Trabajo Fin de MásterMáster Electrónica, Tratamiento de la Señal y Comunicaciones.

Nuevas Tecnologías Aplicadas a la Red de Acceso Móvil: Evolución.

Autor: Diego Fernández CarballoTutor: Juan José Murillo Fuentes

Dep. Teoría de la Señal y ComunicacionesEscuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2015

Trabajo Fin de MásterIngeniería de Telecomunicación

Nuevas Tecnologías Aplicadas a la Red de AccesoRadio Móvil. Evolución.

Autor:Diego Fernández Carballo

Tutor:Juan José Murillo Fuentes

Profesor Titular

Dep. de Teoría de la Señal y ComunicacionesEscuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de SevillaSevilla, 2015

1

Índice

1- Breve reseña introductoria...................................................................3

2- Introducción.......................................................................................42.1- Red de Acceso Radio..................................................................4

3- Objetivos del proyecto.........................................................................9

4- Conexiones en la red.........................................................................124.1- Conexiones físicas....................................................................124.2- Conexiones lógicas...................................................................12

5- Estructura de Red, Tráfico y Gestión.....................................................16

6- Tipos de transmisión..........................................................................196.1- Transmisión TDM.....................................................................196.2- Transmisión por COTX..............................................................296.3- Diferencias con LTE..................................................................38

7- Evolución de los Radioenlaces.............................................................407.1- Proceso de diseño de un radioenlace...........................................40

7.1.1- Cálculo de la calidad de un radioenlace..................................457.1.1.1- Evaluación de la indisponibilidad.....................................467.1.1.2- Calidad de un radioenlace en cuanto a fiabilidad...............48

7.1.2 – Diseño de un radioenlace...................................................507.1.2.1- Modulación Adaptativa..................................................527.1.2.2- Elección de antenas y configuración................................557.1.2.3 – Análisis del radioenlace................................................57

7.2- Introducción a la tecnología XPIC...............................................607.2.1- Reducción de la discriminación de polarización cruzada (XPD)..63

7.2.1.1- Predicción de la interrupción XPD debido a los efectos de cielo despejado........................................................................637.2.1.2- Predicción de la interrupción XPD debido a los efectos de precipitaciones.........................................................................65

7.3- Introducción a los radioenlaces E-BAND......................................697.3.1- Análisis del sistema...........................................................717.3.2- Análisis de la interferencia..................................................747.3.3- Normativa........................................................................777.3.4 – Análisis del sistema usando ATDI.......................................78

8- Bibliografía.......................................................................................87

2

1- BREVE RESEÑA INTRODUCTORIA

Todo lo que se encuentra en nuestra vida cotidiana está sometido a cambio,

a una evolución constante. En el mundo de la tecnología esta afirmación está

llevada al extremo y está en constante evolución, lo que hoy día nos parece

nuevo en poco tiempo estará anticuado y la red móvil de telefonía no está

exenta de esta situación.

Desde los principios de la telefonía móvil digital, el sistema ha evolucionado

muy rápidamente y con ello no solo los terminales que usamos a diario, sino

los componentes de la red y las tecnologías dando lugar a nuevas experiencias

y mejores prestaciones.

A día de hoy comparten el espectro las denominadas 2G, 3G y 4G, pero la

evolución del sistema tiende a ir en la dirección de que en cuestión de unos

años las tecnologías antiguas desaparecerán en favor de las nuevas

tecnologías más modernas que suplirán con creces los servicios ofrecidos por

las primeras.

A pesar de toda esta evolución, a día de hoy la tecnología 2G (GSM) y 3G

(UMTS) siguen muy a la orden del día y de hecho han sufrido su evolución

correspondiente. Por otra parte tenemos el 4G (LTE) que pretende ser el

estándar futuro con el 4G+ (LTE-Advance), pero a día de hoy es una tecnología

demasiado nueva y que necesita una inyección de dinero importante para

alcanzar el nivel de cobertura que se tiene actualmente con 2G y 3G.

Es por ello que en este proyecto nos centraremos en hablar de la evolución

de la red 2G y 3G de forma teórica y práctica, dando detalles del 4G y de cómo

esta evolución y la inclusión de una nueva tecnología (4G) ha provocado que la

Red de Acceso Móvil se vea modificada. Para ello explicaremos los cambios

producidos en la red 2G y 3G y posteriormente se explicarán las nuevas

tecnologías aplicadas a los sistemas de radioenlaces que servirán para

transportar los datos a través de la red a largas distancias.

3

2- INTRODUCCIÓN A LA RED MÓVIL

El proyecto sobre el cual va a desarrollarse esta memoria, trata acerca de

las nuevas tecnologías aplicadas a los sistemas de telefonía móvil en su Red de

Acceso Radio, renovación de equipos y evolución futura. Para ello vamos a

hacer una introducción a los elementos que van a componer el proyecto.

2.1- RED DE ACCESO RADIO

La red de acceso radio es la parte de la red de telefonía móvil que se

encarga de llevar la información desde el usuario hasta el núcleo de la red.

En concreto, para un sistema 2G (GSM1/GPRS2/EDGE3) comprende los

elementos situados en la BSS4, es decir, BSC (Controlador de Estación Base) y

BTS (Transceptor de Estación Base) como extremos y todos los elementos que

interconectan estos dos equipos. Para el caso 3G (UMTS5/HSPA6) se compone

de los elementos que interconexionan la RNC (Radio Network Controller) y el

Nodo B. Para el 4G (LTE/LTE-Advance) cambia la estructura de la red de forma

que los nodos (eNodeB) tienen mayor protagonismo y no existe una estructura

tan jerárquica como en las tecnologías anteriores.

La estructura del sistema podemos verla en la Figura 1 , Figura 2 y Figura 3

para el caso de 2G, 3G y 4G respectivamente.

1 Global System for Mobile communications2 General Packet Radio Service3 Enhanced Data Rates for GSM Evolution4 Base Station System5 Universal Mobile Telecommunication Systems6 High Speed Packet Access

4

Figura 1: GSM Figura 2: UMTS. (fuente: Wikipedia)

Hasta hace poco tiempo, todos los sistemas de comunicaciones de telefonía

móvil llevaban los datos de los usuarios hacia la red a través de redes con

capacidad canalizada. Tanto para GSM como para UMTS se utilizaban sistemas

TDM (ATM si hablamos de UMTS) en el cual la capacidad de cada usuario es

limitada a un canal de voz de 64kbps dentro de una trama de 2Mbps (E1) en el

caso de GSM y para UMTS se cogerían varios canales o varios E1's al completo

para dar la capacidad necesaria para datos. También existía el sistema Dual

Stack en el cual se mantenía la voz mediante sistema TDM pero se habilitaba

un camino Ethernet de baja capacidad para datos ya que los equipos utilizados

para los primeros radioenlaces no soportaban altas capacidades.

Bajo la premisa de hacer evolucionar la red e ir aumentando la capacidad

para las nuevas necesidades de los usuarios, se pretende cambiar los equipos

de la Red de Acceso Radio hacia equipos más modernos con más capacidad y

más funcionalidades.

Este cambio de equipos producirá modificaciones en la topología de la red al

poder albergar nuevas capacidades y mejores características de manera que se

optimice todo el trabajo en la Red de Acceso Radio.

Para 2G y 3G, en la Red de Acceso Radio, podemos encontrarnos con cuatro

tipos diferentes de transmisión:

5

Figura 3:LTE (fuente: http://ecee.colorado.edu/~ecen4242/LTE/e_utran.html)

- TDM7: Transmisión de capacidad 2Mbps (E1) y utilizada como fin

principal para transmitir datos de voz 2G. También se puede utilizar

uniendo varios flujos E1 para transmitir datos de la red 3G.

