Se trata de una serie de protocolos para redes de telefonía móvil cuyo objetivo es mejorar una red UMTS
existente. Se comentan a continuación.
 HSDPA: Las últimas versiones del estándar de telefonía móvil de tercera generación UMTS (release
5), introducen un nuevo salto tecnológico con la introducción de la funcionalidad HSDPA (High
Speed Downlink Packet Access). Los principales objetivos de HSDPA son incrementar la tasa de
transferencia por usuario, mejorar la calidad de servicio ofrecido y, en general, mejorar la eficiencia
espectral, especialmente para los servicios de datos, asimétricos y con tráfico a ráfagas, como son la
mayoría de servicios de Internet. El funcionamiento de este sistema se basa en la colaboración de
múltiples técnicas y algoritmos, como la modulación y codificación adaptativa (AMC), el ARQ
híbrido y complejos mecanismos de scheduling (proceso a través del cual se decide cómo
comprometer los recursos disponibles ante cierto número de tareas que los necesitan), muchos de ellos
en fase de desarrollo. Este nuevo sistema se integra en un entorno ya complejo por sí mismo y existen
muchas interacciones entre los diversos protocolos que son potencialmente optimizables.
 HSUPA: Se trata de otra vuelta de tuerca más para acercar la red UMTS al 4G, y se considera como la
generación 3,75 (3,75G ó 3,5G+), desarrollado en el proyecto UMTS de 3GPP en su Release 6.
HSUPA es un protocolo de acceso de datos para redes de telefonía móvil con alta tasa de transferencia
de subida, pensado para mejorar el HSDPA potenciando la conexión de subida de UMTS/WCDMA.
Con HSUPA se mitiga el efecto de la asimetría en las capacidades entre DL y UL (downlink y
uplink), haciendo posible la oferta de servicios avanzados “P2P”. Para conseguirlo se requiere un
nuevo canal dedicado para el enlace ascendente, el E-DCH (enhanced Dedicated Channel), sobre el
que se usaran métodos similares a los empleados para HSDPA.
 HSPA+: Es el estándar de banda ancha definido en el Release 7 del foro 3GPP. Se espera conseguir
9
9Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS
con él un incremento significativo tanto en UL como en DL frente a los ya conseguidos con HSDPA
y HSUPA, aunque el incremento teórico dista mucho del que realmente se consigue en casos prácticos
(se consigue en torno a un 20% de incremento de capacidad de tráfico).
HSPA+ introduce la posibilidad de utilizar una arquitectura totalmente IP. Las estaciones base se
conectan a la red a través de una conexión Gigabit Ethernet al Proveedor de Servicios de Internet
(ISP) que está a su vez conectado a Internet (o a otro ISP en modo peering). Con esto se consigue
hacer la red más rápida, fácil de desplegar y más operativa. A pesar de que la arquitectura UMTS
existente (NodoB-RNC-SGSN) puede seguir siendo utilizada, la posibilidad de interconectar
directamente la estación base (NodoB) con el SGSN IP es un gran paso hacia el proyecto LTE de
3GPP: 4G.
La implantación de redes de tercera generación ha permitido la incorporación de nuevos servicios móviles. En
la actualidad se ha extendido el uso del correo electrónico en el móvil, así como aplicaciones de mensajería
instantánea y redes sociales.
En paralelo, otras compañías se han adaptado al negocio móvil, como Google y Yahoo, incorporando una
versión móvil del famoso Google Maps o el acceso a su portal adaptado a los formatos de pantalla de un
móvil. Otros servicios, como la videoconferencia o el acceso a Internet móvil, no han tenido la repercusión que
inicialmente se pensó, y demuestran que muchas veces la tecnología se aplica de una manera radicalmente
diferente a aquello para lo que fue concebida.
2.5 Cuarta generación (4G)
Técnicamente se le denomina LTE, siglas de “Long Term Evolution” (Evolución a largo plazo). El aspecto
principal es que se trata de una red 100% IP, es decir, que puede interoperar de manera integrada con el resto
de redes IP que configuran Internet. Eso significa un abaratamiento importante de costes, que posiblemente
permite que casi cualquier cosa de la vida cotidiana disponga de una conexión a Internet: el coche, el
ordenador y la vivienda, pero también nuestras maletas, zapatos, electrodomésticos, las papeleras de la calle,
semáforos, farolas, alcantarillas y todo lo que sea susceptible de enviar o recibir contenidos o alertas en un
determinado momento.
La evolución a la cuarta generación va acompañada de un incremento importante en el ancho de banda. El
objetivo es disponer de velocidades mínimas de acceso de 100 Mbps en movimiento y de hasta 1 Gbps en
reposo, y que el tiempo medio que necesita la red para transportar la información entre dos puntos lejanos
(denominado latencia) sea muy pequeño, comparable al de las actuales redes de área local que se instalan en
las oficinas. Esto permite descargas de vídeo de alta definición y música HiFi en tiempo real. Las
investigaciones para el desarrollo de estos equipos van parejas al descubrimiento de baterías de menos tamaño
y peso, y mayor duración, ya que se espera un incremento del consumo por parte de estos dispositivos.
11
3 ACCESO RADIO DEL SISTEMA UMTS
The fundamental problem of communication is that of reproducing at one
point either exactly or approximately a message selected at another point.
Claude Shannon, 1948
N los sistemas de telefonía móvil las señales de los usuarios se transmiten utilizando portadoras de
radiofrecuencia. Debido a que el espectro electromagnético que los distintos operadores tienen a su
disposición es limitado, hay que conseguir que el recurso radio se pueda utilizar con la mayor eficiencia
posible. La gestión del recurso radio se efectúa mediante técnicas de acceso múltiple. Para ello, es posible
compartir el recurso común (el espectro) entre varios usuarios, garantizando la calidad del servicio. Una parte
integrante de las técnicas de acceso está constituida por los procedimientos de transmisión y de recepción de la
señal del usuario (acceso radio). El nivel físico de la torre de protocolos OSI define las modalidades con las
cuales se accede al recurso radio. Los protocolos de nivel físico más los protocolos de nivel 2 y 3 de la torre
OSI constituyen la interfaz radio del sistema UMTS.
El proceso de definición de la interfaz radio del UMTS, se inició en el ETSI a partir de 1997 con la creación de
algunos grupos de trabajo cuyo objetivo era el desarrollo de las distintas soluciones, para la interfaz radio,
presentadas por las distintas compañías.
En un principio, las alternativas examinadas por la ETSI, para realizar la interfaz radio del UMTS, eran cuatro:
la técnica W-CDMA (Wideband-Code Division Multiple Access), la técnica TD-CDMA (Time Division-
Code Division Multiple Access), una técnica basada en la transmisión por división en el tiempo, denominada
W-TDMA (Wideband-Time Division Multiple Access) semejante a la utilizada por el GSM pero que presenta
una velocidad de transmisión mucho mayor, y finalmente una técnica multiportadora denominada OFDMA
(Orthogonal Frequency Division Multiple Access). En el verano de 1997 ya resultaba evidente que sólo las
dos primeras soluciones tenían las propiedades adecuadas para el nuevo sistema que se quería realizar.
En Enero de 1998, ETSI llegó a un acuerdo sobre la técnica de acceso radio a utilizar para el UMTS. La
solución, identificada como UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access), se basa en las dos propuestas W-
CDMA y TD-CDMA.
Concretamente, la decisión prevé que:
 En las bandas pareadas (con duplexing FDD) el sistema adopte la técnica W-CDMA.
 En las bandas no pareadas (con duplexing TDD) el sistema adopte la técnica de acceso TD-CDMA.
 La especificación del acceso radio sea la adecuada para garantizar la posibilidad de desarrollar
terminales de bajo coste, garantizando al mismo tiempo terminales dual mode UMTS/GSM y
FDD/TDD.
 El componente FDD permita que un operador pueda proporcionar los servicios UMTS con una
asignación mínima de banda igual a 2x5 MHz.
La asignación de las bandas para UMTS no establece la modalidad de duplexing (TDD o FDD) que, no
obstante, depende de la solución radio escogida por el sistema. Sin embargo, queda implícito el recurso a
soluciones ya adoptadas en sistemas existentes como la aproximación FDD cuando hay dos bandas separadas
y simétricas para los dos enlaces (por ejemplo en el GSM) y TDD cuando hay una única porción de banda
asignada al sistema (por ejemplo en el DECT).
E
Acceso Radio del Sistema UMTS
12
En el componente FDD, la transmisión entre el terminal móvil y la estación base (enlace uplink) se produce en
una subbanda (generalmente la inferior) mientras que la transmisión entre la estación base y el terminal móvil
(enlace downlink) se produce en la otra subbanda. Las operaciones de transmisión y recepción pueden tener
lugar simultáneamente estando ambas señales separadas en frecuencia. Este tipo de transmisión está
especialmente adaptado a la transmisión de servicios de tipo simétrico, en los que la velocidad de transferencia
de la información del usuario en los dos enlaces es igual.
En la componente TDD, se utiliza la misma subbanda para la transmisión en los enlaces uplink y downlink. En
este caso, las operaciones de transmisión y de recepción están separadas en el tiempo. El instante de
conmutación entre las operaciones de transmisión y recepción se puede seleccionar de forma adecuada para
ofrecer servicios de tipo asimétrico, en los que la velocidad de transferencia de la información del usuario
puede ser muy distinta entre ambos enlaces. Un ejemplo de este tipo de servicios es el acceso a una base de
datos donde se hacen solicitudes breves y posteriormente se leen importantes cantidades de información.
3.1 La técnica de acceso W-CDMA
Los sistemas radio transmiten y reciben utilizando un recurso común que es la fracción del espectro
electromagnético asignada al propio sistema por los organismos reguladores. La utilización de un recurso
común, por parte de varios usuarios del mismo sistema, produce en general situaciones de conflicto si dos o
más usuarios transmiten sin ninguna clase de precaución en la misma frecuencia y en el mismo instante. Para
resolver las posibles interferencias entre usuarios y ampliar al máximo la capacidad del sistema, es decir, el
número de usuarios a los que el sistema puede atender con una calidad de servicio preestablecida, se han
introducido las técnicas de acceso múltiple.
Las técnicas de acceso clásicas intentan repartir, de la manera más eficiente posible, los recursos de
transmisión representados por frecuencia (o banda) y el tiempo, entre los usuarios que desean acceder al
servicio. Estas técnicas se denominan respectivamente FDMA (Frequency Division Multiple Access) y
TDMA (Time Division Multiple Access).
La técnica FDMA consiste en subdividir la banda asignada al sistema en un determinado número de partes
denominadas “canales”, centradas en una frecuencia portadora. Por consiguiente, con esta técnica el recurso
elemental se puede identificar con la portadora radio. A cada usuario se le asigna un canal (o portadora) para
toda la duración de la conversación. Esta técnica se utiliza en los sistemas analógicos de primera generación
como el TACS (Total Access Communication System) y el AMPS (Advanced Mobile Phone Service).
La técnica TDMA se caracteriza por el reparto del recurso de transmisión en fracciones temporales
denominadas “time slot”. Varios usuarios pueden utilizar la banda asignada a la comunicación en instantes o
slots distintos. En este caso, el recurso elemental es identificado por el time slot asignado a la comunicación.
En general, se adoptan técnicas mixtas TDMA-FDMA en las que la banda asignada a un operador se
subdivide entre varias portadoras FDMA, y cada una de ellas es compartida por los usuarios con técnica
TDMA. Por consiguiente, el recurso elemental es el conjunto time slot-portadora radio. La técnica
TDMA/FDMA se utiliza en sistemas móviles digitales de segunda generación como el GSM y el PDC
(Personal Digital Cellular). La técnica CDMA se diferencia de las anteriores porque permite que los usuarios
transmitan en la misma frecuencia y al mismo tiempo. La separación entre los distintos usuarios se obtiene
asignando a cada uno un “código” (o secuencia) distinto. Las secuencias se utilizan para codificar de manera
unívoca la información de usuario a transmitir, para poderla distinguir de la de los demás usuarios. Esta
operación, en lenguaje técnico, se denomina spreading. El recurso elemental es la secuencia asociada a cada
señal de usuario. En este caso, también son posibles aproximaciones híbridas con las técnicas mencionadas
anteriormente. El recurso elemental según las combinaciones que se hagan, se puede identificar con parejas o
ternas de parámetros. La operación de spreading, prevé que a cada señal a transmitir en el canal radio vaya
asociada, con una operación de multiplicación, una secuencia numérica (código) con velocidad de transmisión
(chip rate) mucho mayor que la velocidad de la información a transmitir. Los bit obtenidos tras esta operación,
se definen en el lenguaje técnico como chip. Las secuencias de código asignadas a los usuarios que comparten
el mismo canal son distintas entre ellas y se escogen de manera que haya poca correlación entre ellas. Esto
hace que en condiciones ideales, en recepción la operación dual (despreading) anule el efecto de las
interferencias mutuas y permita extraer la señal deseada.
13
13Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS
En condiciones de propagación reales, las distorsiones y las interferencias que sufren las señales a lo largo del
canal de comunicación degradan las condiciones de ortogonalidad y por ello, el número de señales que se
pueden superponer en el mismo canal es limitado. Por consiguiente, el límite de la capacidad del sistema viene
dado por el nivel de interferencia residual tras la operación de despreading. Por lo tanto, es fundamental
reducir al mínimo el nivel de interferencia residual.
Evidentemente, la banda ocupada por la señal transmitida es mayor que la que sería estrictamente necesaria
para transmitir la información. La aparente pérdida de eficiencia espectral, queda en realidad compensada por
la posibilidad de superponer más señales en el mismo canal radio. Cuanto mayor es la relación entre la
velocidad de transmisión en el aire y la velocidad de transferencia de la información de usuario, más fuerte es
la robustez frente a la interferencia y, por consiguiente, mayor el número de usuarios que pueden transmitir
simultáneamente en el mismo canal. La robustez, frente a la interferencia, es tan elevada que se puede utilizar
la misma frecuencia portadora en todas las celdas de una red de telefonía móvil. Una sencilla analogía, permite
explicar la técnica CDMA: supongamos que estamos en una sala de conferencias en la cual tres ponentes están
efectuando una presentación y que cada uno utiliza un sistema distinto, por ejemplo, el inglés, el francés y el
español. En el supuesto de que haya un hipotético oyente en la sala y de que conozca únicamente la lengua
española, éste conseguirá seguir, hasta cierto punto, solo la lengua española, mientras que percibirá las otras
lenguas como un ruido de fondo (ver Figura 3-1). Sucede lo mismo con el sistema CDMA en el cual la
secuencia de información “encriptada” con el código utilizado por el receptor se recupera, mientras que las
secuencias que utilizan los demás códigos se cancelan o, en condiciones reales, se atenúan considerablemente.
La Figura 3-2 expone esquemáticamente las tres técnicas de acceso en el dominio tiempo-frecuencia-potencia.
Figura 3-1 Analogía utilizada para describir la técnica CDMA
Acceso Radio del Sistema UMTS
14
3.1.1 Spreading y despreading
La técnica CDMA se caracteriza por el notable incremento de la banda de la señal transmitida respecto a la
que sería estrictamente necesaria.
El efecto del spreading en la banda queda ilustrado gráficamente en la Figura 3-3 en la que b(t) es la señal de
información, c(t) es el código asignado al usuario y B(f) y C(f) son las densidades espectrales de potencia
correspondientes.
Figura 3-3 Incremento de la banda por efecto del spreading
Figura 3-2 Técnicas de acceso en el dominio tiempo-frecuencia-potencia
15
15Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS
Es importante señalar que para ensanchar la banda se pueden utilizar secuencias con buenas propiedades de
ortogonalidad (utilizadas para distinguir las distintas señales de usuario), pero también técnicas de repetición
de la información y códigos de corrección de error.
Cuantitativamente, el incremento total de banda es igual al Processing Gain (PG) definido como la relación
entre la banda de la señal transmitida (fc) y la banda de la señal de información (fb).
Como en general fc es mucho mayor que fb, el incremento de la banda puede variar desde algunas unidades
hasta cientos de veces. Se define además el Spreading Factor, como el número de chips con el cual se
representa cada bit a la entrada del bloque que efectúa la operación de spreading. En el sistema UMTS, éste
coincide con la longitud de la secuencia utilizada para distinguir señales de usuario distintas.
Es importante señalar la diferencia entre processing gain y spreading factor. El primero incluye todo el
procesado que está presente entre la fuente de información y la antena transmisora y que contribuye a
ensanchar la banda. Por ejemplo, los códigos de corrección de errores están incluidos en el processing gain. En
cambio, el segundo comprende sólo la operación de spreading (es decir, la multiplicación de la señal por una
secuencia utilizada para distinguir al usuario). El processing gain está relacionado con la capacidad de la
técnica CDMA de reducir la interferencia (interference rejection), mientras que el spreading factor está
relacionado con el número de secuencias disponibles y por consiguiente, regula el número de usuarios que
pueden ser atendidos.
En la recepción, para recuperar la señal de información útil, se multiplica la señal recibida por el mismo código
c(t) asignado al usuario (operación de despreading). Mediante un filtro paso bajo se selecciona el componente
útil de la señal. Por consiguiente, para poder efectuar la operación de despreading el código debe ser conocido
por el receptor: por ejemplo, se le puede notificar al terminal móvil por medio de la señalización en fase de
negociación de la conexión. Además, es necesario que el código c(t) aplicado en recepción esté sincronizado
con el utilizado en transmisión.
Supongamos ahora que a la señal transmitida se le ha superpuesto una señal interferente de banda estrecha. La
operación de despreading permite eliminar el código y recuperar la información. Sin embargo, al mismo
tiempo, la interferencia, se ve multiplicada por una secuencia de elevada tasa binaria con el consiguiente
ensanchamiento de la banda y reducción de la densidad espectral de potencia. Por medio de un filtro (con
banda fb) se recupera la señal útil y además, se reduce la potencia de la señal de interferencia en una cantidad
igual al processing gain. Este concepto queda ilustrado gráficamente en la Figura 3-4.
El ejemplo que se acaba de exponer sigue siendo válido incluso en el caso de interferencia de banda ancha. Por
ejemplo, se puede suponer que el problema sea la señal de un segundo usuario a quien le ha sido asignado un
código c’(t) distinto de c(t). Efectuando la operación de despreading la interferencia permanece ensanchada ya
que el producto c’(t)·c(t) aún es una secuencia con banda fc ensanchada. En este caso, la operación de filtrado
también elimina el componente de señal de interferencia (interferente) que queda fuera de la banda útil.
Acceso Radio del Sistema UMTS
16
3.1.1.1 Asignación de las secuencias de spreading
Para transmitir señales con tasa binaria variable, es preciso utilizar secuencias de spreading de longitud
variable (en efecto, la velocidad de transmisión en el aire es constante e igual a 3,84 Mchip/s).
El campo de variación de la longitud de las secuencias es distinto para las modalidades FDD y TDD. En el
caso FDD, la longitud puede variar entre un mínimo de 4 y un máximo de 512; mientras que en caso TDD, la
longitud varía entre 1 y 16.
Para reducir el nivel de interferencia entre varios usuarios, debe asociarse a cada señal transmitida una
secuencia ortogonal a las otras ya asignadas (es decir, con correlación cruzada igual a cero).
Esto se puede obtener adoptando una asignación de las secuencias basada en una estructura de árbol, en la que
las secuencias situadas en las ramas son generadas por una raíz común (Figura 3-5). Las secuencias de igual
longitud y aquellas de distinta longitud pero generadas de distintas raíces del árbol son ortogonales entre sí.
Como el número de las secuencias de que se dispone limita el número de señales transmitidas
simultáneamente, es preciso garantizar que la gestión de las secuencias se efectúa cuidadosamente. En general,
es preciso revisar con cierta frecuencia la asignación de las secuencias a las distintas señales para optimizar la
utilización de los recursos, y por tanto, su capacidad.
Figura 3-4 Reducción de las interferencias en la técnica CDMA
17
17Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS
Figura 3-5 Árbol de secuencias de spreading
3.1.2 La capacidad de los sistemas
Recordamos que la técnica CDMA en la que las diferentes señales se caracterizan por códigos distintos,
teóricamente hace que la interferencia de las distintas señales se anule totalmente. En realidad, no obstante, las
condiciones de propagación reducen las propiedades de ortogonalidad de las secuencias utilizadas. Por
consiguiente, el número de conversaciones se ve limitado por la interferencia mutua.
Contrariamente a los sistemas de primera y segunda generación, no existe una limitación preestablecida de los
recursos (número de portadoras o número de time slots): cada vez que se acepta una nueva llamada la calidad
de todos los usuarios presentes en el sistema sufre una ligera degradación. Se pueden aceptar nuevas llamadas
hasta que el nivel de interferencia sea tal que ya no garantice el nivel de calidad deseado. Nada impide que en
caso de emergencia se puedan aceptar durante un tiempo limitado un número de llamadas superior al
establecido por puros criterios de calidad. Por todos estos motivos, se dice que los sistemas CDMA se
caracterizan por tener una degradación de la calidad gradual (soft degradation). La limitación de capacidad
debida a la interferencia también puede explicarse recurriendo a la analogía de la Figura 3-1. Aunque las
distintas personas hablen entre ellas a un nivel normal, el ruido de fondo es tal que dificulta la comprensión de
las palabras, si el número de conversaciones aumenta demasiado.
Volvamos a considerar el ejemplo de la Figura 3-1. Todas las parejas que están hablando entre ellas en
distintos idiomas (códigos) consiguen continuar la conversación si todas hablan a un nivel normal. Para
entenderse mejor, una pareja podría decidir empezar a gritar. Sin embargo, de esta manera el ruido sería tan
elevado que impediría que todos los demás pudieran conversar. De ahí que el uso de una potencia exagerada
respecto a lo necesario tenga el efecto práctico de anular la capacidad de la celda.
Un ejemplo práctico de este fenómeno es el del caso en el que se pone un móvil muy cerca de la estación base.
Si no se toman medidas y el móvil transmite a su potencia máxima (“grita”), todas las señales de los demás
usuarios que llegan atenuadas debido a una distancia mayor, no pueden ser recibidas correctamente. En la
literatura especializada se denomina a este problema con el término near-far. En general, es fundamental que
en enlace uplink todas las señales relacionadas con un mismo servicio lleguen a la estación de radio base con
igual nivel de potencia. Este resultado puede obtenerse por medio de un mecanismo conocido como control de
potencia que tiene por objeto regular el nivel de transmisión de las diferentes señales. Tomando como ejemplo
la pareja que grita, mencionada anteriormente, se puede deducir que el efecto principal de un control de
potencia poco cuidadoso produce una considerable reducción de capacidad.
El control de potencia es importante tanto en uplink como en downlink. Seguramente, es más crítico en uplink,
Acceso Radio del Sistema UMTS
18
en el que muchos usuarios transmiten simultáneamente hacia una única estación base. En este caso la
interferencia debida a los usuarios de una misma celda depende de la distancia de los mismos con respecto a la
estación base. En cambio, en downlink el control de potencia es menos crítico ya que hay un único transmisor
(la estación base) que engloba las distintas señales de los usuarios y las transmite simultáneamente hacia los
terminales móviles. En este caso, un terminal móvil recibirá siempre las distintas contribuciones (la útil y las
dirigidas hacia los demás móviles) con un nivel de potencia teóricamente igual. Por consiguiente, la
interferencia debida a usuarios de una misma celda no depende de la distancia a la estación base.
A partir de todas estas consideraciones, queda claro que la valoración de un sistema CDMA debe basarse en
una valoración precisa del nivel de interferencia del sistema. La relación señal/interferencia (C/I) del servicio
cuya capacidad se desea valorar es un parámetro de fundamental importancia.
3.1.2.1 La capacidad del enlace uplink
Consideramos el caso de una celda perfectamente aislada con control de potencia (todas las señales se reciben
con la misma potencia). Siendo N el número de usuarios y C el valor de potencia útil de la comunicación de
referencia, los usuarios restantes (N-1) contribuirán con un valor de interferencia igual a C(N-1). Por
consiguiente, la relación C/I es:
𝐶
𝐼
=
𝐶
𝐶 ∙ (𝑁 − 1)
=
1
𝑁 − 1
(3–1)
Para poder garantizar la calidad de servicio deseada es preciso garantizar una determinada relación señal/ruido.
En general, se recurre a la relación Eb/Io, definida como relación entre la energía del bit de información y la
densidad espectral de interferencia (en la hipótesis de que el ruido térmico sea despreciable). Esto se puede
escribir como sigue:
𝐸 𝑏
𝐼 𝑜
=
𝐶 𝑅⁄
𝐼 𝑊⁄
=
𝑊
𝑅
𝐶
𝐼
=
𝑊
𝑅
1
𝑁 − 1
(3–2)
Donde W es la velocidad de transmisión en el aire de la señal y R la tasa binaria de la fuente de información.
Recordamos que la relación W/R es el processing gain.
El número de usuarios N al que la celda puede atender
𝑁 ≅
𝑊
𝑅
1
𝐸 𝑏
𝐼 𝑜
(3–3)
Tal y como se puede observar son dos los factores que determinan el número de usuarios: el processing gain y
la relación Eb/Io. Concretamente, toda técnica que permita disminuir la relación Eb/Io, conlleva
automáticamente una ganancia en términos de capacidad.
Teniendo en cuenta que el proceso de spreading consiste en una multiplicación entre la señal binaria de
información y la señal asociada al código de spreading, durante las pausas de transmisión, la potencia radiada
es teóricamente nula. Por consiguiente, siendo d la fracción de tiempo durante la cual está activo un transmisor
en media, el valor de capacidad se ve incrementado por un factor 1/d. En el caso de la voz, un valor típico es
d=0,38. Además, si en vez de una antena omnidireccional se piensa utilizar una antena directiva, la
interferencia recibida por un sector será igual a 1/GS (GS= número de sectores o ganancia de sectorización). Se
19
19Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS
define emplazamiento como el conjunto de varias celdas ubicadas en el mismo lugar geográfico cada una de
las cuales utiliza una antena sectorial. La capacidad de un lugar dividido en GS sectores es:
𝑁 ≅
𝑊
𝑅
1
𝐸 𝑏 𝐼 𝑜⁄
1
𝑑
𝐺𝑠
(3–4)
Se considera ahora el caso de una cobertura multicelular en la que los usuarios están distribuidos de manera
uniforme y todos requieren el mismo servicio. El efecto de interferencia de las celdas externas se tiene en
cuenta aumentando el valor de interferencia en un factor (normalmente indicado con f o i) definido como la
relación entre la interferencia recibida de las otras celdas y la producida dentro de la celda a la cual está
conectado el móvil. La capacidad, por consiguiente, se ve reducida en un factor (que también se conoce como
un factor de reúso de frecuencias del sistema CDMA) igual a (1+f).
𝑁 ≅
𝑊
𝑅
1
𝐸 𝑏 𝐼 𝑜⁄
1
𝑑
𝐺𝑠
1
1 + 𝑓
(3–5)
En esta expresión el elemento más crítico es precisamente el factor f que no es fácil de determinar. En un
entorno macro-celular son valores típicos: 0,5 – 0,6. Sin embargo, varían con el entorno en el cual se opera.
La expresión obtenida puede generalizarse al caso en que haya usuarios con diversos tipos de servicio. Cabe
indicar que en cada caso, la fórmula proporcionada es aproximada y se basa en valores medios. Una
valoración más precisa debe basarse en un análisis estadístico que tenga en cuenta todos los componentes
aleatorios significativos presentes en el sistema. En general, para obtener indicaciones precisas es necesario
recurrir a técnicas de simulación.
3.1.2.2 La capacidad del enlace downlink
La capacidad del downlink, aunque también se puede estimar con un cálculo de relación C/I, no se puede
traducir fácilmente en fórmulas aproximadas. Los siguientes puntos sintetizan los conceptos básicos relativos
al downlink:
 Transmisión de una fuente hacia muchos receptores; la interferencia es recibida por pocas fuentes
concentradas y de mayor intensidad (las estaciones base) en lugar de por un número elevado de
móviles repartidos por un área extensa.
 Las propiedades de las secuencias de spreading reducen mucho (teóricamente deberían eliminarla) la
interferencia generada dentro de la celda.
El cálculo de la capacidad se reduce pues, a la valoración de la relación señal/interferencia para un usuario
genérico y a la verificación que la estación base servidora tiene suficiente potencia.
3.2 Arquitectura UTRAN
UMTS presenta una arquitectura en la cual se describen tres elementos principalmente, el UE o equipo de
usuario, UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) y la red central (Core Network). UTRAN
permite a los equipos de usuario acceder al núcleo de red de UMTS.
En UTRAN, el acceso al núcleo de red de UMTS se realiza vía radio, a través de una serie de elementos de red
interconectados entre sí y con el núcleo de red mediante interfaces de transporte terrestres. La interfaz Uu se
encuentra entre el UE y la red UTRAN, y entre la red UTRAN y la red central o Core Network se encuentra la
interfaz lu. La interfaz entre el UE y la red UTRAN es la tecnología WCDMA, es decir, la conexión entre el
equipo de usuario y la red de acceso de radio para UMTS es mediante la tecnología WCDMA.
Acceso Radio del Sistema UMTS
20
La red UTRAN consiste de varios elementos, entre los que se encuentran los RNC (Radio Network
Controller) que se encargan de controlar la red de acceso radio y los Nodo B, que corresponden a las
estaciones base donde se sitúan las antenas y elementos de transmisión radio. Ambos elementos juntos forman
el RNS (Radio Network Subsystem). Las interfaces internas de UTRAN incluyen la interfaz lub la cual se
encuentra entre el Nodo B y el RNC y la interfaz lur que conecta a los RNC entre sí.
Figura 3-6 Arquitectura UTRAN
Equipo de usuario (UE):
El equipo de usuario o UE, también llamado móvil, es el equipo que el usuario trae consigo para lograr la
comunicación con una estación base en el momento que lo desee, y en el lugar donde exista cobertura. Éste
puede variar en su tamaño y forma, sin embargo debe estar preparado para soportar el estándar y los
protocolos para los que fue diseñado.
Interfaz Uu:
La interfaz Uu se encuentra entre el equipo de usuario y la red UTRAN.
RNC (Radio Network Controller):
El RNC controla a uno o varios Nodos B. El RNC se conecta con el MSC mediante la interfaz luCS o con un
SGSN mediante la interfaz luPs. La interfaz entre dos RNC’s es la interfaz lur. Si comparamos al RNC con la
red de GSM, éste es comparable con el BSC (Base Station Controller).
Algunas de las funciones ejecutadas por RNC son:
 Manejar los recursos de transporte de la interfaz lu.
 Manejo de la información del sistema y de la sincronización de la información del sistema.
 Manejo de tráfico en los canales comunes.
 Combinación en la Macro diversidad y división de las tramas de datos transferidas sobre muchos
Nodos B.
 Asignación de códigos de canalización en el enlace de bajada.
 Control de admisión.
21
21Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS
 Manejo del tráfico en los canales compartidos.
Nodo B:
El Nodo B crea, mantiene y envía un enlace de radio en cooperación con el terminal. Es decir, es el
componente responsable de la transmisión y recepción radio entre el terminal móvil y una o más celdas
UMTS.
Algunas de las funciones ejecutadas por Nodo B son:
 Transmisión de los mensajes de información del sistema de acuerdo con el sincronismo determinado
por el RNC.
 Reportar las mediciones de la interferencia en el enlace de subida y la información de la potencia en el
enlace de bajada.
 Combinación para la Macro diversidad y división de las tramas de datos internas al Nodo B.
Interfaz lu:
Esta interfaz conecta a la red central con la red de acceso de radio de UMTS. Es la interfaz central y la más
importante para el concepto de 3GPP. La interfaz lu puede tener dos diferentes instancias físicas para conectar
a dos diferentes elementos de la red central, todo dependiendo si se trata de una red basada en conmutación de
circuitos o basada en conmutación de paquetes. En el primer caso, es la interfaz lu-CS la que sirve de enlace
entre UTRAN y el MSC, y es la interfaz lu-PS la encargada de conectar a la red de acceso de radio con el
SGSN de la red central.
Red Central (Core Network):
La red central se forma por varios elementos, los dos de mayor interés son el MSC, pieza central en una red
basada en conmutación de circuitos y el SGSN, pieza central en una red basada en conmutación de paquetes.
MSC (Mobile Switching Center):
Como ya se mencionó, el MSC es la pieza central de una red basada en la conmutación de circuitos. El mismo
MSC es usado tanto por el sistema GSM como por UMTS, es decir, la BSS (Base Station Subsystem) de GSM
y el RNS de UTRAN se pueden conectar con el mismo MSC. Esto es posible ya que uno de los objetivos del
3GPP fue conectar a la red UTRAN con la red central de GSM/GPRS. El MSC tiene diferentes interfaces para
conectarse con la red PSTN, con el SGSN y con otros MSC’s.
SGSN (Serving GPRS Support Node):
El SGSN es la pieza central en una red basada en la conmutación de paquetes. El SGSN se conecta con
UTRAN mediante la interfaz lu-PS y con el GSM-BSS mediante la interfaz Gb.
23
4 RECURSOS EN EL INTERFAZ RADIO
n el capítulo 2 se ha dado una visión general del sistema WCDMA, y se han empezado a intuir algunos
de los parámetros que pueden determinar la capacidad de una red UMTS en el interfaz radio, como
pueden ser la potencia o los códigos de spreading. En este capítulo intentaremos profundizar en cada
uno de los recursos que hay que tener en consideración a la hora de analizar y gestionar la capacidad de una
red en funcionamiento.
El dimensionamiento de una red radio WCDMA es el proceso mediante el cual se estiman el número de
elementos de red necesarios y las posibles configuraciones de los mismos, basándose en los requerimientos de
cobertura, capacidad y calidad de servicio. En este caso nos centraremos en la capacidad, aunque tiene un claro
compromiso con la cobertura y la calidad. Hoy en día, cada vez son más los recursos requeridos para soportar
el incremento de tráfico en una red de telecomunicaciones. Estos recursos incluyen los recursos de procesado
de la señalización, recursos de transmisión y los recursos en el interfaz aire. Recursos insuficientes en la red
afectarán a la experiencia de usuario, bien por su imposibilidad de acceso a la red o bien por transmisiones a
velocidades inferiores a las esperadas. Por tanto, la monitorización en tiempo real, la detección de cuellos de
botella y la apropiada expansión de la red son críticas para conseguir una buena experiencia de usuario en una
red móvil de telecomunicaciones.
Pues bien. ¿Cuáles son esos recursos que hay que monitorizar? Veamos en la siguiente figura de forma
genérica los recursos a nivel UTRAN, es decir, en la RNC, el Nodo B, y la celda.
Figura 4-1 Recursos de la RNC, Nodo B y Celda
Los recursos monitorizados en la RNC son los siguientes:
 Unidad de procesado de la señalización (SDU). La unidad de procesado de la señalización procesa los
servicios UMTS en el plano de control. Los recursos de la SDU son los que más probablemente llegan
a ser insuficientes en una RNC
E
Recursos en el Interfaz Radio
24
 Unidad principal de procesado (MPU). La MPU gestiona el plano de control, el plano de usuario y los
recursos de transmisión.
 Unidad de procesado de datos (DPU). Procesa los datos del plano de usuario. El rápido crecimiento de
los servicios móviles de banda ancha requieren de una experiencia de usuario mejor y tasas de
throughput mayores en cualquier momento y en cualquier lugar. Los recursos de la DPU pueden
llegar a ser un cuello de botella en la RNC y no cumplir con los requisitos de servicio.
 Interfaces de la RNC. Las tarjetas interfaz de la RNC proporcionan recursos y puertos de transmisión,
mensajes de procesado de transporte de la red, e intercambio de datos internos y datos externos. La
sobrecarga de recursos en las tarjetas interfaz incrementan el ratio de pérdida de paquetes, interrumpe
las comunicaciones, y afecta a la experiencia de usuario.
Los recursos monitorizados en el nodo B son los siguientes:
 Channel Element. Los Channel elements (CE) son los recursos de procesado en banda base.
Normalmente los CEs son los más probables en congestionar en una red. En las primeras fases de
despliegue de una red los operadores sólo adquieren una pequeña cantidad de CEs, lo cual reduce sus
inversiones iniciales.
 CNBAP. La carga CNBAP, protocolo de señalización responsable del control de los Nodos B por la
RNC, se usa para evaluar la capacidad de procesado del nodo B. La sobrecarga CNBAP disminuye la
capacidad de procesado del sistema, lo cual afecta a los KPIs relativos al NodoB, sus indicadores
clave de desempeño.
 Recursos del interfaz Iub. El interfaz Iub es un interfaz entre el NodoB y la RNC, el cual usa ATM o
transmisión IP dependiendo del medio de transmisión. Un ancho de banda insuficiente en el interfaz
Iub provoca fallos de admisión, deterioro de los KPIs de transmisión (tales como retraso y pérdida de
paquetes) y un empeoramiento de la calidad de servicio UMTS (QoS).
Los recursos monitorizados en las celdas son los siguientes:
 Potencia total recibida de banda ancha (RTWP). RTWP incluye el ruido recibido, la interferencia
radio externa y la potencia en el uplink. RTWP se usa para monitorizar la carga en el uplink.
 La potencia de portadora transmitida (TCP). La TCP hace referencia a la potencia total de portadora
transmitida por una celda. Se usa para monitorizar la carga en downlink. El valor TCP está limitado
por la máxima potencia de transmisión del amplificador de potencia en un NodoB y la máxima
potencia de transmisión configurada en una celda.
 Códigos OVSF (Orthogonal variable spreading factor). Hace referencia a los recursos de spreading en
el downlink. La insuficiencia de recursos OVSF afecta al acceso de los usuarios a la red.
 Canal de Paging (PCH). El uso de PCH viene determinado por la planificación de las áreas de
localización y las áreas de enrutado o encaminamiento (location areas y routing areas). La sobrecarga
PCH reduce el éxito de paging.
 Random Access channel y Forward Access channel (RACH y FACH). Estos canales transportan
señalización y algunos datos del plano de usuario. Su sobrecarga reduce el éxito de acceso y afecta a
la experiencia de usuario.
En términos generales, cuando el uso de un recurso excede un umbral máximo definido, habrá que verificar si
otros recursos también exceden sus umbrales máximos.
 Si es que sí, la celda o el NodoB está sobrecargado y es necesaria una ampliación de capacidad.
 Si es que no, la celda o el nodo no estarán necesariamente sobrecargados y la ampliación de capacidad
no será obligatoria. El problema podría solucionarse haciendo otros ajustes u optimizaciones.
Por ejemplo, cuando el uso de CEs supera el 70% pero el uso de otros recursos como RTWP, TCP y OVSF
están dentro de los rangos permitidos, los CEs son considerados insuficientes, pero la celda no está
sobrecargada. Para solucionar el problema, se puede incrementar las licencias de CEs o las tarjetas de
procesado de banda base, en vez de aumentar la capacidad del NodoB.
25
25Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS
En las siguientes secciones entraremos a analizar en más detalle los recursos del NodoB y de la celda, que son
los que nos ocupan en este proyecto, centrándonos sobre todo en los CEs y la potencia de transmisión, que son
los recursos más críticos en una operación normal de red. Se hará teniendo en cuenta que los equipos
desplegados en la red son los de la serie 3900 de Huawei.
4.1 Recursos de banda base
Los Channel Elements (CEs) son los recursos de banda base proporcionados por los Nodos B y miden la
capacidad de banda base de los Nodos B. Cuanto más CEs soporte un Nodo B mayor será la capacidad de
procesado de servicios del Nodo B. Si los CEs disponibles son insuficientes, el Nodo B rechazará una nueva
petición de llamada. Además los CEs se estructuran dentro del nodo en los llamados grupos de recursos
(resource groups) que veremos más adelante.
Un channel element es una unidad usada para indicar la capacidad banda base y los recursos ocupados por el
procesado del servicio. Los CEs pueden clasificarse en UL CEs (Uplink CEs) y DL CEs (Downlink CEs):
 UL CE: Un UL CE hace referencia a los recursos banda base usados por un servicio de voz de 12.2
kbit/s (SF=64) más 3.4 kbit/s de señalización.