- Dual Stack: Se le añade al camino TDM de voz un camino Ethernet de

baja capacidad por el cual irá la información de datos.

- FULL IP: Transmisión en la que todo el camino es de capacidad Ethernet

(FE8 o GE9). Utiliza el protocolo IP para transportar datos de la red 3G.

- FULL IP + CoTransmisión (COTX): Al FULL IP se le añaden los datos de la

red 2G, usando la ruta para los dos tipos de tráfico.

Para llevar a cabo estos tres tipos de transmisiones, dentro de la Red

De Acceso Radio podemos encontrar los siguientes equipos, (nos

centraremos en equipos del fabricante Huawei):

- BSC/RNC: Equipos de control de transmisión de los datos 2G/3G

enviados desde la BTS/NodoB respectivamente.

- BTS/NodoB: Son los responsables de la transmisión y recepción radio

entre el terminal móvil y las celdas donde se encuentre ubicado el equipo

2G/3G.

- Single Ran: En adelante los llamaremos RARU (Red de Acceso Radio

Unificado). Son nuevos equipos con las capacidades suficientes como para

poder unificar en un mismo equipo una BTS y un Nodo B.

- Equipos de microondas (RTN): los llamaremos TM (Tráfico de

Microondas). Son aquellos equipos entre los que se establece un enlace

radioeléctrico para comunicarse entre ellos en la trasmisión de información

a lo largo de la ruta desde la BTS/NodoB/RARU hasta la BSC/RNC. Estos

equipos no solo tienen la capacidad de transmitir a través de radioenlaces,

7 Time Division Multiple Access.8 Fast Ethernet9 Gigabit Ethernet

6

pueden hacerlo además a través de otro tipo de conexiones de cableado.

Tienen transmisión desde la capa de acceso a la capa backbone, admite la

función Ethernet de clase carrier para el soporte de backhaul móvil de

GSM y UMTS a LTE. Admiten diferentes rutas de acceso radio de

microondas en una sola plataforma, desde Full IP hasta E1 (TDM).

Hay diferentes modelos de TM. Cada modelo tiene un determinado

número de “slots” (ranuras) para poder insertar diferentes modelos de

tarjetas las cuales tendrán diferentes capacidades y usos en función de los

puertos que lleve cada una. Las capacidades pueden ser desde Fast

Ethernet (100Mbps), Gigabit Ethernet (1Gbps), hasta E1 (2Mbps).

- Pasarelas (PTN): los llamaremos GW (GateWay). Son los equipos

encargados de entregar la información procedente de la BTS/RNC/RARU a

la BSC/RNC por lo tanto son equipos concentradores de tráfico.

- Equipos de transmisión TDM (SMX15): Son equipos antiguos de la marca

Alcatel-Lucent16, soporta las distintas estructuras de trama SDH17 (STM-1,

STM-4, STM-16) y disponen de varias interfaces para facilitar y agilizar el

despliegue. Estos equipos son capaces de dar velocidades desde E1 hasta

2,5Gbps (STM-16), por lo que son adecuados para redes de acceso

metropolitanas y también para la red troncal. En la práctica se usan para

transportar tributarios (E1's) a largas distancias obteniendo una red

troncal de acceso SDH con gran capacidad y velocidad gracias a las

conexiones de fibra que se establecen entre estos equipos.

Los llamaremos ETDM (Equipos TDM). Se encargarán de llevar la

información hacia la BSC/RNC mediante conexiones de 2Mbps

exclusivamente para cada usuario. Si es necesario ampliar capacidad se

cogerían varios canales de capacidad E1.

15 SONET Multi Application Network Element. 16 https://support.alcatel-lucent.com/portal/web/support/product-result?entryId=1-000000000250217 Jerarquía Digital Síncrona

7

- Equipos de acceso multiservicio (ATN): Los llamaremos AM (Acceso

Multiservicio). Son equipos con mayores capacidades situados en el borde

de la red que ofrecen un enrutamiento fiable, virtualización de MPLS10,

protección de servicio (detectar fallos en red y re-enrutar tráfico para

desviar los fallos), variedad de interfaces (FE, GE, STM1) y soluciones de

reloj para redes backhaul móvil que requieran relojes de alta precisión.

Tanto los PTN (GW) como los ATN (AM) soportan la tecnología MPLS que

opera entre la capa de enlace de datos y la capa de red del modelo OSI.

Fue diseñado para unificar el servicio de transporte de datos para las

redes basadas en circuitos y las basadas en paquetes. Puede ser utilizado

para transportar diferentes tipos de tráfico, incluyendo tráfico de voz y de

paquetes IP. En la Figura 4 pueden verse todos estos equipos:

10 Multiprotocol Label Switching. Ver la RFC3031 del IETF donde se encuentra definido.

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Figura 4: Ejemplos de equipos que componen una red de telefonía móvil

3- OBJETIVOS DEL PROYECTO

Como se ha explicado, el objetivo principal del proyecto es la renovación de

la Red de Acceso Radio, así que el primer paso es el paso de equipos usados

exclusivamente para 2G y 3G (BTS y NodoB respectivamente) hacia otros

equipos más evolucionados (RARUs) con diferentes características, mejorando

a lo que ya había instalado y dando la posibilidad de unificar el tráfico 2G/3G

en una misma transmisión.

A nivel de equipo, los RARUs11 implementan una red que soporta una

implementación multi-modo. También permite la integración completa de GSM,

UMTS y las funciones de LTE12. Todas las funciones pueden implementarse

dentro de la misma red y los recursos incluyendo el espectro y amplificadores

de potencia. La operación y el mantenimiento pueden compartirse en forma

dinámica. Por último, solo un sistema integrado de gestión es necesario para

todas las implementaciones, independientemente de GSM, UMTS o LTE. En

lugar de tres, ahora se requiere solo un equipo para una perfecta operación y

mantenimiento de una red de múltiples nodos.

Estos equipos aprovechan al máximo la eficiencia de los principales activos

de los operadores, en concreto:

- Activos del sitio: más amplio, más cercano y más ecológico.

Con los RARU, las redes móviles reducen al mínimo la necesidad de agregar

sitios o perturbar el espacio existente arrendado. Con un tamaño mucho

más pequeño que cualquier BTS tradicional, un solo RARU admite cinco

bandas de frecuencia y tres tecnologías, proporcionando alta capacidad y

alta potencia con una gestión mucho más eficiente de los recursos. Por otra

parte se reduce el consumo de energía de los sitios de un año a otro a

través de soluciones técnicas.

11 La información sobre los Single Ran de Huawei (RARU en la memoria) se encuentran en: www.huawei.com12 Long Term Evolution

9

- Activos del espectro: continuar con el aumento de la eficiencia espectral.

Ante la escasez del espectro disponible, los operadores que deseen adquirir

recursos adicionales de espectro deben gastar sumas exorbitantes de

dinero. La solución ideal es aprovechar los recursos existentes de espectro

para implementar diferentes modos de redes de telefonía móvil o reutilizar

los recursos disponibles del espectro a medida que evolucionan las nuevas

generaciones de redes.

Los RARUs mejoran la eficiencia del espectro a través de dos técnicas

principales:

· Multiplicación:La tecnología de Múltiples entradas y Múltiples salidas

(MIMO) logra una mejor eficiencia del espectro. La capacidad de

soportar esta tecnología da a los RARU ventaja sobre otros equipos.