 DL CE: Un DL CE hace referencia a los recursos banda base usados por un servicio de voz de 12.2
kbit/s (SF=128) más 3.4 kbit/s de señalización.
En los equipo Huawei los recursos banda base residen en la BBU3900, y concretamente en las tarjetas WBBP.
La BBU3900 es la unidad banda base de la serie 3900 de estaciones base de Huawei. Esta unidad proporciona
las siguientes funciones:
 Transmite las señales entre las estaciones base y la controladora de estaciones base.
 Proporciona el reloj del sistema.
 Gestiona toda la estación base en términos de O&M (Operación y Mantenimiento) y procesado de la
señalización.
 Proporciona un canal O&M que se conecta al LMT o M2000 (sistemas de supervisión de red de
Huawei).
La WBBP es la unidad de procesado de banda base de la BBU3900. Esta unidad proporciona las siguientes
funciones:
 La tarjeta WBBPb proporciona tres puertos CPRI para comunicación con los módulos RF.
 La tarjeta WBBPd proporciona seis puertos CPRI para comunicación con los módulos RF.
 La tarjeta WBBPf proporciona seis puertos CPRI para comunicación con los módulos RF.
 Procesa las señales banda base uplink y downlink.
La tarjeta WBBP puede simultáneamente procesar las señales banda base UL/DL y las señales CPRI. El
estándar CPRI define la interfaz entre la BBU y los módulos RF. El procesado de la señal banda base UL
implica la demodulación, el control de acceso aleatorio y la decodificación. El procesado de la señal banda
base DL implica la codificación, el ensanchamiento de frecuencia y la modulación. Una tarjeta WBBP puede
planificar servicios HSDPA y HSUPA mientras procesa servicios CS y PS. La siguiente figura muestra la
estructura de la unidad de banda base de un Nodo B.
Recursos en el Interfaz Radio
26
Figura 4-2 Estructura de la unidad banda base del Nodo B
Huawei mide la capacidad de procesado HSDPA mediante el HSDPA code word, no por los CEs. Un HSDPA
code Word es igual a los recursos DL banda base que se necesitan para procesar un HS-PDSCH (SF = 16). Un
máximo de 15 code words pueden ser usados en una celda.
4.1.1 Procedimientos de asignación de los recursos banda base
Los grupos de recursos banda base en los Nodos B de la serie 3900 pueden ser clasificados en grupos de
recursos UL y grupos de recursos DL. Los procedimientos de asignación son los siguientes:
 Un UE puede ocupar recursos banda base UL en cualquier tarjeta WBBP dentro de un grupo de
recursos UL y los recursos de un grupo de recursos UL pueden ser compartidos entre todas las tarjetas
WBBP del grupo.
 Una celda puede ocupar recursos banda base DL en cualquier tarjeta WBBP en un grupo de recursos
DL, y todos los UEs de una misma celda pueden ocupar recursos en la misma tarjeta WBBP. Los
recursos en un grupo de recursos DL pueden ser compartidos dentro de una tarjeta WBBP. En
RAN13.0 y anteriores, el grupo de recursos DL permite compartición de recursos sólo dentro de una
tarjeta. En RAN14.0, un grupo de recursos DL puede condicionalmente permitir compartir CEs entre
tarjetas del grupo. La terminología RAN hace referencia a la versión de software de los equipos
Huawei.
4.1.1.1 Grupo de recurso UL
El grupo de recurso UL es un fondo común de canales UL que soporta compartición de carga.
En RAN12.0 una BBU soporta un máximo de 4 grupos de recurso UL. En RAN13.0 una BBU soporta un
máximo de 6 grupos de recurso. En RAN14.0 una BBU soporta un máximo de 8 grupos de recurso UL y dos
BBU interconectadas soportan un máximo de 12 grupos de recurso UL.
Un grupo de recurso UL puede tener múltiples tarjetas. Los UEs pueden ocupar los recursos en cualquier
tarjeta del grupo de recurso UL.
 Una WBBPb o WBBPd puede pertenecer sólo a un grupo de recurso UL
 Hay cuatro tipos de WBBPf: WBBPf1, WBBPf2, WBBPf3 y WBBPf4. La WBBPf1 y la WBBPf2
pueden pertenecer sólo a un grupo de recurso UL. La WBBPf3 y la WBBPf4 tienen dos unidades de
procesado uplink, y cada unidad de procesado uplink puede pertenecer a un grupo de recurso UL.
Un grupo de recurso UL puede dar servicio a un máximo de seis celdas 1T2R (1 transmisión y 2 recepciones)
o tres celdas 1T4R. Esta termilología se usa para indicar el número de antenas transmisoras y receptoras en los
sistemas MIMO (Multiple Input Multiple Output), para conseguir diversidad. Si el número de celdas en
UTRAN supera el máximo, los recursos UL deben ser divididos en varios grupos. Los recursos CE pueden ser
27
27Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS
compartidos dentro de un grupo de recurso UL. Se recomienda que las celdas intra-frecuencia estén
configuradas en el mismo grupo de recurso UL. Esto se debe a que el softer handover sólo se puede llevar a
cabo entre celdas que estén en el mismo grupo de recurso UL.
En versiones anteriores a RAN14.0, los hard handovers son sólo soportados entre grupos de recurso UL. En
RAN 14.0 y versiones posteriores, los soft handovers también son soportados entre grupos de recurso UL, sin
embargo, el consumo de CEs se duplica y el ancho de banda en el interfaz Iub se incrementa en 1.7 veces.
La siguiente figura muestra los procedimientos de asignación de recursos de un grupo de recurso UL.
Figura 4-3 Procedimientos de asignación de recursos de un grupo de recurso UL
Si tenemos un NodoB con seis celdas, por ejemplo en una configuración 3x2 o 2+2+2, es decir, tres sectores y
cada uno de ellos con dos portadoras, y tenemos dos tarjetas WBBP, podríamos tener configuradas ambas
tarjetas en el mismo grupo de recurso UL. Pero si el NodoB es ampliado y pasamos a una configuración 3x4 o
4+4+4 será necesario reconfigurar los grupos de recurso UL ya que de lo contrario tendríamos más de seis
celdas en el mismo grupo.
Veamos algunos escenarios posibles:
Escenario1: La capacidad de las tarjetas WBBP es suficiente.
Se recomienda que las dos tarjetas WBBP se dividan en dos grupos. De esta forma, el NodoB puede soportar
12 celdas, como se muestra en la siguiente figura.
Recursos en el Interfaz Radio
28
Figura 4-4 Grupos de recurso en diferentes configuraciones (Escenario 1)
Escenario 2: La capacidad de las tarjetas WBBP es insuficiente y es necesario añadir más CEs.
Se recomienda añadir una tarjeta WBBPf4 para soportar un grupo de recurso UL, como se muestra en la
siguiente figura.
Figura 4-5 Grupos de recurso en diferentes configuraciones (Escenario 2)
Escenario 3: La tarjeta WBBPf4 se divide lógicamente en dos grupos de recurso para soportar 12 celdas, como
se muestra en la siguiente figura.
29
29Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS
Figura 4-6 Grupos de recurso en diferentes configuraciones (Escenario 3)
4.1.1.2 Grupo de recurso DL
En RAN12.0 una BBU soporta un máximo de 4 grupos de recurso DL, en RAN13.0 una BBU soporta un
máximo de 6 grupos de recurso DL, y en RAN14.0 una BBU soporta un máximo de 6 grupos de recurso DL.
Dos BBUs interconectadas soportan un máximo de 11 grupos de recurso DL.
En RAN13.0 y anteriores versiones, el grupo de recurso DL soporta compartición de recursos sólo dentro de
una tarjeta. Aunque dos tarjetas estén formando un grupo de recurso DL, los recursos CE son sólo compartidos
a nivel de tarjeta en lugar de a nivel de las celdas de todas las tarjetas configuradas en el grupo. Se recomienda
que las celdas de todas las tarjetas se configuren en un grupo de recurso. De esta forma los recursos DL de
celda pueden ser gestionados por el mecanismo de gestión interno al sistema.
En RAN12.0 y anteriores versiones, el softer handover no es soportado entre grupos de recurso DL. En
RAN13.0 y posteriores versiones, sí se soportan softer handovers entre grupos de recurso DL.
En RAN14.0, los grupos de recurso DL soportan compartición de CEs entre tarjetas del grupo, lo que mejora
la capacidad de compartición DL. Sin embargo, el máximo número de CEs que pueden ser compartidos por
cada tarjeta está limitado por las capacidades hardware de la tarjeta. Si los servicios son establecidos en una
WBBPb o una WBBPd, el máximo número de CEs compartidos es 384. Si los servicios son establecidos en
una WBBPf1, WBBPf2 o WBBPf3 el número máximo es 512. Y si los servicios son establecidos en una
WBBPf4 el número máximo es 768. En cualquier caso, el máximo número de CEs que pueden ser
compartidos en un grupo de recurso DL no puede superar la suma del número de CEs de cada tarjeta del
grupo. La WBBPa no soporta compartición de CEs con otras tarjetas.
La siguiente figura utiliza como ejemplo un grupo DL con una tarjeta WBBPb3 y una tarjeta WBBPb4. Si las
celdas F1 se configuran en la tarjeta WBBPb3 y las celdas F2 se configuran en la tarjeta WBBPb4, las celdas
F1 y F2 pueden compartir un máximo de 384 CEs de forma independiente. Sin embargo, el número de CEs
compartidos por todas las celdas F1+F2 no puede superar el número total de CEs compartidos por las dos
tarjetas, es decir, las celdas F1+F2 pueden compartir un máximo de 640 CEs.
Recursos en el Interfaz Radio
30
WBBPb3
256 CEs
WBBPb4
384 CEs
One DL resource group
F1
F2
F1 cells can share a maximum of
384 CEs.
F2 cells can share a maximum of
384 CEs.
F1+F2 cells can share a maximum
of 640 (256+384) CEs.
Figura 4-7 Ejemplo de compartición de recursos CE DL
En los escenarios normales, una WBBPb o WBBPd es configurada con tres celdas y comparte un máximo de
384 CEs DL. Cada celda usa un máximo de 128 CEs.
Los recursos de banda base son asignados a los módulos DL en base al nivel de celda como muestra la
siguiente figura.
Figura 4-8 Procedimientos de asignación de recursos de un grupo de recurso DL
4.1.2 Especificaciones de producto
4.1.2.1 Capacidad de la BBU
En RAN13.0 y anteriores versiones, una BBU soporta un máximo de veinticuatro celdas 2Rx o doce celdas
4Rx.
En RAN14.0 se añaden la UMPTa1, WBBPf y la UTRPc. Una BBU soporta un máximo de veinticuatro
celdas 2Rx y un máximo de veinticuatro celdas 4Rx.
En RAN14.0, dos BBUs pueden ser interconectadas. Un máximo de 11 tarjetas banda base pueden ser
soportadas debido a que hay que configurar una UCIU la cual ocupa un slot de banda base. La tarjeta UCIU
31
31Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS
permite la interconexión de dos BBUs. En el escenario de interconexión de BBUs, un máximo de cuarenta y
ocho celdas 2Rx son soportadas, y un máximo de treinta y seis celdas 4Rx.
En RAN14.0, una BBU soporta un máximo de veinticuatro celdas 1Tx o dieciocho celdas 2Tx MIMO. Dos
BBUs interconectadas soportan un máximo de cuarenta y ocho celdas 1Tx o treinta y seis celdas 2Tx MIMO.
4.1.2.2 Capacidad de la tarjeta WBBP
Basándose en su capacidad de procesado, las tarjetas WBBP se clasifican en once modelos: WBBPb1,
WBBPb2, WBBPb3, WBBPb4, WBBPd1, WBBPd2, WBBPd3, WBBPf1, WBBPf2, WBBPf3 y WBBPf4.
En la siguiente tabla podemos ver las especificaciones de cada tarjeta WBBP.
Tabla 4-1 Especificaciones de las tarjetas WBBP
Board
Type
Introduced
In
Number
of Cells
UL R99 CEs
+ HSUPA
Ces
DL R99 CEs HSDPA
Capacity
WBBPb1 RAN10.0 3 64 CEs 64 CEs 45 HS-PDSCH
code words
WBBPb2 RAN10.0 3 128 CEs 128 CEs 45 HS-PDSCH
code words
WBBPb3 RAN10.0 6 256 CEs 256 CEs 90 HS-PDSCH
code words
WBBPb4 RAN10.0 6 384 CEs 384 CEs 90 HS-PDSCH
code words
WBBPd1 RAN12.0 6 192 CEs 192 CEs 90 HS-PDSCH
code words
WBBPd2 RAN12.0 6 384 CEs 384 CEs 90 HS-PDSCH
code words
WBBPd3 RAN12.0 6 256 CEs 256 CEs 90 HS-PDSCH
code words
WBBPf1 RAN14.0 6 192 CEs 256 CEs 90 HS-PDSCH
codes
WBBPf2 RAN14.0 6 256 CEs 384 CEs 90 HS-PDSCH
codes
WBBPf3 RAN14.0 6 384 CEs 512 CEs 90 HS-PDSCH
codes
WBBPf4 RAN14.0 6 512 CEs 768 CEs 90 HS-PDSCH
codes
 La WBBPf4 puede soportar dos grupos de recurso UL y cada grupo de recurso UL puede soportar un
máximo de 6 celdas.
 Los CEs consumidos durante el softer handover no están incluidos en las especificaciones, debido a
que el 20% de los recursos CE de las tarjetas WBBP son reservados para softer handovers.
 Los soft handovers consumen CEs extra. Por tanto, hay que considerar el consumo de los soft
handovers basado en la proporción de soft handovers durante la planificación de red.
Recursos en el Interfaz Radio
32
 La WBBPb, WBBPd, WBBPf1, WBBPf2 y WBBPf3 soportan tres celdas MIMO, y la tarjeta
WBBPf4 soporta seis celdas MIMO.
4.1.2.3 Número de usuarios HSUPA y HSDPA soportados por una tarjeta WBBP
En la siguiente tabla podemos ver el número de usuarios HSUPA y HSDPA que soporta una tarjeta WBBP.
Tabla 4-2 Número de usuarios HSUPA y HSDPA soportados por una WBBP
Board
Type
Number of HSDPA
Users
Number of HSUPA
Users (10 ms TTI,
SRB over HSUPA)
Number of HSUPA
Users (2 ms TTI, SRB
over HSUPA)
WBBPb1 64 64 16 (RAN12.0)
WBBPb2 96
128 (RAN12.0)
72 (RAN11.0)
96 (RAN12.0)
32 (RAN12.0)
WBBPb3 144 72 (RAN11.0)
96 (RAN12.0)
64 (RAN12.0)
WBBPb4 144 72 (RAN11.0)
96 (RAN12.0)
80 (RAN12.0)
WBBPd1 128 96 48 (RAN12.0)
WBBPd2 144 96 80 (RAN12.0)
WBBPd3 144 96 64 (RAN12.0)
Los usuarios HSUPA en celdas servidas por la misma tarjeta pueden compartir los recursos de la tarjeta. Sin
embargo, el número total de usuarios en todas las celdas servidas por la misma tarjeta no puede superar el
número máximo de usuarios soportados por la tarjeta.
Por ejemplo, el número total de usuarios HSUPA en las seis celdas servidas por una tarjeta WBBPd2 no puede
superar 96, ya que una WBBPd2 soporta un máximo de 96 usuarios HSUPA.
Algo equivalente podemos decir para los usuarios HSDPA.
4.1.2.4 Especificaciones de Throughput de la tarjeta WBBP
A continuación podemos ver las especificaciones de throughput para una tarjeta WBBP.
Tabla 4-3 Especificaciones de Throughput de la tarjeta WBBP
Board
Type
Throughput
DL UL
WBBPb1 63 Mbit/s 5.76 Mbit/s
WBBPb2 63 Mbit/s 11.52 Mbit/s
WBBPb3 63 Mbit/s (RAN11.0), 84 Mbit/s (RAN12.0) 23 Mbit/s
33
33Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS
Board
Type
Throughput
DL UL
WBBPb4 63 Mbit/s (RAN11.0), 84 Mbit/s (RAN12.0) 23 Mbit/s
WBBPd1 84 Mbit/s (RAN12.0), 126 Mbit/s (RAN13.0) 23 Mbit/s
WBBPd2 84 Mbit/s (RAN12.0), 126 Mbit/s (RAN13.0) 46 Mbit/s
WBBPd3 84 Mbit/s (RAN12.0), 126 Mbit/s (RAN13.0) 46 Mbit/s
WBBPf1 126 Mbit/s 34 Mbit/s
WBBPf2 126 Mbit/s 46 Mbit/s
WBBPf3 126 Mbit/s 69 Mbit/s
WBBPf4 252 Mbit/s 69 Mbit/s
Los valores anteriores de throughput son los obtenidos en tests cuando los recursos UL y DL del interfaz aire
son suficientes.
4.1.3 Consumo de los recursos de banda base
4.1.3.1 Consumo de los canales communes
Los canales comunes DL de una celda son principalmente los P-CCPCHs (BCH) y S-CCPCHs (FACH/PCH)
y los canales comunes UL son principalmente los PRACHs.
La serie 3900 reserva recursos CE para los canales comunes. La reserva de recursos CE no está incluida en las
especificaciones de una tarjeta.
En cada celda se reservan 2 CEs para el uplink y 5 CEs para el DL para canales comunes. Por ejemplo, una
WBBPb4 soporta seis celdas y 384 CEs tanto para el UL como para el DL. Por tanto, la WBBPb4 reserva 12
CEs en el uplink y 30 en el downlink.
Cuando los canales comunes necesitan más CEs de los reservados, consumirán otros CEs de la tarjeta.
4.1.3.2 Consumo de otros canales
Los siguientes canales no consumen recursos CE:
HS-DPCCH, E-RGCH, E-HICH, F-DPCH, CPICH, AICH, PICH, SCH, E-AGCH, HS-SCCH, HS-PDSCH,
MICH, F-DPCH, E-FACH.
4.1.3.3 Consumo de servicios R99
La Tabla 4-4 lista el consumo de CEs de los servicios R99.
Recursos en el Interfaz Radio
34
Tabla 4-4 Consumo de CEs de los servicios R99
Service Type UL DL
Spreading
Factor
Number
of CEs
Spreading Factor
(SF)
Number of
CEs
AMR 12.2 kbit/s SF64 1 SF128 1
32 kbit/s SF32 1.5 SF64 1
64 kbit/s SF16 3 SF32 2
128 kbit/s SF8 5 SF16 4
384 kbit/s SF4 10 SF8 8
El tráfico y la señalización asociada al canal de un usuario de R99 son transportados en el mismo DCH. Por
tanto, el consumo de CEs de los TCHs de R99 incluye el consumo de CEs de la señalización. El consumo
indicado en la tabla incluye el consumo de los 3.4 kbit/s de señalización asociada al canal.
4.1.3.4 Consumo de servicios HSUPA
El consumo de recursos de los servicios HSUPA se mide en CEs. Los CEs UL son compartidos entre los
servicios R99 y los servicios HSUPA.
La Tabla 4-5 lista el consumo de CEs UL para los servicios HSUPA.
Tabla 4-5 Consumo de CEs UL de los servicios HSUPA
RLC Rate (kbit/s) 2RX
Spreading
Factor
RAN11.0
(WBBPb)
RAN12.0
(WBBPd)CAT5 10 ms CAT6 2 ms
≤ 32 N/A SF32 1 1
32–64 N/A SF16 2 2
64–128 N/A SF8 4 4
128–672 640 SF4 8 8
672–1376 640–1280 2*SF4 16 16
1376~1888 1280–2720 2*SF2 32 32
N/A 2720–5440 2*SF2 + 2*SF4 48 48
4000–10880 2*M2+2*M4 Not supported 64
4.1.3.5 Consumo de servicios HSDPA
En la serie 3900 los recursos para el procesado de los servicios HSDPA y aquellos para el procesado de los
servicios R99 son independientes. Por tanto, ningún CE DL de R99 es consumido para los servicios HSDPA.
La capacidad DL de una tarjeta WBBPb4 es de 384 CEs de R99 más 90 code words HSDPA, como se
35
35Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS
muestra en la Figura 4-9.