· Coordinación: Los RARUs permiten y coordinan el despliegue de

GSM / UMTS, UMTS / LTE, GSM / LTE y GSM / UMTS / LTE en bandas

de frecuencias compartidas.

- Activos del personal: aumento de la productividad sin coste adicional.

Los RARUs permiten a los operadores lograr una gestión integrada de

equipos y sitios, de diversos modos de tecnología y de toda la red de

extremo a extremo sin desafíos respecto de los gastos generales de

recursos humanos. La operación y el mantenimiento integrados logran una

valiosa transición desde el enfoque de un solo equipo para la operación y

mantenimiento, respondiendo al reto de mejorar la experiencia de los

usuarios.

Una vez explicado el funcionamiento y las ventajas de los nuevos equipos

RARU (Single RAN) que serán una parte fundamental de la evolución de la red

2G y 3G, procederemos a explicar cómo se produce el cambio en la red.

El proceso de cambio de equipos se conoce como “swap”. Un swap supone

un cambio de una estación BTS GSM (banda 900) o una estación BTS DCS

10

(banda 1800) hacia un equipo RARU. En este equipo se podrán implementar

todas las tecnologías disponibles, incluyendo el LTE, pero solo el 2G y el 3G

llevarán sus flujos de datos en la misma transmisión debido a la necesidad de

enrutar y configurar las VLAN para LTE/2G-3G de forma diferente. Así pues, las

configuraciones posibles después de realizar el swap son las siguientes:

- Se integra 2G con 3G en tecnología FULL IP: al hacer el swap, la red

GSM irá por el mismo camino que el 3G.

- Se integra 2G y 3G en tecnología TDM: cada red irá por un camino

diferente de la otra. En este caso se mejora respecto a la antigua

configuración en que se reduce el coste de equipos, pero la configuración

es la misma.

- Se integra 2G sin 3G: mismo caso anterior, se integra sobre TDM, pero

no se añade 3G.

- Nuevas integraciones de 2G sin 3G: para nuevas estaciones que vayan a

hacer uso de la red GSM pero sin 3G.

- Nuevas integraciones de 3G: mismo caso anterior pero solo integrando

3G. Irá sobre tecnología FULL IP.

- Nuevas integraciones 2G y 3G: en este caso se integran 2G y 3G en Co-

transmisión.

Para poder llevar a cabo estas topologías, será necesario explicar los tipos

de conexiones definidas a lo largo de las posibles diferentes rutas de

transmisión desde el nodo hasta el núcleo de la red.

11

4- CONEXIONES

En este apartado se explicarán las diferentes conexiones que podremos

encontrar a lo largo de las rutas de los diseños de cada nodo.

4.1- CONEXIONES FÍSICAS:

Una conexión física es aquella que se hace directamente entre dos equipos

conectando físicamente un puerto de cada equipo. Las conexiones pueden ser

de dos tipos: eléctricas y ópticas, ambas con diferentes tipos de capacidades

(GE 1Gbps, FE 100Mbps, STM1, etc.). A las conexiones eléctricas las→ →llamaremos CE (Conexión Eléctrica). A las conexiones ópticas FO (Fibra

Óptica). Para radioenlaces las llamaremos MO (Microondas).

4.2- CONEXIONES LÓGICAS:

Definiremos conexiones lógicas sobre conexiones físicas entre equipos. Una

conexión lógica puede estar creada entre dos equipos adyacentes o entre los

equipos de los extremos de la ruta. Pueden tener diferentes capacidades e ir

sobre cualquier tipo de tecnología de conexión que se use entre equipos

siempre que la tecnología sea capaz de dar soporte a las necesidades de la

conexión lógica. Son conexiones virtuales y según la tecnología, cada camino

lógico llevará un identificador diferente. Para el caso de TDM serán

contenedores de capacidad fija (VC3, VC12, etc que se verán posteriormente)

y para caminos IP se definirán VLAN's13. Podemos diferenciar los siguientes

tipos de conexiones lógicas:

- Conexiones Nodo-Pasarela: Conexiones entre los nodos y la pasarela

previa a la BSC/RNC. En función del tipo de transmisión tendremos:

· TDM: Para una transmisión TDM tendremos como capacidad lógica

enlaces E1. Estas conexiones la llamaremos 2M ya que su capacidad

13 Virtual LAN (Red de Área Local Virtual)

12

será de 2Mbps.

· FULLIP: Para una transmisión en FULL IP necesitaremos enlaces con

capacidad Ethernet para poder transmitir tráfico IP sobre ellos. A

estos enlaces los llamaremos ETH y su capacidad podrá ser de

100Mbps (FE) o de 1Gbps (GE).

Los tres casos posibles de transmisión se pueden ver representados para

el caso de TDM en la Figura 5 y para el caso de FULL IP en la Figura 6:

- Conexiones extremo a extremo: En este caso la conexión lógica estará

creada entre el nodo y la BSC/RNC. Si la conexión es para la ruta 2G

tenemos la interfaz Abis tal y como se puede ver en la Figura 7, si es para

la ruta 3G será la interfaz Iub tal y como se ve en la Figura 8. Si se

implementa co-transmisión (COTX), que se explicará más adelante,

tendremos los dos tipos de interfaces juntas tal y como se puede ver en la

Figura 9.

13

Figura 5: TDM

BTS_A GW_A2M_A

Figura 6: Full IP

NODO B/RARU

GW_AETH_A

Figura 7: ABIS

BTS_A BSC_AABIS_A

Figura 8: IUB

NODO B_A RNC_AIUB_A

La topología de una Red de Acceso Radio basada en IP con co-

transmisión es la que se puede ver en la Figura 10:

Se puede ver como la transmisión IP va desde el nodo a través de un

camino Ethernet hasta la pasarela. Esta pasarela (GW_A) se comunica a

través de túneles MPLS con otras pasarelas de interconexión (GW_B y

GW_C) que irán unidas a las BSC (Abis) y RNC (Iub).

Para conexiones por TDM las conexiones Abis (nodo – BSC) e Iub (nodo -

RNC) llevan incluidas dentro de ellas las conexiones 2M.

- Conexiones entre equipos adyacentes: estas conexiones se realizan solo

para transmisiones TDM debido a la necesidad de reservar capacidades

para cada transmisión. Se establecen jerarquías sobre un enlace físico ya

hecho entre los dos equipos. Las jerarquías digitales se definen en fibra o

14

Figura 9: COTX

RARU

BSC_A

RNC_A

ABIS_A

IUB_A

Nodo:

Nodo BBTS

RARU

GW_AGW_C BSC_A

RNC_AGW_B

ETH_A

ABIS

Figura 10: Esquema de transmisión

IUB

MPLS

MPLS

radioenlaces SDH. El tipo de jerarquía (155Mbps, 622Mbps ,2.5Gbps)

depende de las tarjetas que se instalen en los equipos y de su capacidad

de modulación.

La capacidad mínima de una jerarquía es de 155Mbps (1 STM-1). Cada

STM-1 se compone de 3 contenedores (VC3). La estructura se puede ver

en el Figura 11:

Sobre el VC3 se mapean contenedores más pequeños llamados VC12 de 2

Mbps, es decir, 1 VC12 equivale a 1 E1 (Figura 12).

Cada VC12 tiene su propia cabecera y datos. Hay una pérdida de

eficiencia dado que en 1 VC3 metemos las cabeceras de los VC12.

Caben 63 contenedores VC12 en un VC3 a 63x2Mbps = 126 Mbps. El

siguiente escalón de la jerarquía digital es el STM-4 = 4 x STM-1. =

622Mbps. Y el siguiente salto es un STM-16 = 4 x STM-4 = 16 X STM-1 =

2.5G.

15

Figura 11: Cabecera STM1 VC3

Figura 12: Cabecera STM1 VC12

5- ESTRUCTURA DE RED, TRÁFICO Y

GESTIÓN

En este apartado se explicarán los dos tipos de arquitectura de red que

pueden existir en función de la tecnología que emplee. Hay un elemento en

común para ambas arquitecturas, y es que los RARUs llevan cargadas

diferentes tipos de tarjetas con distintas capacidades que podrán servir para

cada una de las tecnologías. En concreto se utilizan tarjetas para GSM con

puertos con capacidad E1 y FE, comercialmente son la GTMU de Huawei y las

llamaremos GSM_T en adelante. Para WCDMA que servirán para el 3G existen

la WMPT (Huawei) que disponen de puertos con capacidad E1 y FE. que

pueden ser puertos ópticos o eléctricos en el caso de los de capacidad FE, las

llamaremos UMTS_T. Para LTE hay otro tipo de tarjeta que es la evolución de

las UMTS_T en las que todos los puertos Ethernet son de capacidad GE y

pueden ser ópticos y eléctricos según como se quiera configurar, se trata de las

UMPT de Huawei (las llamaremos LTE_T) y al tener también puertos con

capacidad E1 también servirá para las tecnologías precedentes.

Si estamos en el caso de que la transmisión vaya a realizarse sobre TDM, no

hacen falta IP's para definir la ruta ya que toda la información irá dentro de

jerarquías con sus propios contenedores con una capacidad de tráfico limitada

y ya definida. La estructura de red será la que se ve en el Figura 13:

16

Red de TM

Red ETDM

BSC

RARU

Figura 13: Estructura de red TDM

En este caso desde el RARU podemos acceder a una red de equipos de

radioenlaces que lleven la información hasta la red de acceso a la BSC. Esta

red está compuesta de equipos ETDM interconectados entre ellos formando un

mallado que servirá para crear diferentes caminos para una misma conexión y

así dotarla de más seguridad con una ruta de protección por si cae la principal.

La red de TM's no tiene por qué existir en estas rutas, simplemente servirán de

red de transporte para la información de los nodos más alejados de la BSC,

para nodos cercanos se conectarán directamente a la red de ETDM's que sí es

necesaria para conectarse a la BSC con tecnología TDM. Las conexiones a la

RARU se harán en la tarjeta GSM_T utilizando un puerto de capacidad E1.

Si estamos en el caso de FULL IP + COTX la estructura cambia. Pasamos a

tener un camino Ethernet y la ruta vendrá definida con direcciones IP, una para

tráfico y otra para gestión.

En este caso las conexiones en la RARU se harán en la tarjeta UMTS_T en un

puerto eléctrico de capacidad Fast Ethernet (100Mbps). Para llevar a cabo la

co-transmisión deberemos conectar un puerto óptico de capacidad Fast

Ethernet de la tarjeta GSM_T con un puerto óptico de la misma capacidad en la

tarjeta UMTS_T. De esta forma la información que llega desde las antenas

radio a la tarjeta del GSM pasa a la tarjeta del 3G y podemos hacer pasar la

información del 2G a través del camino del 3G.

A la salida del nodo tendremos, por tanto, la información del 2G y el 3G en

un mismo flujo de datos. Para poder tratar esta información tenemos un

camino Ethernet y se necesitarán IP's de tráfico, una para el 2G, otra para el

3G que serán las IP's de co-transmisión y tendrán la función de crear una

subred dentro de la RARU para diferenciar el flujo de datos 2G del 3G, y una

última que será la IP de tráfico del nodo y será la que servirá para direccionar

el flujo de datos 2G+3G. Además hará falta una IP de gestión asignada a la

salida del nodo para el control de la RARU. Así por parte de la RARU el

esquema quedaría tal y como se ve en la Figura 14:

17

Por tanto la información que entra y sale de la RARU tendrá como

identificador la IP de tráfico de la RARU y una vez entra en el equipo, la parte

del flujo de datos con la IP correspondiente al 3G de COTX irá hacia la tarjeta

UMTS_T y la correspondiente al 2G de COTX a la GSM_T.

Una vez sale la información de la RARU puede pasar por diferentes equipos

hasta llegar a la pasarela. Al llegar a la pasarela (también tiene IP de gestión y

de tráfico), se extraen los flujos de datos 2G y 3G y cada uno se envía a la BSC

y RNC correspondiente hacia la que va la transmisión a través de túneles LSP14

(camino MPLS unidireccional) que llegarán a la pasarela de la BSC y RNC.

El esquema es el que se ve en la Figura 15:

A continuación veremos ejemplos de los dos diferentes tipos de transmisión.

14 Label Switched Path

18

RARU

Figura 14: Esquema de Nodo

IP_UMTS_COTX

UMTS_T

GSM_T

IP_GSM_COTX

IP_TRÁFICO_RARU

IP_GESTIÓN_RARU

Figura 15: Túneles MPLS/LSP

GW_A

IP_TRAFICO_GW_A

IP_GESTION_GW_AGW_B

GW_C

LSP GW_A → GW_B

LSP GW_A → GW_C

LSP GW_C → GW_A

LSP GW_B → GW_ABSC

RNC

6- TIPOS DE TRANSMISIÓN

6.1- TRASMISIÓN POR TDM

En este apartado veremos un ejemplo práctico de cómo se realiza una

renovación de equipos en la red de acceso radio partiendo de una estación BTS

de un “Vendor_C” (un vendor es un fabricante de equipos) que tendrá una ruta

de transmisión hasta una BSC del mismo vendor y que serán cambiadas por un

RARU y una BSC del “Vendor_A”.

Para ello primero se nos tiene que indicar las especificaciones de la ruta que

son:

- Estación base a “swapear”: es la estación base que dejará de funcionar.

- Ruta antigua: será la ruta que utilizaba la BTS que se va a desactivar.

Una vez realizado el swap habrá que borrar todos los recursos utilizados

por esta ruta.

- RARU: equipo nuevo que reemplazará a la antigua BTS.

- Nueva ruta: la ruta que seguirá la transmisión del RARU_A hacia la

nueva BSC_A. Esta ruta podrá ser reutilizando los recursos de la antigua

ruta, en cuyo caso estaremos en un swap “al corte”, es decir, que cuando

se vaya a realizar el swap, se corta una ruta para dar paso a la otra y en

el tiempo intermedio hay corte del servicio, o puede ser una ruta que

aunque en algunos tramos siga el mismo camino que la anterior ruta, no

utilice los mismos recursos (contenedores VC12), en cuyo caso estaríamos

en un swap preintegrable, que significa que la nueva ruta y la antigua

podrá coexistir y que cuando se vaya a hacer el swap de la BTS antigua no

habrá corte de servicio al poder estar ya la nueva ruta en funcionamiento.

También se nos deberá indicar si el RARU llevará 2G solo o también integrará

3G por TDM, en cuyo caso no tendremos solo una conexión lógica 2M por ruta,

19

sino varias en paralelo para conseguir un incremento de la capacidad. En 2G, si

fuera necesario también se podría hacer este procedimiento para aumentar la

capacidad de la red.

Una posible petición de diseño por parte de un cliente potencial para una

trasmisión TDM puede ser la siguiente:

“ Hola,

Se va a realizar el renove del 2G BTS_A del site X,Y por el RARU_A que Irá a la

BSC_A y se reutilizará la TX actual.