Figura 4-9 Consumo de recursos DL de los servicios HSDPA
4.1.4 Ampliación de recursos banda base
La capacidad banda base de un NodoB se puede ampliar de las siguientes maneras:
1. Si la capacidad hardware es insuficiente habría que añadir una nueva tarjeta WBBP. Las tarjetas
WBBP soportan la función plug and play. Esto quiere decir que los servicios no son interrumpidos al
instalar una WBBP.
2. Si la capacidad hardware es suficiente habría que añadir licencias, ya sean licencias de CEs o licencias
de códigos HSDPA.
Un tema importante a tener en cuenta es la diferencia entre la capacidad hardware que tenga un nodo y la
capacidad “software”. Esta capacidad software se traduce en el número de licencias que se hayan adquirido al
suministrador. Normalmente cuando se despliega un nodo se hace una estimación inicial de las licencias que
va a necesitar. Una vez que el nodo está funcionando, en base al consumo que tenga de recursos, será
necesario ir ampliando si así lo requiere. Inicialmente no se compran todas las licencias que el hardware puede
soportar ya que si no la inversión inicial sería muy elevada.
Los procedimientos de asignación de recursos difieren de los procedimientos de asignación de licencias. Como
hemos visto anteriormente los recursos de las tarjetas se asocian a unos grupos, frecuencias y celdas concretas,
mientras que las licencias pueden ser compartidas entre las distintas celdas y portadoras.
Las ampliaciones de CEs se pueden realizar en UL y DL de forma separada, y se realizan en pasos de 16 CEs.
Las ampliaciones de code words HSDPA se realizan en pasos de 5 code words. Una celda soporta un máximo
de 15 code words.
4.1.5 Contadores asociados a los recursos banda base
La red nos proporciona los siguientes contadores para poder monitorizar el consumo de CEs por nodo.
 Consumo de CEs en el DL
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  • 1. Equation Chapter 1 Section 1 Proyecto Fin de Carrera Ingeniería de Telecomunicación Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS Autor: José Juan González Mena Tutor: María José Madero Ayora Dep. Teoría de la Señal y Comunicaciones Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2015
  • 2.
  • 3. iii Proyecto Fin de Carrera Ingeniería de Telecomunicación Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS Autor: José Juan González Mena Tutor: María José Madero Ayora Profesor titular Dep. de Teoría de la Señal y Comunicaciones Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2015
  • 4.
  • 5. v Proyecto Fin de Carrera: Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS Autor: José Juan González Mena Tutor: María José Madero Ayora El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2015 El Secretario del Tribunal
  • 6.
  • 7. vii A mi familia A mis maestros
  • 8.
  • 9. ix Agradecimientos Agradezco a mi tutora María José por su tiempo, y por darme ese empujón que necesitaba para poder terminar este camino. Agradezco a mi familia, y en especial, a mi mujer y a mis hijos por su apoyo y comprensión. José Juan González Mena Sevilla, 2015
  • 10.
  • 11. xi Resumen La comunicación mediante teléfonos móviles se ha convertido hoy en día en algo fundamental para las personas. Para ello es necesario que los operadores desplieguen y mantengan redes móviles, que proporcionen este servicio a los usuarios de sus redes. Son los departamentos de planificación dentro de un operador los que se encargan de diseñar los despliegues de red, así como, una vez desplegados los nodos, garantizar que tengan la capacidad suficiente para mantener una calidad de servicio adecuada. El análisis de la capacidad se ha convertido en algo cada vez más crítico, debido al incremento del tráfico de datos que se viene produciendo desde la llegada de los smartphones. Este proyecto trata de dar una visión general de cómo se monitoriza una red móvil, y cómo se gestionan los recursos disponibles, llevando a cabo ampliaciones cuando sea necesario. Nos centraremos en el caso de una red UMTS con equipos Huawei, y concretamente en la parte que afecta a su interfaz radio.
  • 12.
  • 13. xiii Abstract Communication via mobile phones has become today something essential for people. This requires operators to deploy and maintain mobile networks to provide this service to users of its networks. Planning departments within an operator are responsible for designing network deployments and ensure that they have sufficient capacity to maintain adequate quality of service. The capacity analysis has become increasingly critical, due to increased data traffic that has been occurring since the arrival of smartphones. This project aims to give an overview of how a mobile network is monitored, and how available resources are managed by carrying out extensions when necessary. We focus in the case of an UMTS network with Huawei equipment, specifically in the part relating to the radio interface.
  • 14. Índice Agradecimientos ix Resumen xi Abstract xiii Índice xiv Índice de Tablas xvi Índice de Figuras xviii Glosario xxii 1 Objetivo y estructura del proyecto 1 1.1 Objetivos del proyecto 1 1.2 Estructura del proyecto 1 2 Evolución de las Redes Móviles 3 2.1 Los inicios de la red móvil 3 2.2 Telefonía móvil analógica (1G) 4 2.2.1 NMT (NORDIC MOBILE TELEPHONE) 5 2.2.2 AMPS (ADVANCED MOBILE PHONE SYSTEM) 5 2.2.3 CDPC (CELLULAR DIGITAL PACKET DATA) 5 2.2.4 MOBITEX 5 2.2.5 DATATAC 5 2.3 Segunda Generación (2G) 6 2.3.1 GSM 6 2.3.2 GPRS (GENERAL PACKET RADIO SYSTEM) 7 2.3.3 EDGE (ENHANCED DATA RATES FOR GSM EVOLUTION) 7 2.4 Tercera generación (3G): la banda ancha móvil 8 2.4.1 UMTS (UNIVERSAL MOBILE TELECOMMUNICATIONS SYSTEM) 8 2.4.2 HSPA (HIGH SPEED PACKET ACCESS) 8 2.5 Cuarta generación (4G) 9 3 Acceso Radio del Sistema UMTS 11 3.1 La técnica de acceso W-CDMA 12 3.1.1 Spreading y despreading 14 3.1.2 La capacidad de los sistemas 17 3.2 Arquitectura UTRAN 19 4 Recursos en el Interfaz Radio 23 4.1 Recursos de banda base 25 4.1.1 Procedimientos de asignación de los recursos banda base 26 4.1.2 Especificaciones de producto 30 4.1.3 Consumo de los recursos de banda base 33 4.1.4 Ampliación de recursos banda base 35 4.1.5 Contadores asociados a los recursos banda base 35 4.2 Recursos de potencia 40 4.2.1 Carga en el downlink 40
  • 15. xv 4.2.2 Carga en el uplink 44 4.3 Recursos de códigos OVSF 48 4.3.1 Contadores asociados a los códigos OVSF 50 4.3.2 Ampliaciones de capacidad recomendadas 54 4.4 Recursos CNBAP 54 4.4.1 Contadores asociados a los recursos CNBAP 54 4.4.2 Ampliaciones de capacidad recomendadas 57 5 Descripción de los Equipos Huawei 59 5.1 BTS3900 59 5.1.1 BBU3900 60 5.1.2 Módulos RF 64 5.2 Tipos de emplazamiento 67 5.3 Escenarios Habituales 69 5.3.1 Indoor GSM900 + DCS1800 69 5.3.2 Indoor GSM900 + U900 + U2100 69 5.3.3 Indoor GSM900 + DCS1800 + U900 + U2100 71 5.3.4 Outdoor GSM900 + DCS1800 + U900 + U2100 72 5.3.5 Escenario cuando no se pueden usar RRUs 73 6 Herramientas de Monitorización 75 6.1 PRS 76 6.1.1 Ejecución de una consulta en PRS 77 6.2 Business Objects 79 6.2.1 Ejecución de una consulta en Business Objects 81 6.3 Bases de Datos de Parámetros y de Configuración Hardware 83 6.3.1 Base de Datos de Parámetros 83 6.3.2 Base de Datos de Configuración Hardware 85 6.4 Visor de Estadísticos 87 7 Métodos de monitorización y Gestión 93 7.1 Proceso Reactivo 94 7.1.1 Cuadro de mandos del proceso reactivo 97 7.1.2 CSSR (Call Setup Success Rate) 102 7.2 Planes programados 105 7.2.1 Universo de nodos afectados por el plan 105 7.2.2 Ejemplo de un plan programado 108 7.3 Movimiento de licencias y uso de nodos almacén 109 8 Conclusiones y Líneas Futuras 111 8.1 Conclusiones 111 8.2 Líneas futuras 111 Bibliografía 113
  • 16. ÍNDICE DE TABLAS Tabla 4-1 Especificaciones de las tarjetas WBBP 31 Tabla 4-2 Número de usuarios HSUPA y HSDPA soportados por una WBBP 32 Tabla 4-3 Especificaciones de Throughput de la tarjeta WBBP 32 Tabla 4-4 Consumo de CEs de los servicios R99 34 Tabla 4-5 Consumo de CEs UL de los servicios HSUPA 34 Tabla 4-6 Alarmas RF reportadas por el nodo 48 Tabla 4-7 Capacidad CNBAP en diferentes escenarios 54 Tabla 5-1 Configuraciones típicas de RRU3908V2 65 Tabla 5-2 Configuración PA1 y PA2 en RRU3908V2 66 Tabla 5-3 Configuraciones típicas de RRU3808V1 66 Tabla 6-1 Parámetros Tabla UMTS_RADIO_UCELL 84 Tabla 6-2 Configuración de portadoras de un NodoB 85 Tabla 6-3 Bastidores del nodo 85 Tabla 6-4 Tarjetas del nodo 86 Tabla 6-5 Grupos de recursos UL 86 Tabla 6-6 Grupos de recursos DL 87 Tabla 6-7 Asignación de celda a tarjeta 87 Tabla 7-1 Ejemplo de listado de consumos de CEs 97 Tabla 7-2 Consumo de potencia de un nodo a nivel de celda 97 Tabla 7-3 Consumo de potencia del nodo 98 Tabla 7-4 Ejemplo de listado de carga CNBAP 98 Tabla 7-5 Capacidad CNBAP de nodos 98 Tabla 7-6 Ejemplo de cuadro de mandos 99 Tabla 7-7 Ejemplo de tarjetas de un nodo 99 Tabla 7-8 Ejemplo de grupos de recursos 99 Tabla 7-9 Ejemplo de fallos por congestión de CEs 101 Tabla 7-10 Causas de congestión RRC 103 Tabla 7-11 Causas de congestión RAB 104 Tabla 7-12 Ejemplo de estimación de CEs 108 Tabla 7-13 Ejemplo de estimación de potencia 109
  • 17. xvii
  • 18. ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2-1 DynaTAC8000X 4 Figura 3-1 Analogía utilizada para describir la técnica CDMA 13 Figura 3-2 Técnicas de acceso en el dominio tiempo-frecuencia-potencia 14 Figura 3-3 Incremento de la banda por efecto del spreading 14 Figura 3-4 Reducción de las interferencias en la técnica CDMA 16 Figura 3-5 Árbol de secuencias de spreading 17 Figura 3-6 Arquitectura UTRAN 20 Figura 4-1 Recursos de la RNC, Nodo B y Celda 23 Figura 4-2 Estructura de la unidad banda base del Nodo B 26 Figura 4-3 Procedimientos de asignación de recursos de un grupo de recurso UL 27 Figura 4-4 Grupos de recurso en diferentes configuraciones (Escenario 1) 28 Figura 4-5 Grupos de recurso en diferentes configuraciones (Escenario 2) 28 Figura 4-6 Grupos de recurso en diferentes configuraciones (Escenario 3) 29 Figura 4-7 Ejemplo de compartición de recursos CE DL 30 Figura 4-8 Procedimientos de asignación de recursos de un grupo de recurso DL 30 Figura 4-9 Consumo de recursos DL de los servicios HSDPA 35 Figura 4-10 Asignación dinámica de los recursos de potencia 41 Figura 4-11 Procedimiento Common Measurement Report 43 Figura 4-12 Relación entre RTWP, incremento de ruido, y carga uplink 45 Figura 4-13 Número de usuarios equivalentes por servicio 46 Figura 4-14 Árbol de códigos OVSF 49 Figura 4-15 Asignación de códigos estática controlada por la RNC 49 Figura 4-16 Asignación de códigos dinámica controlada por la RNC 50 Figura 4-17 Asignación de códigos dinámica controlada por el NodoB 50 Figura 4-18 Ejemplo asignación canales OVSF 51 Figura 4-19 Medición de radio links recibidos 56 Figura 5-1 Solución de producto de la serie BTS3900 60 Figura 5-2 Configuración típica de BBU3900 en modo GSM+UMTS 61 Figura 5-3 Distribución de slots/tarjetas en la BBU3900 61 Figura 5-4 Tarjeta GTMU 62 Figura 5-5 Tarjeta WMPT 62 Figura 5-6 Tarjeta UMPT 62 Figura 5-7 Tarjeta WBBP 63 Figura 5-8 Tarjeta UBRI 63
  • 19. xix Figura 5-9 Tarjeta UTRP 63 Figura 5-10 Tarjeta UPEU 64 Figura 5-11 Tarjeta UEIU 64 Figura 5-12 Modelos de RRU 65 Figura 5-13 MRFU 67 Figura 5-14 BTS3900 Indoor 68 Figura 5-15 BTS3900A Outdoor 68 Figura 5-16 Configuración Indoor GSM900 + DCS1800 69 Figura 5-17 Configuración Indoor GSM900 + U900 + U2100 70 Figura 5-18 Configuración Indoor GSM900 + U900 + U2100 con 4 sectores 70 Figura 5-19 Configuración Indoor GSM900 + DCS1800 + U900 +U2100 71 Figura 5-20 Configuración Indoor GSM900 + DCS1800 + U900 +U2100 con 4 sectores 72 Figura 5-21 Configuración Outdoor GSM900 + DCS1800 + U900 + U2100 72 Figura 5-22 Escenarios en configuración compacta 73 Figura 5-23 Configuración Indoor compacta GSM900 + DCS1800 + U900 + U2100 73 Figura 6-1 Arquitectura M2000 75 Figura 6-2 Arquitectura de PRS 76 Figura 6-3 Página Principal de PRS 77 Figura 6-4 Consulta de PRS 77 Figura 6-5 Selección de contadores en PRS 78 Figura 6-6 Selección del período temporal en PRS 79 Figura 6-7 Resultado de consulta en PRS 79 Figura 6-8 Funciones de Business Objects 80 Figura 6-9 Ventana Principal de Business Objects 81 Figura 6-10 Ventana de Consulta de Bussines Objects 81 Figura 6-11 Panel de Consulta de Business Objects 82 Figura 6-12 Resultado de Consulta de Business Objects 83 Figura 6-13 Base de Datos con tablas de parámetros de la red 84 Figura 6-14 Ventana Principal Base de Datos del Visor 88 Figura 6-15 Formulario Visor CEs 89 Figura 6-16 Formulario Visor Potencia 89 Figura 6-17 Gráfica de consumo de CEs 90 Figura 6-18 Gráficas Potencia DL 90 Figura 6-19 Gráfica Usuarios y Potencia UL 91 Figura 7-1 Nodo con crecimiento de tráfico continuo 93 Figura 7-2 Nodo con crecimiento de tráfico estacional 94 Figura 7-3 Nodo con crecimiento eventual 94 Figura 7-4 Proceso Reactivo 95 Figura 7-5 Cálculo de promedios semanales 95 Figura 7-6 Nodo con tráfico de Fin de Semana 96
  • 20. Figura 7-7 Nodo con tráfico de No-Fin de Semana 96 Figura 7-8 Ejemplo de consumo de CEs de un nodo 100 Figura 7-9 Consumo de CEs a nivel de grupo 101 Figura 7-10 Planes programados 105 Figura 7-11 Ejemplo filtrado nodo estival I 106 Figura 7-12 Ejemplo filtrado nodo estival II 107 Figura 7-13 Ejemplo filtrado nodo estival III 107 Figura 7-14 Ejemplo filtrado nodo estival IV 107 Figura 7-15 Evolución anual del consumo de CEs 108
  • 21. xxi
  • 22. Glosario AMPS Advanced Mobile Phone System ARQ Automatic Repeat Request BBU BaseBand Unit BSC Base Station Controller BSS Base Station Subsystem BTS Base Transceiver Station CDPC Cellular Digital Packet Data CE Channel Element CNBAP Common Node B Application Part CPRI Common Public Radio Interface CS Circuit Switching CSSR Call Setup Success Rate DECT Digital Enhanced Cordless Telecommunications DL Down Link DPU Data Processing Unit EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution ENU Equivalent Number of Users ETSI European Telecommunications Standards Institute FACH Forward Access Channel FDD Frequency Division Duplexing FDMA Frequency Division Multiple Access GPRS General Packet Radio System GSM Global System for Mobile communications GTMU GSM Transmission & Management Unit for BBU HSDPA High Speed Downlink Packet Access HSPA High Speed Packet Access HSUPA High Speed Uplink Packet Access KPI Key Performance Indicator LMPT LTE Main Processing & Transmission unit LTE Long Term Evolution MPU Main Processing Unit MRFU Multi-mode Radio Frequency Unit MSC Mobile Switching Centre NMT Nordic Mobile Telephone OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access
  • 23. xxiii OLAP On-Line Analytical Processing OSI Open System Interconnection OVSF Orthogonal Variable Spreading Factor PCH Paging Channel PDC Personal Digital Cellular PRS Performance Surveillance PS Packet Switching PSTN Public Switched Telephone Network RACH Random Access Channel RF Radio Frequency RNC Radio Network Controller RNS Radio Network Subsystem RoT Rise Over Thermal RRU Radio Remote Unit RTWP Received Total Wideband Power SF Spreading Factor SGSN Serving GPRS Support Node SIM Subscriber Identity Module SMS Short Message Service SPU Signaling Processing Unit TCP Transmitted Carrier Power TDD Time Division Duplexing TDMA Time Division Multiple Access UBRI Universal Baseband Radio Interface Board UE User Equipment UL Up Link UMPT Universal Main Processing and Transmission unit UMTS Universal Mobile Telecommunications System UTRA UMTS Terrestrial Radio Access UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network UTRP Universal Transmission Processing unit WBBP WCDMA Baseband Process Unit WCDMA Wideband Code Division Multiple Access WMPT WCDMA Main Processes and Transmission Unit
  • 24.
  • 25. 1 1 OBJETIVO Y ESTRUCTURA DEL PROYECTO l objetivo general de este proyecto es mostrar cómo se lleva a cabo la monitorización y la gestión de la capacidad en la interfaz radio de una red UMTS que está en funcionamiento, desplegada con equipamiento Huawei, que es el utilizado en el operador en el que he desarrollado mi actividad profesional. Debido al crecimiento que ha experimentado en los últimos años el uso del móvil, así como el aumento del tráfico de datos tras la aparición de los smartphones, es necesario llevar a cabo ampliaciones de las redes móviles desplegadas, para poder absorber todo ese tráfico. De lo contrario el servicio que se les proporciona a los clientes de un operador se iría degradando, lo cual provocaría la pérdida de dichos clientes. Mediante la monitorización de los recursos podremos detectar los nodos que están empezando a congestionar, de forma que podremos lanzar las ampliaciones en los nodos que sean necesarias. 1.1 Objetivos del proyecto Para mostrar cómo se monitoriza y gestiona la interfaz radio de una red móvil UMTS Huawei trataremos de alcanzar los siguientes objetivos:  Mostrar cuáles son los recursos con los que cuenta un nodo para dar servicio a los usuarios de la red.  Recopilar los indicadores de red o contadores que hay que monitorizar asociados a la capacidad de los nodos.  Describir el equipamiento Huawei y sus posibles configuraciones.  Conocer las herramientas que hay disponibles para obtener los indicadores de red, así como generar una base de datos que nos permita mantener un histórico y representar gráficamente los indicadores, para analizar el comportamiento y la evolución de los nodos.  Definir los procesos que nos permitan detectar los nodos congestionados y aquellos que, por su comportamiento estacional, puedan llegar a congestionar en una determinada época del año. Todo ello teniendo en cuenta las limitaciones presupuestarias que tiene un operador móvil, y que condicionan las ampliaciones que se ejecutan en función de las estrategias que adopte. 1.2 Estructura del proyecto El documento se ha estructurado en ocho capítulos, utilizando este primer capítulo para presentar los objetivos y la estructura del proyecto. Para situarnos en el contexto en el que nos encontramos, en el capítulo 2 veremos la evolución que han sufrido las redes móviles, desde la aparición de la telefonía móvil analógica hasta la última tecnología que se está desplegando en la actualidad, el LTE o 4G. En el capítulo 3 se dará una visión general del funcionamiento de la red UMTS y de su arquitectura, a modo de reseña tecnológica, centrándonos en la interfaz radio, cuya ampliación es la que nos ocupa, es decir, básicamente la ampliación de un Nodo B. No será objetivo del proyecto entrar en los detalles profundos del funcionamiento de la red UMTS, lo cual nos llevaría a un documento mucho más extenso, y tampoco es E
  • 26. Objetivo y estructura del proyecto2 estrictamente necesario para conseguir nuestro objetivo. Para monitorizar la red, primero debemos saber qué hay que monitorizar. Será en el capítulo 4 donde mostraremos los recursos que tienen los nodos de la red, así como la información que nos proporciona la red para saber qué recursos tenemos y cómo se están usando. En el capítulo 5 se explicarán cómo son los equipos Huawei, así como sus posibles configuraciones, para mostrar cómo es una red en la realidad, y entender en qué se traduce en campo el despliegue y la ampliación de un nodo de red. La información del estado de la red se obtiene a partir de ciertas herramientas que veremos en el capítulo 6. Se explicará cómo se emplean de cara a obtener los datos que necesitamos. Además mostraremos una aplicación implementada que nos permite mantener un histórico de los indicadores de red, así como representarlos de forma gráfica para poder analizarlos más fácilmente. En el capítulo 7 se definirán las metodologías y procesos que se llevan a cabo en un operador para determinar las ampliaciones necesarias tanto en el crecimiento continuado de la red, como en los crecimientos estacionales que se producen a lo largo del año. Por último, en el capítulo 8, se mostrarán las conclusiones y se indicarán algunas posibles extensiones al proyecto, o posibles líneas futuras de investigación.