Topología actual

_________________

BSC_B ---> CONCENTRADOR-----> 2M_1 -----> BTS_A

ESTRUCTURA 2M_1

Administrativo Elem_Origen Cont_Orig Elem_Destino Cont_Dest

155M_1 ETDM0_B VC12 #1 ETDM1_B VC12 #1

155M_2 ETDM1_B VC12 #2 ETDM2_B VC12 #2

155M_3 ETDM2_B VC12 #40 ETDM3_B VC12 #40

155M_4 ETDM3_B E1 #1 BTS_A E1 #1”

En este caso se nos ha pedido que se reutilicen los recursos de la ruta

antigua debido a la falta de recursos en los equipos de esa zona. Habrá que

tener en cuenta por tanto que es un swap “al corte” para indicárselo a los

técnicos que vayan a realizar el swap y el borrado de recursos de la antigua

ruta.

20

En primer lugar vemos como la antigua ruta acaba en un equipo

concentrador de tráfico el cual dirige todo el tráfico que le llega hacia la

BSC_B.

Necesitaremos por tanto encontrar otros equipos que se dirijan hacia la

nueva BSC_A. La mejor forma de realizar esto es haciendo el camino inverso,

es decir, desde la BSC hacia el RARU, viendo los equipos ETDM conectados a la

BSC. Estos equipos son propiedad de un “Vendor_B” diferente a la BSC_A y

BSC_B antigua, por lo tanto los contenedores VC12 utilizados en entre el

equipo ETDM y la BSC_A serán diferentes. Esta primera conexión hay que

definirla y reservarla en los ficheros de la BSC_A de las bases de datos

correspondientes para ello. En concreto tendríamos algo como lo que podemos

ver en la Ilustración 1 (página siguiente).

En el fichero de la Ilustración 1 podemos ver cómo se ha reservado ya el

contenedor 2 en la BSC_A para el RARU_A, y que la conexión correspondientes

con el ETDM1_A será a través del contenedor 7. Se puede apreciar en el

fichero que se trata de una conexión Abis de 155 Mbps con canalización de 2

Mbps (ABIS – STM-1 Canalizados) y el uso que se le da en cada conexión de

2Mbps a cada Time Slot (TS) de 64Kbps correspondiente a cada canal de voz

que puede ir dentro de una conexión de 2Mbps. 32 canales a 64Kbps = 2Mbps.

Al reservar estos contenedores para nuestra conexión en este fichero, estamos

obligando a usar la jerarquía donde se ha reservado estos contenedores que

une la BSC_A con el ETDM1_A.

NOTA: los datos de este fichero no serán los correspondientes al ejemplo que

estamos realizando, los VC12 serán distintos, esto solo es una representación del

fichero de la BSC_A para mostrar los diferentes componentes del mismo.

Una vez elegida la jerarquía y reservados los contenedores a través de la

cual saldrá la transmisión de la BSC_A hacia el RARU_A, habrá que comprobar

si el equipo ETDM1_A elegido para salir la transmisión de la BSC_A tiene

alguna otra conexión con otros equipos que hagan que se pueda unir a los

equipos utilizados en la ruta antigua.

21

22

Ilustración 1: Datos BSC. Reserva de contenedores VC12

Mirando en la base de datos en la cual posteriormente definiremos la

transmisión podemos ver que (Ilustración 2):

23

Ilustración 2: Jerarquías entre equipos ETDM

Nuestro equipo ETDM1_A tiene conexiones lógicas a través de una jerarquía

155M con la BSC_A tal y como ya habíamos elegido. Por otra parte también

tiene conexión con otro equipo ETDM1_C que podría ir hacia el equipo

ETDM1_B que es el que nos interesa al ser un equipo perteneciente a la

antigua ruta, por tanto elegiremos una de las jerarquías que hay entre el

ETDM1_A y el ETDM1_B. Vemos también que puede haber conexiones con

otros elementos tales como TM's (RTNs en el caso de equipos Huawei).

Posteriormente se explicarán estos casos.

Una vez unidos ya a la ruta antigua, solo hay que reutilizar los mismos

recursos que se usaban anteriormente. Así llamaremos a los equipos

ETDM1_B, ETDM2_B y ETDM3_B como ETDM2_A, ETDM3_A y ETDM4_A

respectivamente, quedando la ruta tal y como se puede apreciar en la

Ilustración 3:

Se puede comprobar como la salida y entrada de equipos ETDM contiguos

comparten el mismo contenedor tal y como se representa en el Figura 16:

24

Figura 16: Conexiones TDM

ETDM1 ETDM2VC12 X VC12 Y VC12 Y VC12 Z

Ilustración 3

Esto es debido a que al ser una jerarquía entre equipos del mismo vendor,

como el canal es siempre el mismo y fijo en capacidad, la numeración es la

misma en el enlace entre esos dos equipos. La diferencia la encontramos en la

unión con la nueva BSC, ya que la BSC pertenece al Vendor_A. El canal de

comunicación será el mismo para la conexión BSC_A – ETDM1_A pero el

mapeo en cada elemento es diferente, por lo tanto tendrán VC12 distinto para

cada equipo, pero compartirán el canal.

Otro detalle importante que podrá verse con más claridad en la trasmisión

por COTX son las conexiones físicas cableadas entre elementos. En este caso

se establecen conexiones cableadas entre todos los ETDM, en concreto son

conexiones de fibra que van de equipo a equipo en diferentes emplazamientos.

Esto se debe a que la parte de la red más cercana a la BSC tendrá más

equipos ETDM para llevar la información a la BSC y no sobrecargar posibles

radioenlaces en esa zona, ya que es más fácil sobrepasar la capacidad de un

radioenlace que la de conexiones de fibra óptica, ya que se pueden obtener un

número mucho mayor de canales de 2Mbps con este medio de transmisión. Por

este motivo vemos que la BSC y el primer ETDM comparten emplazamiento

(site A,B), todos los demás tendrán emplazamientos diferentes y el último

ETDM compartirá emplazamiento con el RARU (site X1,Y1).

Para estaciones cercanas a la BSC quedará entonces un esquema de red con

una estructura que se asemeja a la que se puede ver en la Figura 17:

25

Figura 17: Esquema TDM completo

ETDM1

Site X1,Y1

ETDM4

ETDM6

ETDM3 ETDMX BSC

RARU

ETDM5

Site X2,Y2 Site X3,Y3 Site A,B

ETDM2

Site X4,Y4 Site X5,Y5

Site X6,Y6

Se puede ver como se hace un mallado entre equipos ETDM interconectados

entre sí, así que puede haber varios caminos posibles para llegar desde el

RARU a la BSC, por lo que se hace una ruta principal siguiendo un camino

acordado, y otra de protección por un camino diferente en su parte más

propensa a tener problemas por si la principal falla.

Para estaciones situadas en emplazamientos lejanos a la BSC, en la

denominada última milla (zona más cercana al emplazamiento), como la

concentración de tráfico es menor que en los emplazamientos cercanos a la

BSC, se suelen utilizar equipos TM con radioenlaces para transportar toda la

información tal y como podemos ver en el la Figura 18:

De esta forma se reducen costes en infraestructuras y conexiones entre

equipos, pero debido a la limitación de capacidad de los radioenlaces, estos

equipos serán los que limiten la capacidad de la red para los nodos cuya ruta

pasen por el radioenlace. Se puede dar el caso de que con un solo radienlace

no se pudiera llegar aún a los equipos ETDM, en cuyo caso se haría uso de otro

radioenlace, siendo el de menor capacidad de los dos el que limitaría la

capacidad total de la ruta para los nodos que pasen por ese camino. Todos

26

RARU_A

RARU_B

RARU_C

TM TM

RED

DE

ETDM'S

BSC

Figura 18: Esquema TDM con RE

RNC

estos radioenlaces tienen que tener como características tener capacidad de

E1's y estar canalizados adecuadamente para dar un buen servicio en cuanto a

calidad y fiabilidad. Estos radioenlaces pueden ser Packet Microwaves

igualmente, pero se reserva una capacidad en E1's mínima para poder dar este

servicio asegurado. Si hay canales libres en el radioenlace, podrá establecerse

la comunicación, en caso contrario, las conexiones nuevas entrantes al

radioenlace se quedarán sin servicio.