  • 27. 3 2 EVOLUCIÓN DE LAS REDES MÓVILES n los últimos años las Comunicaciones Móviles han evolucionado a gran velocidad por ello se hace necesario detallar en primer lugar en qué ha consistido esta evolución. 2.1 Los inicios de la red móvil Como es habitual en nuestra historia, es en situaciones de conflicto donde se llevan a cabo los avances más significativos. Durante la Segunda Guerra Mundial, la empresa norteamericana Motorola lanzó al mercado su primer modelo de Handie Talkie, el H12-16, dispositivo basado en la transmisión de información mediante ondas de radio que trabajaba en el espectro de 550 MHz y que supuso una revolución en las comunicaciones. Basados en estos equipos en los años 50 comenzaron a desarrollarse nuevos aparatos para la comunicación a distancia, conocidos como Walkie Talkie, destinados sobre todo a su utilización por los servicios públicos, tales como taxis, ambulancias, policía o bomberos, e instalados en sus vehículos dadas las grandes dimensiones de estos artefactos. La red de radio celular como concepto se inventó en 1947 en los laboratorios Bell, en la empresa norteamericana AT&T, donde se propuso integrar estos aparatos en los coches de policía. Sin embargo, la invención del teléfono móvil como tal data de 1973. Se considera a Martin Cooper como el inventor del primer móvil no asociado a un vehículo. El 3 de abril de 1973, Cooper (empleado de Motorola), realizó la primera llamada con un móvil en la historia. El receptor de esta primera llamada fue su rival en los laboratorios Bell, John Engel. Seis años más tarde, en 1979, se puso a la venta el primer teléfono comercial por parte del gigante japonés de las telecomunicaciones, NTT, mientras que no fue hasta 1983 cuando en Chicago, Washington D.C. y Baltimore se dan los primeros lanzamientos de sistemas comerciales de telefonía celular en Estados Unidos con los resultados del proyecto DynaTAC 8000X, que es presentado oficialmente en 1984. El DynaTAC 8000X, en la Figura 2-1, con pantalla LED y con cerca de 1 kg de peso, tenía un tamaño de 33,02x4,445x8,89 centímetros y una autonomía de una hora de comunicación y ocho horas en reposo. E
  • 28. Evolución de las Redes Móviles4 Figura 2-1 DynaTAC8000X El objetivo de las redes de telefonía móvil es ofrecer servicios de telecomunicaciones a través de una infraestructura fija (BTSs o NodosB según la tecnología empleada) a usuarios que no se encuentran conectados por cable a ella. Además, el servicio que prestan es orientado al público en general, diferenciándose así de las redes utilizadas por los servicios de policía, bomberos, ejército o el teléfono inalámbrico del hogar. Previo al concepto de red celular se concebía el sistema con un número mínimo de antenas para proporcionar el servicio. Dichas estaciones debían emitir a gran potencia para llegar lo más lejos posible, y a su vez los terminales debían emitir a gran potencia para ser “oídos”, con la consiguiente repercusión en tamaño y autonomía que aquello suponía. Con el concepto de telefonía celular se consiguió solucionar importantes problemas que se planteaban con este modelo:  Incremento en la capacidad de tráfico y mejora de la cobertura. Al ser el número de frecuencias disponibles limitado, también lo son los canales que se pueden asignar al tráfico de los usuarios. La reutilización de dichas frecuencias a distancias razonablemente lejanas soluciona este tema.  Reducción de la potencia emitida. La estación base y el equipo terminal que se encuentra en su área de servicio están a menor distancia, con lo cual la potencia de emisión necesaria para unos niveles de recepción aceptables se ven reducidos. 2.2 Telefonía móvil analógica (1G) Hasta hace no mucho tiempo todos los sistemas funcionaban de forma analógica, es decir, la información –la voz en este caso- se traducía a impulsos eléctricos de mayor o menor intensidad, que generaban ondas electromagnéticas en el aire. Éstas llegaban a un receptor y provocaban en sus circuitos señales eléctricas de mayor o menor intensidad que excitaban el altavoz del teléfono donde se oía el mensaje. La ventaja es la sencillez de construcción de estos equipos pero había muchas desventajas:  Cualquier alteración de la señal en el aire se percibía como “ruido” que el aparato receptor no podía eliminar.  Cada transmisión ocupaba muchísimo espacio en el espectro, lo que provocaba que el servicio fuera caro y exclusivo.
  • 29. 5 5Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS  Los equipos debían transmitir señales de mucha potencia, por lo que consumían mucha más batería.  Con el móvil sólo se podía hablar.  Baja seguridad, la cual hacía posible a una persona escuchar llamadas ajenas con un simple sintonizador de radio o incluso hacer uso de las frecuencias cargando el importe de las llamadas a otras personas.  El diseño de la red era mucho más complicado y caro, ya que cuando se ideó este modo de comunicación no se pensó que se podría llegar a que cada persona tuviera un teléfono móvil. Con respecto a los estándares más utilizados cabe mencionar: 2.2.1 NMT (NORDIC MOBILE TELEPHONE) Se trata de un sistema celular analógico desarrollado en un principio para operar en países nórdicos tales como Finlandia, Dinamarca o Noruega, y que tuvo relativo éxito debido a su más que correcta implementación. Este sistema operaba en las bandas 450 MHz y 900 MHz. 2.2.2 AMPS (ADVANCED MOBILE PHONE SYSTEM) Se trata de un sistema de comunicación celular analógica concebido para móviles de primera generación y desarrollado a comienzos de los 80 por los laboratorios Bell, y que proporciona una cobertura a nivel nacional, mucho más extensa incluso que la ofrecida por las redes digitales (aunque con la desventaja ya mencionada de que sólo puede ser utilizada para transmitir voz). Su uso es muy común en su país de origen (en el cual sigue siendo muy utilizado tanto en su versión analógica como en la digital), aunque también se extendió con ligeras modificaciones a otros países tales como Inglaterra (TACS y ETACS) o Japón (MCS-L1 o JTAC). AMPS consta de 832 canales dobles de subida-bajada, utilizando cada uno de ellos un ancho de 30 kHz, abarcando un espectro de frecuencias que va desde los 800 MHz hasta los 900 MHz. Se utiliza la mitad del espectro para subida y la otra mitad para bajada. Además, algunas de las frecuencias son reservadas para funciones de control y gestión de la red. Aparece el concepto de “Handover”, consistente en cambiar de una celda de cobertura a otra cuando los niveles de señal o la configuración de los equipos así lo exijan. AMPS dejaba pendiente dos cuestiones importantes. Por un lado solucionar la coexistencia de varios estándares, y por otro la integración de nuevos servicios que complementaran al mero tráfico de voz. Con estos precedentes se llegaba a la segunda generación de telefonía móvil. 2.2.3 CDPC (CELLULAR DIGITAL PACKET DATA) Opera en la banda de 800 MHz a 900 MHz y consigue velocidades de transferencia de hasta 19,2 kbps. Desarrollado en 1990, su implantación se vio mermada por su elevado coste frente a alternativas más económicas (y lentas) como son Mobitex y DataTac. 2.2.4 MOBITEX Es un estándar libre basado en el modelo de referencia OSI que comenzó a ser operativo en el año 1986. Creado a principios de los 80 por la sueca Televerket, y desarrollado a partir de 1988 por Eritel (colaboración de Ericsson-Televerket). Uno de sus objetivos fue asegurar comunicaciones seguras y fiables. 2.2.5 DATATAC Es una tecnología de red inalámbrica originalmente desarrollada por Motorola y desplegada en Estados Unidos bajo el nombre de red ARDIS. A mediados de los 90 también se desplegó en Australia una red basada en DataTac. En Canadá Bell Mobility soporta una red basada en esta tecnología para dar servicio a los comúnmente conocidos como “buscas”. Tanto en Canadá como en Estados Unidos opera en la banda de 800 MHz y ofrece una capacidad de tráfico de 19,2 kbps sobre canales de 25 kHz. Como característica destacable decir que es una red “a prueba de desastres”, no presentando indisponibilidad de los servicios ofrecidos por sobrecarga de la red.
  • 30. Evolución de las Redes Móviles6 2.3 Segunda Generación (2G) Al contrario de lo que pasa en otras generaciones, la denominada “segunda generación” no es un estándar concreto, sino que marca el paso de la telefonía analógica a la digital, que permitió, mediante la introducción de una serie de protocolos, la mejora del manejo de llamadas, más enlaces simultáneos en el mismo ancho de banda y la integración de otros servicios adicionales al de la voz, de entre los que destaca el Servicio de Mensajes Cortos o SMS (Short Message Service). Estos protocolos fueron implementados por diversas compañías, siendo este hecho el origen de uno de los principales problemas de esta generación: la incompatibilidad entre protocolos. Debido a estos problemas, el radio de utilización del teléfono quedaba limitado al área en el que su compañía le diera soporte. Respecto a los estándares más utilizados podemos hablar de varios, cada uno contribuyendo de una forma distinta al desarrollo de esta segunda generación de móviles. Estos son: 2.3.1 GSM Inicialmente GSM eran las siglas de “Groupe Spécial Mobile”, un equipo francés de ingenieros del que surgió el primer sistema celular de telefonía móvil. Al internacionalizarlo se le cambió el nombre a “Global System for Mobile communications”. El sistema GSM es el más utilizado a nivel mundial. Su expansión comenzó en Europa, extendiéndose posteriormente y por razones lógicas a las antiguas colonias del viejo continente en todo el mundo: Sudamérica por Telefónica y África por France Telecom. Actualmente es raro el país donde no exista al menos un sistema GSM. La principal ventaja del GSM es que es un sistema digital, es decir, la información viaja transformada en ‘0’ y ‘1’. Es fácil deducir, por tanto, que la robustez –probabilidad de no perder información- de una comunicación así es mucho mayor. Además, ofrece la posibilidad de transportar no sólo una conversación de voz, sino cualquier tipo de información digitalizada (imágenes, conexión entre ordenadores, vídeo, sonido, alarmas, coordenadas de posición, etc). Sus características clave son:  Permite el roaming, es decir, que todas las redes GSM del mundo “hablen” entre sí para poder aceptar temporalmente usuarios de otras redes.  Permite el handover, que no es otra cosa que lograr que todas las BTS de una red se comuniquen entre sí para transferirse llamadas sin que se corten cuando el teléfono móvil se encuentra en movimiento.  Es una red celular, lo que implica que para diseñarla se divide el territorio en celdas –o células- hexagonales, cada una con una capacidad para cursar llamadas. Si el número de usuarios de una célula crece, es posible subdividir esa célula en otras más pequeñas simplemente instalando más BTSs dentro de ella.  La potencia emitida por estas antenas y la de los propios teléfonos dentro de la celda se autorregulan, para que la señal tenga el alcance exacto y no sobrepase los nuevos límites, más reducidos, y así no interferir con las llamadas del resto de células. Esto permite aumentar la capacidad de la red con unos costes muy reducidos.  Como consecuencia de esta regulación de potencia que se produce en los móviles, la batería dura más, ya que si la BTS está cerca emite menos energía para llegar a ella. El rango de frecuencias utilizado varía, debido sobre todo al país del que estemos hablando, dando lugar a distintos tipos de protocolos GSM:  GSM-1800: sistema celular GSM que funciona en la banda de frecuencias 1800 MHz. Utilizado principalmente en zonas urbanas de Europa.  GSM-1900: sistema celular GSM que funciona en la banda de frecuencias 1900 MHz. Utilizado principalmente en zonas urbanas de Estados Unidos (ya que las otras frecuencias disponibles se utilizan con fines militares), Canadá y Latinoamérica junto con la modalidad GSM-850.  GSM-900: red celular digital que opera en el rango de 900 MHz, que, en términos generales es el más
  • 31. 7 7Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS utilizado en todo el mundo (más de 100 países han adoptado este estándar, pudiéndose así proporcionar un servicio a nivel internacional). El hecho de que en otros países haya proliferado el uso de los dos tipos de GSM anteriores, ha favorecido la aparición de los teléfonos denominados “tri- banda”. La consecuencia del éxito que obtuvo el GSM no fue otra que permitir que cada persona disponga de su teléfono móvil privado. Así, el teléfono pasó de ser una herramienta de comunicación a un accesorio personal a medida, necesario para el día a día de cualquier persona. La separación entre la línea de teléfono –recogida en la tarjeta SIM- y el terminal, permitió la aparición de un sinfín de equipos, orientados a captar gustos y tendencias de todos los consumidores, creando modas, desplegando increíbles campañas de marketing y generando un consumismo probablemente jamás visto, donde los usuarios tiraban los equipos a los pocos meses de uso por el mero hecho de probar otro más nuevo. 2.3.2 GPRS (GENERAL PACKET RADIO SYSTEM) Una vez que se disponía de una red digital era lógico aprovecharla para enviar algo más que voz. Lo que inicialmente se ideó como un servicio auxiliar de envío de texto de poca capacidad terminó colapsando las redes. Los mensajes cortos (SMS, Short Messages Service) se transmitían inicialmente por canales auxiliares de señalización interna, diseñados para transmitir muy poca información. Esto obligó a modificar el estándar GSM, creando lo que se conoce como Sistema Radio General de Paquetes (GPRS, General Packet Radio System). GPRS es una mejora de GSM, por ello a veces toma el nombre de 2,5G. Utiliza la misma red pero se le añaden algunos equipos y configuraciones para que puedan transmitir también datos del usuario por los canales de voz. Esto solucionó la saturación de SMS que pasaron a enviarse por canales de voz, con mucha más capacidad que los canales auxiliares. Además permitió que los usuarios se conectaran a Internet desde el móvil, aunque al principio casi nadie lo hacía porque ni los terminales estaban adaptados ni había servicios pensados para el móvil. El servicio GPRS permitió a la red GSM transmitir datos por conmutación de paquetes. Este tipo de conmutación, a diferencia de la conmutación de circuitos GSM (donde el circuito queda reservado durante el tiempo total de la comunicación, se esté utilizando o no), está basado en necesidades, por lo que si no se está enviando ningún dato, las frecuencias quedan libres para su uso por parte de otros usuarios aunque la comunicación no haya acabado. Entre las ventajas obtenidas gracias al uso de este estándar destaca el hecho de poder asignar más de un canal a cada comunicación sin miedo a saturar la red, el abaratamiento de las tarifas ya que GPRS posibilita la tarificación por información cursada (no por tiempo de conexión), y la simplificación y bajo coste del proceso de migración de una red GSM a otra UMTS, dado que los cambios a realizar en una estación para pasar de GSM a GPRS serían mínimos además de compartidos en un futuro por el protocolo UMTS. Los dispositivos móviles que incorporan GPRS también suelen traer consigo algún tipo de medio que permita la comunicación terminal-computador para posibilitar la transferencia de datos (esto es lógico, ya que la capacidad de emisión-recepción de un móvil con tecnología GPRS es más que considerable). 2.3.3 EDGE (ENHANCED DATA RATES FOR GSM EVOLUTION) Se considera una evolución de GPRS, y funciona sobre cualquier red GSM que posea GPRS. Con EDGE se consigue triplicar la capacidad a la hora de transportar datos con respecto a GPRS, la posibilidad de aumentar el número de usuarios de una operadora, o añadir capacidad extra al servicio de llamadas de voz. Se utilizará la misma estructura de trama TDMA (Time Division Multiple Access – Acceso Múltiple por División en el Tiempo), mismo canal lógico y mismo ancho de portadora (200 kHz) que para el estándar GSM, lo que permite mantener intacto el plan celular de la red sobre la que se implementa. Con EDGE estamos un paso más cerca del estándar UMTS y las redes 3G, introduciendo, además de mayores tasas de transferencia de información, un nuevo esquema de modulación: 8-PSK. EDGE se suele considerar un sistema 2,75G. Más que nuevos servicios, este estándar es una mejora del existente GPRS mediante la introducción de una nueva capa física. La implementación de EDGE por los operadores de red ha sido diseñada para ser simple. Sólo será necesario añadir a cada celda un transceptor adecuado, siendo en la mayoría de los casos posible realizar la actualización SW de forma remota. Este nuevo transceptor funcionará de manera correcta en modo GSM, conmutando a EDGE cuando el servicio solicitado lo requiera.