Existen otros equipos de radioenlaces aún más pequeños para zonas con

poca concentración de tráfico. Dichos equipos realmente son tarjetas con

varios puertos conocidos como tributarios, de capacidad 2Mbps. Cada conexión

de un nodo que pase a través de estos equipos podrá utilizar el mismo canal

siempre y ningún otro nodo podrá utilizarlo, por lo tanto tienen la seguridad de

tener ese canal reservado permanentemente como si fuera un circuito de voz

de la red telefónica.

Por otra parte, en su camino hacia la BSC, una transmisión TDM podría llegar

a pasar a través de dos pasarelas. En estos casos, al ser la información que se

transporta tráfico de voz, necesitaríamos establecer un servicio de emulación

de circuitos (CES) en los túneles LSP (MPLS) que interconectan ambas

pasarelas para evitar que la información se pierda y atraviese ese tramo de

ruta con la misma estructura de trama que lleva en el resto de la ruta.

Para acabar con el 2G necesitamos generar las plantillas con las cuales se

generarán los scripts necesarios para hacer funcionar la estación base. Para

ello, entramos en la configuración del RARU, indicando que solo se

implementará 2G y rellenando los siguientes valores que podemos ver en la

Ilustración 4, obtendremos la plantilla necesaria:

27

En este apartado se le indica a la base de datos que se utilizará el último

software que hay para generar la plantilla, la BSC y el RARU que componen la

ruta, que es una transmisión TDM y el número de canales E1 a utilizar (en este

caso 1). Los números de abajo son los puertos y el contenedor de agregación a

la BSC que son los que elegimos al seleccionar el ETDM que se conecta a la

BSC. El último parámetro indica que no hay más E1's en la conexión. Esto

servirá para, o bien establecer una ruta 2G con más de un canal E1 en función

de las necesidades de la estación base, o para establecer una conexión 3G a

través de TDM (que no es lo habitual), ya que se necesitaría utilizar varias

rutas de 2Mbps para transportar la información y la RNC se encargaría de

tratar la información recibida tal y como se ve en el Figura 19:

28

Ilustración 4: Configuración TDM

6.2- TRANSMISIÓN POR COTX

Para este tipo de transmisión la principal diferencia radica en que la ruta

utiliza el protocolo IP sobre Ethernet en todo el camino, por lo tanto no

tendremos limitaciones para cada conexión de la cantidad de tráfico a

transmitir.

Un ejemplo de solicitud de diseño para una cotransmisión podría ser el

siguiente:

“Hola;

Se solicita el diseño de renovación de red de acceso radio para el RARU_A en

el emplazamiento “site X1,Y1” con los siguientes datos:

COD_LOC Código 3G Código RARU Código 2G a borrar

0000 NodoB_A RARU_A BTS_A

Se debe diseñar por COTX con su 3G coubicado con la siguiente ruta:

GW_A/35.2 --- AM1_A --- TM1_A --- MO000001 --- TM2_A --- AM2_A ---

7.0/NodoB_A

Se integran las tecnologías GSM900, U900 y U2100 ya integrados con el nodoB.

El 2G se debe asignar en la BSC_A.”

29

RARU

RNC

Figura 19: Esquema ATM

2M/00003

2M/00002

2M/00001

Se indica que el diseño se debe hacer utilizando la ruta del NodoB 3G que se

encuentra colocalizado con el RARU_A a instalar. La transmisión de la BTS_A se

desactivará para dar paso al tráfico 3G y 2G a través de la ruta del 3G.

Antes de empezar con el diseño hay que asegurarse de varias cosas:

1- El NodoB debe de estar en FULL IP. Esto se comprueba si en los

ficheros de IP's de gestión aparece una entrada para dicho nodo. No nos

vale solo con que aparezca en los ficheros de IP's de tráfico ya que estaría

en Dual Stack el nodo compartiendo ruta IP con ruta TDM.

2- El RARU debe tener cargadas las tarjetas correspondientes para el 2G y

3G (GSM_T y UMTS_T respectivamente) así podremos establecer las

conexiones.

3- Comprobar que todos los elementos que componen la ruta estén

integrados. En este caso que los TM estén integrados y con los

radioenlaces MO entre ellos en funcionamiento.

Una vez comprobado esto, en la base de datos que se utiliza para realizar los

diseños comprobamos si el RARU_A está ya creado. Si no lo está se busca la

localización del NodoB y en ese mismo emplazamiento se crea el RARU_A.

Lógicamente también deberá estar colocalizado con la BTS_A a desactivar ya

que la trasmisión de ésta pasará a través del RARU_A.

Cuando esté creado, entramos a configurar el RARU. Primero se le indicará

las tecnologías que se integrarán. En este caso GSM900, UMTS900 y

UMTS2100 (que es la tecnología que incorporaba el NodoB). Podría llevar

además GSM1800 también conocido como DCS. Se le indicará además que la

conexión lógica 3G será la del NodoB_A para que podamos importar los datos

del NodoB al RARU.

Esto se puede ver en la Ilustración 5:

30

A continuación definiremos las dos interfaces de acceso radio, el ABIS para el

2G y el IUB para el 3G, cada una de ellas dirigidas hacia la BSC_A y RNC_A

respectivamente (Ilustración 6).

Ahora importamos los datos del NodoB en el RARU y sobre estos datos

configuramos la transmisión para que sea COTX tal y como se ve en la

Ilustración 7:

31

Ilustración 5: Definición 3G+2G

Ilustración 6: Definición de RNC y BSC

En este primer apartado, se puede ver como seleccionamos la versión del

software a cargar, indicamos que está en FULL IP, que es migrado de un

NodoB para que se tenga en cuenta a la hora de cargar las IP's de gestión y

tráfico y coja las que ya tenía reservadas el NodoB, se indica también el

identificador de NodoB que se tuvo que reservar cuando se pasó a FULL IP el

NodoB, se indica el rack, slot y puerto a través de los que se conectarán a la

RNC y servirán de control del RARU (SPU Rack, SPU Slot y SPU SSN

respectivamente), se indica el tipo de sincronización (sincronización Ethernet,

si hubiese llevado la ruta equipos de otro vendor sería IP Clock). Indicamos

que se va a pasar por COTX como un nuevo NodoB y una nueva BTS, que va a

ir a la BSC_A y que el identificador de BTS es el 3386 (puede ser cualquier

valor que se encuentre libre en esa BSC) con identificador RARU_AG (la G

indica que es el identificador del GSM) El identificador de la BTS se sacará del

fichero de la BSC (Ilustración 8):

32

Ilustración 7: Configuración 3G

Es una tabla en la que se va reservando el identificador. Este identificador

servirá para identificar el tráfico de datos de cada nodo que entre a esa BSC, y

así poder definir las celdas vecinas para cada nodo, aunque esto es más tenma

de optimización radio y no entra en los objetivos del proyecto.