  • 32. Evolución de las Redes Móviles8 2.4 Tercera generación (3G): la banda ancha móvil Esta tecnología es el producto de la necesidad creciente de una red de comunicaciones móviles con mayor velocidad y más oferta de servicios. Aunque para el usuario la diferencia radica en un mayor ancho de banda para poder acceder a Internet –no sólo a portales específicos para teléfonos móviles sino desde su propio PC mediante un módem-, esta tecnología utiliza una red completamente independiente de la red GSM, donde las estaciones donde se ubican las antenas se denominan NodoB en lugar de BTS. 2.4.1 UMTS (UNIVERSAL MOBILE TELECOMMUNICATIONS SYSTEM) La tecnología 3G se denomina técnicamente UMTS y, aunque el funcionamiento es muy parecido a GSM, tiene algunas particularidades interesantes:  Las frecuencias utilizadas se sitúan en un intervalo de frecuencias más altas que GSM. Esto básicamente implica que la señal se comporta de un modo más parecido a los rayos de luz que, por ejemplo, a la señal FM de la radio: menor capacidad de atravesar obstáculos, especialmente metálicos, que actúan como espejo, y menor alcance, ya que la señal se atenúa más rápidamente en el espacio.  Mayor ancho de banda: inicialmente 384 kbps –frente a los típicos 48 kbps de GPRS-, pero en la actualidad la red ha evolucionado a velocidades muy superiores mediante técnicas complementarias (3,6 Mbps en España).  Servicio de videollamada: es posible llamar a una persona y, además de hablar con ella, verla mediante la cámara de su teléfono. Conviene considerar algunos aspectos de las redes móviles de banda ancha:  La red está optimizada para el uso de datos a alta velocidad, por lo que no se aprecia un incremento en los servicios de voz o SMS tradicionales.  Las conexiones de datos son asimétricas, es decir, el ancho de banda o capacidad de enviar un volumen de información en un tiempo determinado es diferente si queremos enviar (subir) o recibir (bajar) desde nuestro dispositivo. 2.4.2 HSPA (HIGH SPEED PACKET ACCESS) Se trata de una serie de protocolos para redes de telefonía móvil cuyo objetivo es mejorar una red UMTS existente. Se comentan a continuación.  HSDPA: Las últimas versiones del estándar de telefonía móvil de tercera generación UMTS (release 5), introducen un nuevo salto tecnológico con la introducción de la funcionalidad HSDPA (High Speed Downlink Packet Access). Los principales objetivos de HSDPA son incrementar la tasa de transferencia por usuario, mejorar la calidad de servicio ofrecido y, en general, mejorar la eficiencia espectral, especialmente para los servicios de datos, asimétricos y con tráfico a ráfagas, como son la mayoría de servicios de Internet. El funcionamiento de este sistema se basa en la colaboración de múltiples técnicas y algoritmos, como la modulación y codificación adaptativa (AMC), el ARQ híbrido y complejos mecanismos de scheduling (proceso a través del cual se decide cómo comprometer los recursos disponibles ante cierto número de tareas que los necesitan), muchos de ellos en fase de desarrollo. Este nuevo sistema se integra en un entorno ya complejo por sí mismo y existen muchas interacciones entre los diversos protocolos que son potencialmente optimizables.  HSUPA: Se trata de otra vuelta de tuerca más para acercar la red UMTS al 4G, y se considera como la generación 3,75 (3,75G ó 3,5G+), desarrollado en el proyecto UMTS de 3GPP en su Release 6. HSUPA es un protocolo de acceso de datos para redes de telefonía móvil con alta tasa de transferencia de subida, pensado para mejorar el HSDPA potenciando la conexión de subida de UMTS/WCDMA. Con HSUPA se mitiga el efecto de la asimetría en las capacidades entre DL y UL (downlink y uplink), haciendo posible la oferta de servicios avanzados “P2P”. Para conseguirlo se requiere un nuevo canal dedicado para el enlace ascendente, el E-DCH (enhanced Dedicated Channel), sobre el que se usaran métodos similares a los empleados para HSDPA.  HSPA+: Es el estándar de banda ancha definido en el Release 7 del foro 3GPP. Se espera conseguir
  • 33. 9 9Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS con él un incremento significativo tanto en UL como en DL frente a los ya conseguidos con HSDPA y HSUPA, aunque el incremento teórico dista mucho del que realmente se consigue en casos prácticos (se consigue en torno a un 20% de incremento de capacidad de tráfico). HSPA+ introduce la posibilidad de utilizar una arquitectura totalmente IP. Las estaciones base se conectan a la red a través de una conexión Gigabit Ethernet al Proveedor de Servicios de Internet (ISP) que está a su vez conectado a Internet (o a otro ISP en modo peering). Con esto se consigue hacer la red más rápida, fácil de desplegar y más operativa. A pesar de que la arquitectura UMTS existente (NodoB-RNC-SGSN) puede seguir siendo utilizada, la posibilidad de interconectar directamente la estación base (NodoB) con el SGSN IP es un gran paso hacia el proyecto LTE de 3GPP: 4G. La implantación de redes de tercera generación ha permitido la incorporación de nuevos servicios móviles. En la actualidad se ha extendido el uso del correo electrónico en el móvil, así como aplicaciones de mensajería instantánea y redes sociales. En paralelo, otras compañías se han adaptado al negocio móvil, como Google y Yahoo, incorporando una versión móvil del famoso Google Maps o el acceso a su portal adaptado a los formatos de pantalla de un móvil. Otros servicios, como la videoconferencia o el acceso a Internet móvil, no han tenido la repercusión que inicialmente se pensó, y demuestran que muchas veces la tecnología se aplica de una manera radicalmente diferente a aquello para lo que fue concebida. 2.5 Cuarta generación (4G) Técnicamente se le denomina LTE, siglas de “Long Term Evolution” (Evolución a largo plazo). El aspecto principal es que se trata de una red 100% IP, es decir, que puede interoperar de manera integrada con el resto de redes IP que configuran Internet. Eso significa un abaratamiento importante de costes, que posiblemente permite que casi cualquier cosa de la vida cotidiana disponga de una conexión a Internet: el coche, el ordenador y la vivienda, pero también nuestras maletas, zapatos, electrodomésticos, las papeleras de la calle, semáforos, farolas, alcantarillas y todo lo que sea susceptible de enviar o recibir contenidos o alertas en un determinado momento. La evolución a la cuarta generación va acompañada de un incremento importante en el ancho de banda. El objetivo es disponer de velocidades mínimas de acceso de 100 Mbps en movimiento y de hasta 1 Gbps en reposo, y que el tiempo medio que necesita la red para transportar la información entre dos puntos lejanos (denominado latencia) sea muy pequeño, comparable al de las actuales redes de área local que se instalan en las oficinas. Esto permite descargas de vídeo de alta definición y música HiFi en tiempo real. Las investigaciones para el desarrollo de estos equipos van parejas al descubrimiento de baterías de menos tamaño y peso, y mayor duración, ya que se espera un incremento del consumo por parte de estos dispositivos.
  • 34.
  • 35. 11 3 ACCESO RADIO DEL SISTEMA UMTS The fundamental problem of communication is that of reproducing at one point either exactly or approximately a message selected at another point. Claude Shannon, 1948 N los sistemas de telefonía móvil las señales de los usuarios se transmiten utilizando portadoras de radiofrecuencia. Debido a que el espectro electromagnético que los distintos operadores tienen a su disposición es limitado, hay que conseguir que el recurso radio se pueda utilizar con la mayor eficiencia posible. La gestión del recurso radio se efectúa mediante técnicas de acceso múltiple. Para ello, es posible compartir el recurso común (el espectro) entre varios usuarios, garantizando la calidad del servicio. Una parte integrante de las técnicas de acceso está constituida por los procedimientos de transmisión y de recepción de la señal del usuario (acceso radio). El nivel físico de la torre de protocolos OSI define las modalidades con las cuales se accede al recurso radio. Los protocolos de nivel físico más los protocolos de nivel 2 y 3 de la torre OSI constituyen la interfaz radio del sistema UMTS. El proceso de definición de la interfaz radio del UMTS, se inició en el ETSI a partir de 1997 con la creación de algunos grupos de trabajo cuyo objetivo era el desarrollo de las distintas soluciones, para la interfaz radio, presentadas por las distintas compañías. En un principio, las alternativas examinadas por la ETSI, para realizar la interfaz radio del UMTS, eran cuatro: la técnica W-CDMA (Wideband-Code Division Multiple Access), la técnica TD-CDMA (Time Division- Code Division Multiple Access), una técnica basada en la transmisión por división en el tiempo, denominada W-TDMA (Wideband-Time Division Multiple Access) semejante a la utilizada por el GSM pero que presenta una velocidad de transmisión mucho mayor, y finalmente una técnica multiportadora denominada OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access). En el verano de 1997 ya resultaba evidente que sólo las dos primeras soluciones tenían las propiedades adecuadas para el nuevo sistema que se quería realizar. En Enero de 1998, ETSI llegó a un acuerdo sobre la técnica de acceso radio a utilizar para el UMTS. La solución, identificada como UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access), se basa en las dos propuestas W- CDMA y TD-CDMA. Concretamente, la decisión prevé que:  En las bandas pareadas (con duplexing FDD) el sistema adopte la técnica W-CDMA.  En las bandas no pareadas (con duplexing TDD) el sistema adopte la técnica de acceso TD-CDMA.  La especificación del acceso radio sea la adecuada para garantizar la posibilidad de desarrollar terminales de bajo coste, garantizando al mismo tiempo terminales dual mode UMTS/GSM y FDD/TDD.  El componente FDD permita que un operador pueda proporcionar los servicios UMTS con una asignación mínima de banda igual a 2x5 MHz. La asignación de las bandas para UMTS no establece la modalidad de duplexing (TDD o FDD) que, no obstante, depende de la solución radio escogida por el sistema. Sin embargo, queda implícito el recurso a soluciones ya adoptadas en sistemas existentes como la aproximación FDD cuando hay dos bandas separadas y simétricas para los dos enlaces (por ejemplo en el GSM) y TDD cuando hay una única porción de banda asignada al sistema (por ejemplo en el DECT). E
  • 36. Acceso Radio del Sistema UMTS 12 En el componente FDD, la transmisión entre el terminal móvil y la estación base (enlace uplink) se produce en una subbanda (generalmente la inferior) mientras que la transmisión entre la estación base y el terminal móvil (enlace downlink) se produce en la otra subbanda. Las operaciones de transmisión y recepción pueden tener lugar simultáneamente estando ambas señales separadas en frecuencia. Este tipo de transmisión está especialmente adaptado a la transmisión de servicios de tipo simétrico, en los que la velocidad de transferencia de la información del usuario en los dos enlaces es igual. En la componente TDD, se utiliza la misma subbanda para la transmisión en los enlaces uplink y downlink. En este caso, las operaciones de transmisión y de recepción están separadas en el tiempo. El instante de conmutación entre las operaciones de transmisión y recepción se puede seleccionar de forma adecuada para ofrecer servicios de tipo asimétrico, en los que la velocidad de transferencia de la información del usuario puede ser muy distinta entre ambos enlaces. Un ejemplo de este tipo de servicios es el acceso a una base de datos donde se hacen solicitudes breves y posteriormente se leen importantes cantidades de información. 3.1 La técnica de acceso W-CDMA Los sistemas radio transmiten y reciben utilizando un recurso común que es la fracción del espectro electromagnético asignada al propio sistema por los organismos reguladores. La utilización de un recurso común, por parte de varios usuarios del mismo sistema, produce en general situaciones de conflicto si dos o más usuarios transmiten sin ninguna clase de precaución en la misma frecuencia y en el mismo instante. Para resolver las posibles interferencias entre usuarios y ampliar al máximo la capacidad del sistema, es decir, el número de usuarios a los que el sistema puede atender con una calidad de servicio preestablecida, se han introducido las técnicas de acceso múltiple. Las técnicas de acceso clásicas intentan repartir, de la manera más eficiente posible, los recursos de transmisión representados por frecuencia (o banda) y el tiempo, entre los usuarios que desean acceder al servicio. Estas técnicas se denominan respectivamente FDMA (Frequency Division Multiple Access) y TDMA (Time Division Multiple Access). La técnica FDMA consiste en subdividir la banda asignada al sistema en un determinado número de partes denominadas “canales”, centradas en una frecuencia portadora. Por consiguiente, con esta técnica el recurso elemental se puede identificar con la portadora radio. A cada usuario se le asigna un canal (o portadora) para toda la duración de la conversación. Esta técnica se utiliza en los sistemas analógicos de primera generación como el TACS (Total Access Communication System) y el AMPS (Advanced Mobile Phone Service). La técnica TDMA se caracteriza por el reparto del recurso de transmisión en fracciones temporales denominadas “time slot”. Varios usuarios pueden utilizar la banda asignada a la comunicación en instantes o slots distintos. En este caso, el recurso elemental es identificado por el time slot asignado a la comunicación. En general, se adoptan técnicas mixtas TDMA-FDMA en las que la banda asignada a un operador se subdivide entre varias portadoras FDMA, y cada una de ellas es compartida por los usuarios con técnica TDMA. Por consiguiente, el recurso elemental es el conjunto time slot-portadora radio. La técnica TDMA/FDMA se utiliza en sistemas móviles digitales de segunda generación como el GSM y el PDC (Personal Digital Cellular). La técnica CDMA se diferencia de las anteriores porque permite que los usuarios transmitan en la misma frecuencia y al mismo tiempo. La separación entre los distintos usuarios se obtiene asignando a cada uno un “código” (o secuencia) distinto. Las secuencias se utilizan para codificar de manera unívoca la información de usuario a transmitir, para poderla distinguir de la de los demás usuarios. Esta operación, en lenguaje técnico, se denomina spreading. El recurso elemental es la secuencia asociada a cada señal de usuario. En este caso, también son posibles aproximaciones híbridas con las técnicas mencionadas anteriormente. El recurso elemental según las combinaciones que se hagan, se puede identificar con parejas o ternas de parámetros. La operación de spreading, prevé que a cada señal a transmitir en el canal radio vaya asociada, con una operación de multiplicación, una secuencia numérica (código) con velocidad de transmisión (chip rate) mucho mayor que la velocidad de la información a transmitir. Los bit obtenidos tras esta operación, se definen en el lenguaje técnico como chip. Las secuencias de código asignadas a los usuarios que comparten el mismo canal son distintas entre ellas y se escogen de manera que haya poca correlación entre ellas. Esto hace que en condiciones ideales, en recepción la operación dual (despreading) anule el efecto de las interferencias mutuas y permita extraer la señal deseada.
  • 37. 13 13Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS En condiciones de propagación reales, las distorsiones y las interferencias que sufren las señales a lo largo del canal de comunicación degradan las condiciones de ortogonalidad y por ello, el número de señales que se pueden superponer en el mismo canal es limitado. Por consiguiente, el límite de la capacidad del sistema viene dado por el nivel de interferencia residual tras la operación de despreading. Por lo tanto, es fundamental reducir al mínimo el nivel de interferencia residual. Evidentemente, la banda ocupada por la señal transmitida es mayor que la que sería estrictamente necesaria para transmitir la información. La aparente pérdida de eficiencia espectral, queda en realidad compensada por la posibilidad de superponer más señales en el mismo canal radio. Cuanto mayor es la relación entre la velocidad de transmisión en el aire y la velocidad de transferencia de la información de usuario, más fuerte es la robustez frente a la interferencia y, por consiguiente, mayor el número de usuarios que pueden transmitir simultáneamente en el mismo canal. La robustez, frente a la interferencia, es tan elevada que se puede utilizar la misma frecuencia portadora en todas las celdas de una red de telefonía móvil. Una sencilla analogía, permite explicar la técnica CDMA: supongamos que estamos en una sala de conferencias en la cual tres ponentes están efectuando una presentación y que cada uno utiliza un sistema distinto, por ejemplo, el inglés, el francés y el español. En el supuesto de que haya un hipotético oyente en la sala y de que conozca únicamente la lengua española, éste conseguirá seguir, hasta cierto punto, solo la lengua española, mientras que percibirá las otras lenguas como un ruido de fondo (ver Figura 3-1). Sucede lo mismo con el sistema CDMA en el cual la secuencia de información “encriptada” con el código utilizado por el receptor se recupera, mientras que las secuencias que utilizan los demás códigos se cancelan o, en condiciones reales, se atenúan considerablemente. La Figura 3-2 expone esquemáticamente las tres técnicas de acceso en el dominio tiempo-frecuencia-potencia. Figura 3-1 Analogía utilizada para describir la técnica CDMA
  • 38. Acceso Radio del Sistema UMTS 14 3.1.1 Spreading y despreading La técnica CDMA se caracteriza por el notable incremento de la banda de la señal transmitida respecto a la que sería estrictamente necesaria. El efecto del spreading en la banda queda ilustrado gráficamente en la Figura 3-3 en la que b(t) es la señal de información, c(t) es el código asignado al usuario y B(f) y C(f) son las densidades espectrales de potencia correspondientes. Figura 3-3 Incremento de la banda por efecto del spreading Figura 3-2 Técnicas de acceso en el dominio tiempo-frecuencia-potencia
  • 39. 15 15Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS Es importante señalar que para ensanchar la banda se pueden utilizar secuencias con buenas propiedades de ortogonalidad (utilizadas para distinguir las distintas señales de usuario), pero también técnicas de repetición de la información y códigos de corrección de error. Cuantitativamente, el incremento total de banda es igual al Processing Gain (PG) definido como la relación entre la banda de la señal transmitida (fc) y la banda de la señal de información (fb). Como en general fc es mucho mayor que fb, el incremento de la banda puede variar desde algunas unidades hasta cientos de veces. Se define además el Spreading Factor, como el número de chips con el cual se representa cada bit a la entrada del bloque que efectúa la operación de spreading. En el sistema UMTS, éste coincide con la longitud de la secuencia utilizada para distinguir señales de usuario distintas. Es importante señalar la diferencia entre processing gain y spreading factor. El primero incluye todo el procesado que está presente entre la fuente de información y la antena transmisora y que contribuye a ensanchar la banda. Por ejemplo, los códigos de corrección de errores están incluidos en el processing gain. En cambio, el segundo comprende sólo la operación de spreading (es decir, la multiplicación de la señal por una secuencia utilizada para distinguir al usuario). El processing gain está relacionado con la capacidad de la técnica CDMA de reducir la interferencia (interference rejection), mientras que el spreading factor está relacionado con el número de secuencias disponibles y por consiguiente, regula el número de usuarios que pueden ser atendidos. En la recepción, para recuperar la señal de información útil, se multiplica la señal recibida por el mismo código c(t) asignado al usuario (operación de despreading). Mediante un filtro paso bajo se selecciona el componente útil de la señal. Por consiguiente, para poder efectuar la operación de despreading el código debe ser conocido por el receptor: por ejemplo, se le puede notificar al terminal móvil por medio de la señalización en fase de negociación de la conexión. Además, es necesario que el código c(t) aplicado en recepción esté sincronizado con el utilizado en transmisión. Supongamos ahora que a la señal transmitida se le ha superpuesto una señal interferente de banda estrecha. La operación de despreading permite eliminar el código y recuperar la información. Sin embargo, al mismo tiempo, la interferencia, se ve multiplicada por una secuencia de elevada tasa binaria con el consiguiente ensanchamiento de la banda y reducción de la densidad espectral de potencia. Por medio de un filtro (con banda fb) se recupera la señal útil y además, se reduce la potencia de la señal de interferencia en una cantidad igual al processing gain. Este concepto queda ilustrado gráficamente en la Figura 3-4. El ejemplo que se acaba de exponer sigue siendo válido incluso en el caso de interferencia de banda ancha. Por ejemplo, se puede suponer que el problema sea la señal de un segundo usuario a quien le ha sido asignado un código c’(t) distinto de c(t). Efectuando la operación de despreading la interferencia permanece ensanchada ya que el producto c’(t)·c(t) aún es una secuencia con banda fc ensanchada. En este caso, la operación de filtrado también elimina el componente de señal de interferencia (interferente) que queda fuera de la banda útil.
  • 40. Acceso Radio del Sistema UMTS 16 3.1.1.1 Asignación de las secuencias de spreading Para transmitir señales con tasa binaria variable, es preciso utilizar secuencias de spreading de longitud variable (en efecto, la velocidad de transmisión en el aire es constante e igual a 3,84 Mchip/s). El campo de variación de la longitud de las secuencias es distinto para las modalidades FDD y TDD. En el caso FDD, la longitud puede variar entre un mínimo de 4 y un máximo de 512; mientras que en caso TDD, la longitud varía entre 1 y 16. Para reducir el nivel de interferencia entre varios usuarios, debe asociarse a cada señal transmitida una secuencia ortogonal a las otras ya asignadas (es decir, con correlación cruzada igual a cero). Esto se puede obtener adoptando una asignación de las secuencias basada en una estructura de árbol, en la que las secuencias situadas en las ramas son generadas por una raíz común (Figura 3-5). Las secuencias de igual longitud y aquellas de distinta longitud pero generadas de distintas raíces del árbol son ortogonales entre sí. Como el número de las secuencias de que se dispone limita el número de señales transmitidas simultáneamente, es preciso garantizar que la gestión de las secuencias se efectúa cuidadosamente. En general, es preciso revisar con cierta frecuencia la asignación de las secuencias a las distintas señales para optimizar la utilización de los recursos, y por tanto, su capacidad. Figura 3-4 Reducción de las interferencias en la técnica CDMA
  • 41. 17 17Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS Figura 3-5 Árbol de secuencias de spreading 3.1.2 La capacidad de los sistemas Recordamos que la técnica CDMA en la que las diferentes señales se caracterizan por códigos distintos, teóricamente hace que la interferencia de las distintas señales se anule totalmente. En realidad, no obstante, las condiciones de propagación reducen las propiedades de ortogonalidad de las secuencias utilizadas. Por consiguiente, el número de conversaciones se ve limitado por la interferencia mutua. Contrariamente a los sistemas de primera y segunda generación, no existe una limitación preestablecida de los recursos (número de portadoras o número de time slots): cada vez que se acepta una nueva llamada la calidad de todos los usuarios presentes en el sistema sufre una ligera degradación. Se pueden aceptar nuevas llamadas hasta que el nivel de interferencia sea tal que ya no garantice el nivel de calidad deseado. Nada impide que en caso de emergencia se puedan aceptar durante un tiempo limitado un número de llamadas superior al establecido por puros criterios de calidad. Por todos estos motivos, se dice que los sistemas CDMA se caracterizan por tener una degradación de la calidad gradual (soft degradation). La limitación de capacidad debida a la interferencia también puede explicarse recurriendo a la analogía de la Figura 3-1. Aunque las distintas personas hablen entre ellas a un nivel normal, el ruido de fondo es tal que dificulta la comprensión de las palabras, si el número de conversaciones aumenta demasiado. Volvamos a considerar el ejemplo de la Figura 3-1. Todas las parejas que están hablando entre ellas en distintos idiomas (códigos) consiguen continuar la conversación si todas hablan a un nivel normal. Para entenderse mejor, una pareja podría decidir empezar a gritar. Sin embargo, de esta manera el ruido sería tan elevado que impediría que todos los demás pudieran conversar. De ahí que el uso de una potencia exagerada respecto a lo necesario tenga el efecto práctico de anular la capacidad de la celda. Un ejemplo práctico de este fenómeno es el del caso en el que se pone un móvil muy cerca de la estación base. Si no se toman medidas y el móvil transmite a su potencia máxima (“grita”), todas las señales de los demás usuarios que llegan atenuadas debido a una distancia mayor, no pueden ser recibidas correctamente. En la literatura especializada se denomina a este problema con el término near-far. En general, es fundamental que en enlace uplink todas las señales relacionadas con un mismo servicio lleguen a la estación de radio base con igual nivel de potencia. Este resultado puede obtenerse por medio de un mecanismo conocido como control de potencia que tiene por objeto regular el nivel de transmisión de las diferentes señales. Tomando como ejemplo la pareja que grita, mencionada anteriormente, se puede deducir que el efecto principal de un control de potencia poco cuidadoso produce una considerable reducción de capacidad. El control de potencia es importante tanto en uplink como en downlink. Seguramente, es más crítico en uplink,
  • 42. Acceso Radio del Sistema UMTS 18 en el que muchos usuarios transmiten simultáneamente hacia una única estación base. En este caso la interferencia debida a los usuarios de una misma celda depende de la distancia de los mismos con respecto a la estación base. En cambio, en downlink el control de potencia es menos crítico ya que hay un único transmisor (la estación base) que engloba las distintas señales de los usuarios y las transmite simultáneamente hacia los terminales móviles. En este caso, un terminal móvil recibirá siempre las distintas contribuciones (la útil y las dirigidas hacia los demás móviles) con un nivel de potencia teóricamente igual. Por consiguiente, la interferencia debida a usuarios de una misma celda no depende de la distancia a la estación base. A partir de todas estas consideraciones, queda claro que la valoración de un sistema CDMA debe basarse en una valoración precisa del nivel de interferencia del sistema. La relación señal/interferencia (C/I) del servicio cuya capacidad se desea valorar es un parámetro de fundamental importancia. 3.1.2.1 La capacidad del enlace uplink Consideramos el caso de una celda perfectamente aislada con control de potencia (todas las señales se reciben con la misma potencia). Siendo N el número de usuarios y C el valor de potencia útil de la comunicación de referencia, los usuarios restantes (N-1) contribuirán con un valor de interferencia igual a C(N-1). Por consiguiente, la relación C/I es: 𝐶 𝐼 = 𝐶 𝐶 ∙ (𝑁 − 1) = 1 𝑁 − 1 (3–1) Para poder garantizar la calidad de servicio deseada es preciso garantizar una determinada relación señal/ruido. En general, se recurre a la relación Eb/Io, definida como relación entre la energía del bit de información y la densidad espectral de interferencia (en la hipótesis de que el ruido térmico sea despreciable). Esto se puede escribir como sigue: 𝐸 𝑏 𝐼 𝑜 = 𝐶 𝑅⁄ 𝐼 𝑊⁄ = 𝑊 𝑅 𝐶 𝐼 = 𝑊 𝑅 1 𝑁 − 1 (3–2) Donde W es la velocidad de transmisión en el aire de la señal y R la tasa binaria de la fuente de información. Recordamos que la relación W/R es el processing gain. El número de usuarios N al que la celda puede atender 𝑁 ≅ 𝑊 𝑅 1 𝐸 𝑏 𝐼 𝑜 (3–3) Tal y como se puede observar son dos los factores que determinan el número de usuarios: el processing gain y la relación Eb/Io. Concretamente, toda técnica que permita disminuir la relación Eb/Io, conlleva automáticamente una ganancia en términos de capacidad. Teniendo en cuenta que el proceso de spreading consiste en una multiplicación entre la señal binaria de información y la señal asociada al código de spreading, durante las pausas de transmisión, la potencia radiada es teóricamente nula. Por consiguiente, siendo d la fracción de tiempo durante la cual está activo un transmisor en media, el valor de capacidad se ve incrementado por un factor 1/d. En el caso de la voz, un valor típico es d=0,38. Además, si en vez de una antena omnidireccional se piensa utilizar una antena directiva, la interferencia recibida por un sector será igual a 1/GS (GS= número de sectores o ganancia de sectorización). Se
  • 43. 19 19Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS define emplazamiento como el conjunto de varias celdas ubicadas en el mismo lugar geográfico cada una de las cuales utiliza una antena sectorial. La capacidad de un lugar dividido en GS sectores es: 𝑁 ≅ 𝑊 𝑅 1 𝐸 𝑏 𝐼 𝑜⁄ 1 𝑑 𝐺𝑠 (3–4) Se considera ahora el caso de una cobertura multicelular en la que los usuarios están distribuidos de manera uniforme y todos requieren el mismo servicio. El efecto de interferencia de las celdas externas se tiene en cuenta aumentando el valor de interferencia en un factor (normalmente indicado con f o i) definido como la relación entre la interferencia recibida de las otras celdas y la producida dentro de la celda a la cual está conectado el móvil. La capacidad, por consiguiente, se ve reducida en un factor (que también se conoce como un factor de reúso de frecuencias del sistema CDMA) igual a (1+f). 𝑁 ≅ 𝑊 𝑅 1 𝐸 𝑏 𝐼 𝑜⁄ 1 𝑑 𝐺𝑠 1 1 + 𝑓 (3–5) En esta expresión el elemento más crítico es precisamente el factor f que no es fácil de determinar. En un entorno macro-celular son valores típicos: 0,5 – 0,6. Sin embargo, varían con el entorno en el cual se opera. La expresión obtenida puede generalizarse al caso en que haya usuarios con diversos tipos de servicio. Cabe indicar que en cada caso, la fórmula proporcionada es aproximada y se basa en valores medios. Una valoración más precisa debe basarse en un análisis estadístico que tenga en cuenta todos los componentes aleatorios significativos presentes en el sistema. En general, para obtener indicaciones precisas es necesario recurrir a técnicas de simulación. 3.1.2.2 La capacidad del enlace downlink La capacidad del downlink, aunque también se puede estimar con un cálculo de relación C/I, no se puede traducir fácilmente en fórmulas aproximadas. Los siguientes puntos sintetizan los conceptos básicos relativos al downlink:  Transmisión de una fuente hacia muchos receptores; la interferencia es recibida por pocas fuentes concentradas y de mayor intensidad (las estaciones base) en lugar de por un número elevado de móviles repartidos por un área extensa.  Las propiedades de las secuencias de spreading reducen mucho (teóricamente deberían eliminarla) la interferencia generada dentro de la celda. El cálculo de la capacidad se reduce pues, a la valoración de la relación señal/interferencia para un usuario genérico y a la verificación que la estación base servidora tiene suficiente potencia. 3.2 Arquitectura UTRAN UMTS presenta una arquitectura en la cual se describen tres elementos principalmente, el UE o equipo de usuario, UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) y la red central (Core Network). UTRAN permite a los equipos de usuario acceder al núcleo de red de UMTS. En UTRAN, el acceso al núcleo de red de UMTS se realiza vía radio, a través de una serie de elementos de red interconectados entre sí y con el núcleo de red mediante interfaces de transporte terrestres. La interfaz Uu se encuentra entre el UE y la red UTRAN, y entre la red UTRAN y la red central o Core Network se encuentra la interfaz lu. La interfaz entre el UE y la red UTRAN es la tecnología WCDMA, es decir, la conexión entre el equipo de usuario y la red de acceso de radio para UMTS es mediante la tecnología WCDMA.
  • 44. Acceso Radio del Sistema UMTS 20 La red UTRAN consiste de varios elementos, entre los que se encuentran los RNC (Radio Network Controller) que se encargan de controlar la red de acceso radio y los Nodo B, que corresponden a las estaciones base donde se sitúan las antenas y elementos de transmisión radio. Ambos elementos juntos forman el RNS (Radio Network Subsystem). Las interfaces internas de UTRAN incluyen la interfaz lub la cual se encuentra entre el Nodo B y el RNC y la interfaz lur que conecta a los RNC entre sí. Figura 3-6 Arquitectura UTRAN Equipo de usuario (UE): El equipo de usuario o UE, también llamado móvil, es el equipo que el usuario trae consigo para lograr la comunicación con una estación base en el momento que lo desee, y en el lugar donde exista cobertura. Éste puede variar en su tamaño y forma, sin embargo debe estar preparado para soportar el estándar y los protocolos para los que fue diseñado. Interfaz Uu: La interfaz Uu se encuentra entre el equipo de usuario y la red UTRAN. RNC (Radio Network Controller): El RNC controla a uno o varios Nodos B. El RNC se conecta con el MSC mediante la interfaz luCS o con un SGSN mediante la interfaz luPs. La interfaz entre dos RNC’s es la interfaz lur. Si comparamos al RNC con la red de GSM, éste es comparable con el BSC (Base Station Controller). Algunas de las funciones ejecutadas por RNC son:  Manejar los recursos de transporte de la interfaz lu.  Manejo de la información del sistema y de la sincronización de la información del sistema.  Manejo de tráfico en los canales comunes.  Combinación en la Macro diversidad y división de las tramas de datos transferidas sobre muchos Nodos B.  Asignación de códigos de canalización en el enlace de bajada.  Control de admisión.
  • 45. 21 21Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS  Manejo del tráfico en los canales compartidos. Nodo B: El Nodo B crea, mantiene y envía un enlace de radio en cooperación con el terminal. Es decir, es el componente responsable de la transmisión y recepción radio entre el terminal móvil y una o más celdas UMTS. Algunas de las funciones ejecutadas por Nodo B son:  Transmisión de los mensajes de información del sistema de acuerdo con el sincronismo determinado por el RNC.  Reportar las mediciones de la interferencia en el enlace de subida y la información de la potencia en el enlace de bajada.  Combinación para la Macro diversidad y división de las tramas de datos internas al Nodo B. Interfaz lu: Esta interfaz conecta a la red central con la red de acceso de radio de UMTS. Es la interfaz central y la más importante para el concepto de 3GPP. La interfaz lu puede tener dos diferentes instancias físicas para conectar a dos diferentes elementos de la red central, todo dependiendo si se trata de una red basada en conmutación de circuitos o basada en conmutación de paquetes. En el primer caso, es la interfaz lu-CS la que sirve de enlace entre UTRAN y el MSC, y es la interfaz lu-PS la encargada de conectar a la red de acceso de radio con el SGSN de la red central. Red Central (Core Network): La red central se forma por varios elementos, los dos de mayor interés son el MSC, pieza central en una red basada en conmutación de circuitos y el SGSN, pieza central en una red basada en conmutación de paquetes. MSC (Mobile Switching Center): Como ya se mencionó, el MSC es la pieza central de una red basada en la conmutación de circuitos. El mismo MSC es usado tanto por el sistema GSM como por UMTS, es decir, la BSS (Base Station Subsystem) de GSM y el RNS de UTRAN se pueden conectar con el mismo MSC. Esto es posible ya que uno de los objetivos del 3GPP fue conectar a la red UTRAN con la red central de GSM/GPRS. El MSC tiene diferentes interfaces para conectarse con la red PSTN, con el SGSN y con otros MSC’s. SGSN (Serving GPRS Support Node): El SGSN es la pieza central en una red basada en la conmutación de paquetes. El SGSN se conecta con UTRAN mediante la interfaz lu-PS y con el GSM-BSS mediante la interfaz Gb.
  • 46.
  • 47. 23 4 RECURSOS EN EL INTERFAZ RADIO n el capítulo 2 se ha dado una visión general del sistema WCDMA, y se han empezado a intuir algunos de los parámetros que pueden determinar la capacidad de una red UMTS en el interfaz radio, como pueden ser la potencia o los códigos de spreading. En este capítulo intentaremos profundizar en cada uno de los recursos que hay que tener en consideración a la hora de analizar y gestionar la capacidad de una red en funcionamiento. El dimensionamiento de una red radio WCDMA es el proceso mediante el cual se estiman el número de elementos de red necesarios y las posibles configuraciones de los mismos, basándose en los requerimientos de cobertura, capacidad y calidad de servicio. En este caso nos centraremos en la capacidad, aunque tiene un claro compromiso con la cobertura y la calidad. Hoy en día, cada vez son más los recursos requeridos para soportar el incremento de tráfico en una red de telecomunicaciones. Estos recursos incluyen los recursos de procesado de la señalización, recursos de transmisión y los recursos en el interfaz aire. Recursos insuficientes en la red afectarán a la experiencia de usuario, bien por su imposibilidad de acceso a la red o bien por transmisiones a velocidades inferiores a las esperadas. Por tanto, la monitorización en tiempo real, la detección de cuellos de botella y la apropiada expansión de la red son críticas para conseguir una buena experiencia de usuario en una red móvil de telecomunicaciones. Pues bien. ¿Cuáles son esos recursos que hay que monitorizar? Veamos en la siguiente figura de forma genérica los recursos a nivel UTRAN, es decir, en la RNC, el Nodo B, y la celda. Figura 4-1 Recursos de la RNC, Nodo B y Celda Los recursos monitorizados en la RNC son los siguientes:  Unidad de procesado de la señalización (SDU). La unidad de procesado de la señalización procesa los servicios UMTS en el plano de control. Los recursos de la SDU son los que más probablemente llegan a ser insuficientes en una RNC E
  • 48. Recursos en el Interfaz Radio 24  Unidad principal de procesado (MPU). La MPU gestiona el plano de control, el plano de usuario y los recursos de transmisión.  Unidad de procesado de datos (DPU). Procesa los datos del plano de usuario. El rápido crecimiento de los servicios móviles de banda ancha requieren de una experiencia de usuario mejor y tasas de throughput mayores en cualquier momento y en cualquier lugar. Los recursos de la DPU pueden llegar a ser un cuello de botella en la RNC y no cumplir con los requisitos de servicio.  Interfaces de la RNC. Las tarjetas interfaz de la RNC proporcionan recursos y puertos de transmisión, mensajes de procesado de transporte de la red, e intercambio de datos internos y datos externos. La sobrecarga de recursos en las tarjetas interfaz incrementan el ratio de pérdida de paquetes, interrumpe las comunicaciones, y afecta a la experiencia de usuario. Los recursos monitorizados en el nodo B son los siguientes:  Channel Element. Los Channel elements (CE) son los recursos de procesado en banda base. Normalmente los CEs son los más probables en congestionar en una red. En las primeras fases de despliegue de una red los operadores sólo adquieren una pequeña cantidad de CEs, lo cual reduce sus inversiones iniciales.  CNBAP. La carga CNBAP, protocolo de señalización responsable del control de los Nodos B por la RNC, se usa para evaluar la capacidad de procesado del nodo B. La sobrecarga CNBAP disminuye la capacidad de procesado del sistema, lo cual afecta a los KPIs relativos al NodoB, sus indicadores clave de desempeño.  Recursos del interfaz Iub. El interfaz Iub es un interfaz entre el NodoB y la RNC, el cual usa ATM o transmisión IP dependiendo del medio de transmisión. Un ancho de banda insuficiente en el interfaz Iub provoca fallos de admisión, deterioro de los KPIs de transmisión (tales como retraso y pérdida de paquetes) y un empeoramiento de la calidad de servicio UMTS (QoS). Los recursos monitorizados en las celdas son los siguientes:  Potencia total recibida de banda ancha (RTWP). RTWP incluye el ruido recibido, la interferencia radio externa y la potencia en el uplink. RTWP se usa para monitorizar la carga en el uplink.  La potencia de portadora transmitida (TCP). La TCP hace referencia a la potencia total de portadora transmitida por una celda. Se usa para monitorizar la carga en downlink. El valor TCP está limitado por la máxima potencia de transmisión del amplificador de potencia en un NodoB y la máxima potencia de transmisión configurada en una celda.  Códigos OVSF (Orthogonal variable spreading factor). Hace referencia a los recursos de spreading en el downlink. La insuficiencia de recursos OVSF afecta al acceso de los usuarios a la red.  Canal de Paging (PCH). El uso de PCH viene determinado por la planificación de las áreas de localización y las áreas de enrutado o encaminamiento (location areas y routing areas). La sobrecarga PCH reduce el éxito de paging.  Random Access channel y Forward Access channel (RACH y FACH). Estos canales transportan señalización y algunos datos del plano de usuario. Su sobrecarga reduce el éxito de acceso y afecta a la experiencia de usuario. En términos generales, cuando el uso de un recurso excede un umbral máximo definido, habrá que verificar si otros recursos también exceden sus umbrales máximos.  Si es que sí, la celda o el NodoB está sobrecargado y es necesaria una ampliación de capacidad.  Si es que no, la celda o el nodo no estarán necesariamente sobrecargados y la ampliación de capacidad no será obligatoria. El problema podría solucionarse haciendo otros ajustes u optimizaciones. Por ejemplo, cuando el uso de CEs supera el 70% pero el uso de otros recursos como RTWP, TCP y OVSF están dentro de los rangos permitidos, los CEs son considerados insuficientes, pero la celda no está sobrecargada. Para solucionar el problema, se puede incrementar las licencias de CEs o las tarjetas de procesado de banda base, en vez de aumentar la capacidad del NodoB.
  • 49. 25 25Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS En las siguientes secciones entraremos a analizar en más detalle los recursos del NodoB y de la celda, que son los que nos ocupan en este proyecto, centrándonos sobre todo en los CEs y la potencia de transmisión, que son los recursos más críticos en una operación normal de red. Se hará teniendo en cuenta que los equipos desplegados en la red son los de la serie 3900 de Huawei. 4.1 Recursos de banda base Los Channel Elements (CEs) son los recursos de banda base proporcionados por los Nodos B y miden la capacidad de banda base de los Nodos B. Cuanto más CEs soporte un Nodo B mayor será la capacidad de procesado de servicios del Nodo B. Si los CEs disponibles son insuficientes, el Nodo B rechazará una nueva petición de llamada. Además los CEs se estructuran dentro del nodo en los llamados grupos de recursos (resource groups) que veremos más adelante. Un channel element es una unidad usada para indicar la capacidad banda base y los recursos ocupados por el procesado del servicio. Los CEs pueden clasificarse en UL CEs (Uplink CEs) y DL CEs (Downlink CEs):  UL CE: Un UL CE hace referencia a los recursos banda base usados por un servicio de voz de 12.2 kbit/s (SF=64) más 3.4 kbit/s de señalización.  DL CE: Un DL CE hace referencia a los recursos banda base usados por un servicio de voz de 12.2 kbit/s (SF=128) más 3.4 kbit/s de señalización. En los equipo Huawei los recursos banda base residen en la BBU3900, y concretamente en las tarjetas WBBP. La BBU3900 es la unidad banda base de la serie 3900 de estaciones base de Huawei. Esta unidad proporciona las siguientes funciones:  Transmite las señales entre las estaciones base y la controladora de estaciones base.  Proporciona el reloj del sistema.  Gestiona toda la estación base en términos de O&M (Operación y Mantenimiento) y procesado de la señalización.  Proporciona un canal O&M que se conecta al LMT o M2000 (sistemas de supervisión de red de Huawei). La WBBP es la unidad de procesado de banda base de la BBU3900. Esta unidad proporciona las siguientes funciones:  La tarjeta WBBPb proporciona tres puertos CPRI para comunicación con los módulos RF.  La tarjeta WBBPd proporciona seis puertos CPRI para comunicación con los módulos RF.  La tarjeta WBBPf proporciona seis puertos CPRI para comunicación con los módulos RF.  Procesa las señales banda base uplink y downlink. La tarjeta WBBP puede simultáneamente procesar las señales banda base UL/DL y las señales CPRI. El estándar CPRI define la interfaz entre la BBU y los módulos RF. El procesado de la señal banda base UL implica la demodulación, el control de acceso aleatorio y la decodificación. El procesado de la señal banda base DL implica la codificación, el ensanchamiento de frecuencia y la modulación. Una tarjeta WBBP puede planificar servicios HSDPA y HSUPA mientras procesa servicios CS y PS. La siguiente figura muestra la estructura de la unidad de banda base de un Nodo B.