A continuación tenemos (Ilustración 9):

Se selecciona la agregación que va a tener la pasarela en su puerto de

entrada. En este caso tendremos agregación 13, eso significa que se podrán

unir 13 direcciones IP de gestión diferentes, una para cada nodo que se una a

la pasarela. Se indica el ancho de banda de subida y bajada, en este caso

30Mbps (30000Kbps). El ancho de banda vendrá limitado por los radioenlaces,

en el caso de no existir radioenlaces en la ruta, el ancho de banda será el

máximo permitido por una conexión Fast Ethernet (100Mbps).

33

Ilustración 9: Configuración 3G

Ilustración 8: Reserva BTSID

Se indican además los valores para el control de los parámetros anteriores

(SPU Rack, SPU Slot y SPU SSN ) en la RNC (SCTP LNK). Se indica la pasarela

hacia la que se dirigirá la ruta desde el RARU, la tarjeta por la que entrará la

conexión, los puertos, el equipo agregador (el equipo que está justo antes de

la pasarela) y se le indicará a la pasarela que los datos irán por COTX.

Por último, Para terminar de configurar todos los parámetros necesarios para

realizar la co-transmisión, necesitamos rellenar los valores que se pueden ver

en la Ilustración 10:

Se indican los puertos por los que entrará la información a la RNC, la

pasarela hacia la que va el RARU y su tarjeta, la pasarela de salida de la RNC a

la que se conectará la pasarela del RARU y la tarjeta que usará para la

conexión, y por último en lo referido al 3G se le indicará que en los túneles LSP

entre pasarelas debe ir activada la COTX. Para la BSC se indicará al igual que

para la RNC los puertos de entrada de la conexión con su pasarela de salida.

34

Ilustración 10: Configuración 3G

En las imágenes aparecen las direcciones IP's de RARU, pasarelas y

RNC/BSC debido a que el NodoB del que hemos importado los datos, estaba en

FULL IP y por tanto tendrá todas las IP's de todos los equipos que componen la

ruta ya cargadas.

Igualmente se necesita reservar las IP's de COTX para el RARU, así que se

saca una plantilla con todos los datos referidos a la transmisión y se ejecuta

una macro de Excel que reserva automáticamente las IP's de COTX. Una vez

obtenido esto se hace la parte del 2G.

La configuración de los parámetros es la representada en la Ilustración 11:

Los datos cargados de IP's, BTSID y ancho de banda de transmisión vendrán

cargados de los datos de la ruta del 3G, además hay que indicar el software

que se usará para cargar la plantilla del 2G que se generará, el tipo de

transmisión (en este caso IP), la plantilla a generar utilizando siempre la más

restrictiva (GSM_IP_Indoor) y el nodo que hará la COTX. El tipo de plantilla

35

Ilustración 11: Configuración 2G

podría cambiarse si además de GSM900 se añadiera GSM1800 (DCS), en cuyo

caso habría que utilizar una plantilla GSM&DCS_IP_Indoor o solo

DCS_IP_Indoor si es que solo se implementara el DCS y no GSM900. Una vez

hecho esto tendríamos las plantillas de COTX y de 2G (BTS) que servirán para

cargar los datos cuando se tengan que integrar los equipos y darle paso a la

ruta.

Ahora tendríamos que dejar documentada el camino lógico, para este caso

tendremos la siguiente estructura representada en la Ilustración 12:

En este caso se puede apreciar aún mejor la configuración de los equipos en la

ruta, ya que en el caso de TDM cada ETDM tiene una localización distinta.

Ahora vemos como están colocalizados con la pasarela dos equipos, un TM que

servirá para establecer un radioenlace con otra estación localizada en otro

emplazamiento, y un AM (ATN), este equipo puede hacer la función de

pasarela, pero se utiliza como equipo agregador para aumentar el número de

nodos que se puedan agregar a un puerto de la pasarela de la forma que se

puede ver en la Figura 20:

36

Figura 20: Esquemaconexión GW

AM GW

Agregación puerto conexión según capacidad. Con AM pueden llegar varios nodos.

IP gestión

IP tráfico

Ilustración 12

Al tener el AM (ATN) de elemento agregador (igualmente ocurriría con los

TM/RTN), para la pasarela lo verá como el único equipo conectado de forma

física a su puerto correspondiente, este puerto por capacidad y en función de

las diferentes tecnologías y nodos que lleguen ahí tendrá una agregación

(número de nodos entrando por el mismo puerto) determinada, así todos los

nodos que entren a la pasarela a través de este AM/ATN (o TM/RTN en su

caso) se sumarán a la agregación asignada a ese puerto.

Ejemplos de agregaciones serían: Para un puerto de capacidad GE, si se van

a implementar nodos 3G, entonces dentro de 1Gbps podrán entrar 13 Nodos B

(si es que se utiliza una máscara de /28 en la subred a la que pertenece el

puerto de la pasarela). En caso de que se implementaran nodos LTE, la

agregación sería de 5 nodos (máscara /29) y si el puerto de la pasarela tuviera

capacidad FE se podrían conectar nodos 3G en conexión directa (un solo nodo

y máscara /30) o 5 nodos 3G de baja capacidad siendo por tanto agregación 5.

El siguiente salto en la ruta es hacia la siguiente localización y mediante un

MO (radioenlaces de microondas) que llega a otro emplazamiento donde

encontramos un TM para recibir la información del radioenlace, otro AM para

cerrar el túnel creado entre AM's (no siempre se crea un túnel, los AM's

pueden funcionar como equipo de tráfico que deje pasar la información de

forma transparente) y el RARU. Entre equipos colocalizados, las conexiones

son físicas de capacidad FE eléctrica u óptica (100Mbps) en función de la

necesidad, aunque en esta ruta podemos ver una conexión de fibra óptica (FO)

ya que las conexiones entre AM's y pasarelas se suelen hacer ópticas y de

capacidad 1Gbps al ser los AM's equipos más pensados para las redes LTE. En

este caso tenemos un solo salto de emplazamientos en la ruta, pero podría

haber varios en función de la distancia a la que se encuentre la estación base

de la BSC.

El esquema general de una ruta sería el mostrado en la Figura 21:

37

Por último tendríamos el caso de que en el emplazamiento que queramos

hacer la renovación de la red de acceso radio, no existiera previamente un

Nodo B. En este caso no tendríamos ya instalada una ruta UMTS2100 y sería

en el RARU donde se integraría por primera vez el 3G. En este caso sería igual

el proceso, salvo que donde hemos indicado importar los datos del NodoB,

tendríamos que darle al RARU los valores del paso a FULL IP del NodoB,

creando así una nueva conexión FULL IP. El único paso que habría que dar

diferente es indicar el identificador de NodoB que se reserva en el fichero de la

RNC hacia la que va el 3G y que es similar a la reserva del identificador de

BTS. Esto se ve en la Ilustración 13:

5.3- DIFERENCIAS CON LTE

A nivel de transmisión, la estructura del 2G/3G en COTX es muy parecida a

la del LTE. Las principales diferencias son las capacidades de las tarjetas de los

equipos usadas en cada tecnología, la VLAN usada para transportar la

información y la existencia de un servidor de securización por parte del LTE.

Por parte del 2G/3G al ir en Co-Transmisión, se comparte recorrido para

ambas tecnologías y a nivel lógico se comparte igualmente la VLAN de tráfico y

de gestión para llevar los datos. En el caso del LTE, se puede compartir la

misma ruta física que para el 2G/3G (salvo en el nodo que irá a diferente

38

Figura 21: Ruta COTX

RARU EQUIPO A EQUIPO B EQUIPO C GWEQ. AGREGADORMO MO

SITE A SITE B SITE X

Ilustración 13: Reserva del identificador de Nodo B

bastidor y con diferente conexión), pero al ser una red diferente, la VLAN de

tráfico y de gestión debe ser diferente para poder diferenciar en las pasarelas

(PTN/GW).