  • 50. Recursos en el Interfaz Radio 26 Figura 4-2 Estructura de la unidad banda base del Nodo B Huawei mide la capacidad de procesado HSDPA mediante el HSDPA code word, no por los CEs. Un HSDPA code Word es igual a los recursos DL banda base que se necesitan para procesar un HS-PDSCH (SF = 16). Un máximo de 15 code words pueden ser usados en una celda. 4.1.1 Procedimientos de asignación de los recursos banda base Los grupos de recursos banda base en los Nodos B de la serie 3900 pueden ser clasificados en grupos de recursos UL y grupos de recursos DL. Los procedimientos de asignación son los siguientes:  Un UE puede ocupar recursos banda base UL en cualquier tarjeta WBBP dentro de un grupo de recursos UL y los recursos de un grupo de recursos UL pueden ser compartidos entre todas las tarjetas WBBP del grupo.  Una celda puede ocupar recursos banda base DL en cualquier tarjeta WBBP en un grupo de recursos DL, y todos los UEs de una misma celda pueden ocupar recursos en la misma tarjeta WBBP. Los recursos en un grupo de recursos DL pueden ser compartidos dentro de una tarjeta WBBP. En RAN13.0 y anteriores, el grupo de recursos DL permite compartición de recursos sólo dentro de una tarjeta. En RAN14.0, un grupo de recursos DL puede condicionalmente permitir compartir CEs entre tarjetas del grupo. La terminología RAN hace referencia a la versión de software de los equipos Huawei. 4.1.1.1 Grupo de recurso UL El grupo de recurso UL es un fondo común de canales UL que soporta compartición de carga. En RAN12.0 una BBU soporta un máximo de 4 grupos de recurso UL. En RAN13.0 una BBU soporta un máximo de 6 grupos de recurso. En RAN14.0 una BBU soporta un máximo de 8 grupos de recurso UL y dos BBU interconectadas soportan un máximo de 12 grupos de recurso UL. Un grupo de recurso UL puede tener múltiples tarjetas. Los UEs pueden ocupar los recursos en cualquier tarjeta del grupo de recurso UL.  Una WBBPb o WBBPd puede pertenecer sólo a un grupo de recurso UL  Hay cuatro tipos de WBBPf: WBBPf1, WBBPf2, WBBPf3 y WBBPf4. La WBBPf1 y la WBBPf2 pueden pertenecer sólo a un grupo de recurso UL. La WBBPf3 y la WBBPf4 tienen dos unidades de procesado uplink, y cada unidad de procesado uplink puede pertenecer a un grupo de recurso UL. Un grupo de recurso UL puede dar servicio a un máximo de seis celdas 1T2R (1 transmisión y 2 recepciones) o tres celdas 1T4R. Esta termilología se usa para indicar el número de antenas transmisoras y receptoras en los sistemas MIMO (Multiple Input Multiple Output), para conseguir diversidad. Si el número de celdas en UTRAN supera el máximo, los recursos UL deben ser divididos en varios grupos. Los recursos CE pueden ser
  • 51. 27 27Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS compartidos dentro de un grupo de recurso UL. Se recomienda que las celdas intra-frecuencia estén configuradas en el mismo grupo de recurso UL. Esto se debe a que el softer handover sólo se puede llevar a cabo entre celdas que estén en el mismo grupo de recurso UL. En versiones anteriores a RAN14.0, los hard handovers son sólo soportados entre grupos de recurso UL. En RAN 14.0 y versiones posteriores, los soft handovers también son soportados entre grupos de recurso UL, sin embargo, el consumo de CEs se duplica y el ancho de banda en el interfaz Iub se incrementa en 1.7 veces. La siguiente figura muestra los procedimientos de asignación de recursos de un grupo de recurso UL. Figura 4-3 Procedimientos de asignación de recursos de un grupo de recurso UL Si tenemos un NodoB con seis celdas, por ejemplo en una configuración 3x2 o 2+2+2, es decir, tres sectores y cada uno de ellos con dos portadoras, y tenemos dos tarjetas WBBP, podríamos tener configuradas ambas tarjetas en el mismo grupo de recurso UL. Pero si el NodoB es ampliado y pasamos a una configuración 3x4 o 4+4+4 será necesario reconfigurar los grupos de recurso UL ya que de lo contrario tendríamos más de seis celdas en el mismo grupo. Veamos algunos escenarios posibles: Escenario1: La capacidad de las tarjetas WBBP es suficiente. Se recomienda que las dos tarjetas WBBP se dividan en dos grupos. De esta forma, el NodoB puede soportar 12 celdas, como se muestra en la siguiente figura.
  • 52. Recursos en el Interfaz Radio 28 Figura 4-4 Grupos de recurso en diferentes configuraciones (Escenario 1) Escenario 2: La capacidad de las tarjetas WBBP es insuficiente y es necesario añadir más CEs. Se recomienda añadir una tarjeta WBBPf4 para soportar un grupo de recurso UL, como se muestra en la siguiente figura. Figura 4-5 Grupos de recurso en diferentes configuraciones (Escenario 2) Escenario 3: La tarjeta WBBPf4 se divide lógicamente en dos grupos de recurso para soportar 12 celdas, como se muestra en la siguiente figura.
  • 53. 29 29Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS Figura 4-6 Grupos de recurso en diferentes configuraciones (Escenario 3) 4.1.1.2 Grupo de recurso DL En RAN12.0 una BBU soporta un máximo de 4 grupos de recurso DL, en RAN13.0 una BBU soporta un máximo de 6 grupos de recurso DL, y en RAN14.0 una BBU soporta un máximo de 6 grupos de recurso DL. Dos BBUs interconectadas soportan un máximo de 11 grupos de recurso DL. En RAN13.0 y anteriores versiones, el grupo de recurso DL soporta compartición de recursos sólo dentro de una tarjeta. Aunque dos tarjetas estén formando un grupo de recurso DL, los recursos CE son sólo compartidos a nivel de tarjeta en lugar de a nivel de las celdas de todas las tarjetas configuradas en el grupo. Se recomienda que las celdas de todas las tarjetas se configuren en un grupo de recurso. De esta forma los recursos DL de celda pueden ser gestionados por el mecanismo de gestión interno al sistema. En RAN12.0 y anteriores versiones, el softer handover no es soportado entre grupos de recurso DL. En RAN13.0 y posteriores versiones, sí se soportan softer handovers entre grupos de recurso DL. En RAN14.0, los grupos de recurso DL soportan compartición de CEs entre tarjetas del grupo, lo que mejora la capacidad de compartición DL. Sin embargo, el máximo número de CEs que pueden ser compartidos por cada tarjeta está limitado por las capacidades hardware de la tarjeta. Si los servicios son establecidos en una WBBPb o una WBBPd, el máximo número de CEs compartidos es 384. Si los servicios son establecidos en una WBBPf1, WBBPf2 o WBBPf3 el número máximo es 512. Y si los servicios son establecidos en una WBBPf4 el número máximo es 768. En cualquier caso, el máximo número de CEs que pueden ser compartidos en un grupo de recurso DL no puede superar la suma del número de CEs de cada tarjeta del grupo. La WBBPa no soporta compartición de CEs con otras tarjetas. La siguiente figura utiliza como ejemplo un grupo DL con una tarjeta WBBPb3 y una tarjeta WBBPb4. Si las celdas F1 se configuran en la tarjeta WBBPb3 y las celdas F2 se configuran en la tarjeta WBBPb4, las celdas F1 y F2 pueden compartir un máximo de 384 CEs de forma independiente. Sin embargo, el número de CEs compartidos por todas las celdas F1+F2 no puede superar el número total de CEs compartidos por las dos tarjetas, es decir, las celdas F1+F2 pueden compartir un máximo de 640 CEs.
  • 54. Recursos en el Interfaz Radio 30 WBBPb3 256 CEs WBBPb4 384 CEs One DL resource group F1 F2 F1 cells can share a maximum of 384 CEs. F2 cells can share a maximum of 384 CEs. F1+F2 cells can share a maximum of 640 (256+384) CEs. Figura 4-7 Ejemplo de compartición de recursos CE DL En los escenarios normales, una WBBPb o WBBPd es configurada con tres celdas y comparte un máximo de 384 CEs DL. Cada celda usa un máximo de 128 CEs. Los recursos de banda base son asignados a los módulos DL en base al nivel de celda como muestra la siguiente figura. Figura 4-8 Procedimientos de asignación de recursos de un grupo de recurso DL 4.1.2 Especificaciones de producto 4.1.2.1 Capacidad de la BBU En RAN13.0 y anteriores versiones, una BBU soporta un máximo de veinticuatro celdas 2Rx o doce celdas 4Rx. En RAN14.0 se añaden la UMPTa1, WBBPf y la UTRPc. Una BBU soporta un máximo de veinticuatro celdas 2Rx y un máximo de veinticuatro celdas 4Rx. En RAN14.0, dos BBUs pueden ser interconectadas. Un máximo de 11 tarjetas banda base pueden ser soportadas debido a que hay que configurar una UCIU la cual ocupa un slot de banda base. La tarjeta UCIU
  • 55. 31 31Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS permite la interconexión de dos BBUs. En el escenario de interconexión de BBUs, un máximo de cuarenta y ocho celdas 2Rx son soportadas, y un máximo de treinta y seis celdas 4Rx. En RAN14.0, una BBU soporta un máximo de veinticuatro celdas 1Tx o dieciocho celdas 2Tx MIMO. Dos BBUs interconectadas soportan un máximo de cuarenta y ocho celdas 1Tx o treinta y seis celdas 2Tx MIMO. 4.1.2.2 Capacidad de la tarjeta WBBP Basándose en su capacidad de procesado, las tarjetas WBBP se clasifican en once modelos: WBBPb1, WBBPb2, WBBPb3, WBBPb4, WBBPd1, WBBPd2, WBBPd3, WBBPf1, WBBPf2, WBBPf3 y WBBPf4. En la siguiente tabla podemos ver las especificaciones de cada tarjeta WBBP. Tabla 4-1 Especificaciones de las tarjetas WBBP Board Type Introduced In Number of Cells UL R99 CEs + HSUPA Ces DL R99 CEs HSDPA Capacity WBBPb1 RAN10.0 3 64 CEs 64 CEs 45 HS-PDSCH code words WBBPb2 RAN10.0 3 128 CEs 128 CEs 45 HS-PDSCH code words WBBPb3 RAN10.0 6 256 CEs 256 CEs 90 HS-PDSCH code words WBBPb4 RAN10.0 6 384 CEs 384 CEs 90 HS-PDSCH code words WBBPd1 RAN12.0 6 192 CEs 192 CEs 90 HS-PDSCH code words WBBPd2 RAN12.0 6 384 CEs 384 CEs 90 HS-PDSCH code words WBBPd3 RAN12.0 6 256 CEs 256 CEs 90 HS-PDSCH code words WBBPf1 RAN14.0 6 192 CEs 256 CEs 90 HS-PDSCH codes WBBPf2 RAN14.0 6 256 CEs 384 CEs 90 HS-PDSCH codes WBBPf3 RAN14.0 6 384 CEs 512 CEs 90 HS-PDSCH codes WBBPf4 RAN14.0 6 512 CEs 768 CEs 90 HS-PDSCH codes  La WBBPf4 puede soportar dos grupos de recurso UL y cada grupo de recurso UL puede soportar un máximo de 6 celdas.  Los CEs consumidos durante el softer handover no están incluidos en las especificaciones, debido a que el 20% de los recursos CE de las tarjetas WBBP son reservados para softer handovers.  Los soft handovers consumen CEs extra. Por tanto, hay que considerar el consumo de los soft handovers basado en la proporción de soft handovers durante la planificación de red.
  • 56. Recursos en el Interfaz Radio 32  La WBBPb, WBBPd, WBBPf1, WBBPf2 y WBBPf3 soportan tres celdas MIMO, y la tarjeta WBBPf4 soporta seis celdas MIMO. 4.1.2.3 Número de usuarios HSUPA y HSDPA soportados por una tarjeta WBBP En la siguiente tabla podemos ver el número de usuarios HSUPA y HSDPA que soporta una tarjeta WBBP. Tabla 4-2 Número de usuarios HSUPA y HSDPA soportados por una WBBP Board Type Number of HSDPA Users Number of HSUPA Users (10 ms TTI, SRB over HSUPA) Number of HSUPA Users (2 ms TTI, SRB over HSUPA) WBBPb1 64 64 16 (RAN12.0) WBBPb2 96 128 (RAN12.0) 72 (RAN11.0) 96 (RAN12.0) 32 (RAN12.0) WBBPb3 144 72 (RAN11.0) 96 (RAN12.0) 64 (RAN12.0) WBBPb4 144 72 (RAN11.0) 96 (RAN12.0) 80 (RAN12.0) WBBPd1 128 96 48 (RAN12.0) WBBPd2 144 96 80 (RAN12.0) WBBPd3 144 96 64 (RAN12.0) Los usuarios HSUPA en celdas servidas por la misma tarjeta pueden compartir los recursos de la tarjeta. Sin embargo, el número total de usuarios en todas las celdas servidas por la misma tarjeta no puede superar el número máximo de usuarios soportados por la tarjeta. Por ejemplo, el número total de usuarios HSUPA en las seis celdas servidas por una tarjeta WBBPd2 no puede superar 96, ya que una WBBPd2 soporta un máximo de 96 usuarios HSUPA. Algo equivalente podemos decir para los usuarios HSDPA. 4.1.2.4 Especificaciones de Throughput de la tarjeta WBBP A continuación podemos ver las especificaciones de throughput para una tarjeta WBBP. Tabla 4-3 Especificaciones de Throughput de la tarjeta WBBP Board Type Throughput DL UL WBBPb1 63 Mbit/s 5.76 Mbit/s WBBPb2 63 Mbit/s 11.52 Mbit/s WBBPb3 63 Mbit/s (RAN11.0), 84 Mbit/s (RAN12.0) 23 Mbit/s
  • 57. 33 33Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS Board Type Throughput DL UL WBBPb4 63 Mbit/s (RAN11.0), 84 Mbit/s (RAN12.0) 23 Mbit/s WBBPd1 84 Mbit/s (RAN12.0), 126 Mbit/s (RAN13.0) 23 Mbit/s WBBPd2 84 Mbit/s (RAN12.0), 126 Mbit/s (RAN13.0) 46 Mbit/s WBBPd3 84 Mbit/s (RAN12.0), 126 Mbit/s (RAN13.0) 46 Mbit/s WBBPf1 126 Mbit/s 34 Mbit/s WBBPf2 126 Mbit/s 46 Mbit/s WBBPf3 126 Mbit/s 69 Mbit/s WBBPf4 252 Mbit/s 69 Mbit/s Los valores anteriores de throughput son los obtenidos en tests cuando los recursos UL y DL del interfaz aire son suficientes. 4.1.3 Consumo de los recursos de banda base 4.1.3.1 Consumo de los canales communes Los canales comunes DL de una celda son principalmente los P-CCPCHs (BCH) y S-CCPCHs (FACH/PCH) y los canales comunes UL son principalmente los PRACHs. La serie 3900 reserva recursos CE para los canales comunes. La reserva de recursos CE no está incluida en las especificaciones de una tarjeta. En cada celda se reservan 2 CEs para el uplink y 5 CEs para el DL para canales comunes. Por ejemplo, una WBBPb4 soporta seis celdas y 384 CEs tanto para el UL como para el DL. Por tanto, la WBBPb4 reserva 12 CEs en el uplink y 30 en el downlink. Cuando los canales comunes necesitan más CEs de los reservados, consumirán otros CEs de la tarjeta. 4.1.3.2 Consumo de otros canales Los siguientes canales no consumen recursos CE: HS-DPCCH, E-RGCH, E-HICH, F-DPCH, CPICH, AICH, PICH, SCH, E-AGCH, HS-SCCH, HS-PDSCH, MICH, F-DPCH, E-FACH. 4.1.3.3 Consumo de servicios R99 La Tabla 4-4 lista el consumo de CEs de los servicios R99.
  • 58. Recursos en el Interfaz Radio 34 Tabla 4-4 Consumo de CEs de los servicios R99 Service Type UL DL Spreading Factor Number of CEs Spreading Factor (SF) Number of CEs AMR 12.2 kbit/s SF64 1 SF128 1 32 kbit/s SF32 1.5 SF64 1 64 kbit/s SF16 3 SF32 2 128 kbit/s SF8 5 SF16 4 384 kbit/s SF4 10 SF8 8 El tráfico y la señalización asociada al canal de un usuario de R99 son transportados en el mismo DCH. Por tanto, el consumo de CEs de los TCHs de R99 incluye el consumo de CEs de la señalización. El consumo indicado en la tabla incluye el consumo de los 3.4 kbit/s de señalización asociada al canal. 4.1.3.4 Consumo de servicios HSUPA El consumo de recursos de los servicios HSUPA se mide en CEs. Los CEs UL son compartidos entre los servicios R99 y los servicios HSUPA. La Tabla 4-5 lista el consumo de CEs UL para los servicios HSUPA. Tabla 4-5 Consumo de CEs UL de los servicios HSUPA RLC Rate (kbit/s) 2RX Spreading Factor RAN11.0 (WBBPb) RAN12.0 (WBBPd)CAT5 10 ms CAT6 2 ms ≤ 32 N/A SF32 1 1 32–64 N/A SF16 2 2 64–128 N/A SF8 4 4 128–672 640 SF4 8 8 672–1376 640–1280 2*SF4 16 16 1376~1888 1280–2720 2*SF2 32 32 N/A 2720–5440 2*SF2 + 2*SF4 48 48 4000–10880 2*M2+2*M4 Not supported 64 4.1.3.5 Consumo de servicios HSDPA En la serie 3900 los recursos para el procesado de los servicios HSDPA y aquellos para el procesado de los servicios R99 son independientes. Por tanto, ningún CE DL de R99 es consumido para los servicios HSDPA. La capacidad DL de una tarjeta WBBPb4 es de 384 CEs de R99 más 90 code words HSDPA, como se
  • 59. 35 35Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS muestra en la Figura 4-9. Figura 4-9 Consumo de recursos DL de los servicios HSDPA 4.1.4 Ampliación de recursos banda base La capacidad banda base de un NodoB se puede ampliar de las siguientes maneras: 1. Si la capacidad hardware es insuficiente habría que añadir una nueva tarjeta WBBP. Las tarjetas WBBP soportan la función plug and play. Esto quiere decir que los servicios no son interrumpidos al instalar una WBBP. 2. Si la capacidad hardware es suficiente habría que añadir licencias, ya sean licencias de CEs o licencias de códigos HSDPA. Un tema importante a tener en cuenta es la diferencia entre la capacidad hardware que tenga un nodo y la capacidad “software”. Esta capacidad software se traduce en el número de licencias que se hayan adquirido al suministrador. Normalmente cuando se despliega un nodo se hace una estimación inicial de las licencias que va a necesitar. Una vez que el nodo está funcionando, en base al consumo que tenga de recursos, será necesario ir ampliando si así lo requiere. Inicialmente no se compran todas las licencias que el hardware puede soportar ya que si no la inversión inicial sería muy elevada. Los procedimientos de asignación de recursos difieren de los procedimientos de asignación de licencias. Como hemos visto anteriormente los recursos de las tarjetas se asocian a unos grupos, frecuencias y celdas concretas, mientras que las licencias pueden ser compartidas entre las distintas celdas y portadoras. Las ampliaciones de CEs se pueden realizar en UL y DL de forma separada, y se realizan en pasos de 16 CEs. Las ampliaciones de code words HSDPA se realizan en pasos de 5 code words. Una celda soporta un máximo de 15 code words. 4.1.5 Contadores asociados a los recursos banda base La red nos proporciona los siguientes contadores para poder monitorizar el consumo de CEs por nodo.  Consumo de CEs en el DL