Debido a la necesidad de usar una VLAN independiente para el LTE, en los

emplazamientos donde se implementen 2G, 3G y LTE tendrán que haber dos

bastidores independientes (cada uno con su RARU), uno de ellos destinados a

la salida de transmisión del 2G/3G y el otro para el LTE, conectándose por

puertos diferentes a los equipos agregadores, sin embargo en la pasarela

destino podrán entrar por el mismo puerto -compartiendo ruta por tanto-

debido a que la pasarela posteriormente podrá desagregar el tráfico cursado

por cada VLAN de forma individual. La estructura por tanto quedaría tal y como

puede verse en la Figura 22:

Para dar soporte a estas tecnologías se pueden usar sistemas de cableado

(gran fiabilidad pero con un coste muy alto de despliegue) o bien mediante

radioenlaces. Esta opción por ser la más barata y la que más alcance consigue

es la que se usa para unir los nodos con sus respectivas pasarelas. Es por ello

que para satisfacer el aumento de capacidad demandado en la red con las

nuevas tecnologías, los radioenlaces también han debido de evolucionar.

39

Figura 22: Estructura de transmisión para un site multitecnología.

7- EVOLUCIÓN DE LOS RADIOENLACES

Tal y como se ha ido explicando en los apartados anteriores, para conectar

nodos distantes, la mejor manera es utilizando radioenlaces. Las ventajas que

suponen el uso de radioenlaces sobre el cableado depende en gran medida de

las distancias que necesitemos cubrir con la infraestructura a desplegar,

sobretodo en el caso del cableado. En el caso de un radioenlace la distancia a

cubrir no afectará a la ingeniería más que en el ajuste fino de la disponibilidad

y elección de la frecuencia y sistema radiante óptimo. En el caso del cableado

un tendido de kilómetros requiere de una importante inversión de dinero y

tiempo a la hora de planificar canalizaciones y posibles trabajos de obra civil.

Los radioenlaces han ido teniendo una evolución a la vez que ha ido

evolucionando la red de telefonía móvil en función de la demanda de los

usuarios. Al principio se utilizaban radioenlaces para TDM con una capacidad

reducida y sin flexibilidad. A medida que el flujo de datos en la red ha ido

creciendo, la migración hacia redes IP ha sido necesaria, y para ello, los

radioenlaces también han debido evolucionar. Los primero radioenlaces con

capacidad Ethernet son los BEP18. Actualmente, para el tráfico IP de la red 3G

se utilizan radioenlaces BEP 2.0 con mayor capacidad que los anteriores, pero

debido a la entrada del LTE es necesaria una capacidad aún mayor y para ello

se utiliza sobre estos mismos radioenlaces la tecnología XPIC19. En la Figura 23

y Figura 24 se pueden comparar ambos casos:

18 Backhaul Ethernet Protocol19 Cross-Polar Inference Cancelator

40

Figura 23: Capacidades BEP 2.0

Como se puede observar, el aumento de capacidad es del doble para un

mismo radioenlace. El esquema puede parecer similar al que se utiliza en los

sistemas BEP de radio protegidos (1+1), en los que se tiene una radio primaria

y una de reserva montadas directamente en la antena y acopladas a través de

un acoplador de 6dB, pero en este caso tenemos dos canales totalmente

disponibles (2+0), reduciendo costes en equipos. Además la capacidad de los

nuevos equipos de cambiar la modulación según las condiciones del medio

(ACM20) hacen que para un mismo radioenlace tengamos una amplia gama de

velocidades a la que se puede transmitir con el mismo ancho de banda y

misma frecuencia, aunque esto ser verá más adelante.

Por otra parte, los radioenlaces XPIC no son suficientes para dar capacidad a

la alta demanda de tráfico en grandes urbes, en estos casos se utilizan

radioenlaces con una tecnología muy novedosa que utilizan frecuencias de

entre 70 y 80 Ghz consiguiendo capacidades de hasta 2Gbps, pero debido a

sus características son muy sensibles a variaciones ambientales y tienen un

alcance muy reducido. Son los llamados radioenlaces E-BAND.

Estas dos últimas tecnologías son las más modernas y las abordaremos en

los siguientes apartados.

20 Adaptive Code Modulation

41

Figura 24: Capacidades BEP2.0 + XPIC

7.1- PROCESO DE DISEÑO DE UN RADIOENLACE

En este apartado abordaremos el proceso llevado a cabo para diseñar un

radioenlace de manera teórica y práctica. Se hará una descripción general de

como afrontar el diseño y posteriormente se estudiarán los casos más nuevos

y sus particularidades (XPIC y E-BAND).

Podemos definir los radioenlaces terrenales del servicio fijo como sistemas

de radiocomunicaciones entre puntos fijos situados sobre la superficie

terrestre, que proporcionan una capacidad de transmisión de información con

unas características de disponibilidad y calidad determinadas. Generalmente,

los sistemas de radioenlaces se explotan entre unos 2 GHz y 50 GHz,

dependiendo de su capacidad, aunque como ya hemos visto, actualmente se

está explotando incluso la banda de 70 – 80 Ghz.

Los radioenlaces establecen circuitos de telecomunicación de tipo dúplex, a 4

hilos equivalentes, por lo que deben transmitirse dos portadoras moduladas,

una para cada sentido. Se denomina radiocanal a la pareja de portadoras de

ida y de retorno. Según el tipo de modulación, pueden clasificarse los

radioenlaces en analógicos y digitales, aunque a día de hoy, los radioenlaces

analógicos están en desuso por lo que todos serán digitales. En general, en los

radioenlaces se emplean antenas muy directivas, con buena relación delante-

atrás, lo que permite establecer cada radiocanal empleando únicamente dos

frecuencias, una para cada sentido de transmisión, las cuales se reutilizan en

vanos sucesivos. Debido a esta fuerte reutilización de las frecuencias pueden

producirse interferencia cocanal. Para reducir al mínimo los efectos de estas

posibles interferencias, se cambia la polarización de la onda en cada vano o se

utiliza el criterio de Hi-Lo mediante el cual, para un mismo canal, en un mismo

emplazamiento no podemos tener bandas H y L mezcladas para una misma

banda de frecuencias (o están todos los enlaces de esa banda en H o lo están

en L) y así, en el otro extremo se tendrá la configuración contraria.

42

Los parámetros básicos de un radioenlace son los siguientes:

PR(dBm) = P

T(dBm) – L

TT(dB) + G

T(dB) – L

b(dB) + G

R(dB) – L

TR(dB) (Ecuación de Friis)

Donde:

- PT(dBm) : Potencia de transmisión, entregada por el amplificador del

transmisor a los circuitos de acoplamiento a la antena.

- LTT(dB), L

TR(dB) : Pérdidas en los circuitos de acoplamiento a la antena

del transmisor y receptor, respectivamente.

- GT(dB), G

R(dB) : Ganancias de las antenas de transmisión y recepción,

respectivamente.

- Lb(dB) : Pérdida básica de propagación.

- PR(dBm) : Potencia recibida, que se define a la entrada del amplificador

de RF del receptor.

En condiciones normales de propagación, con despejamiento adecuado, la

pérdida básica de propagación es la del espacio libre. Sin embargo, existen

atenuaciones adicionales que se manifiestan en condiciones de propagación

anómalas, dando lugar a desvanecimientos. Para un vano de radioenlace

terrenal, la pérdida básica de propagación incluye: Pérdida en condiciones de

espacio libre (Lbf), Pérdida por difracción, debida a un despejamiento

insuficiente (Ldi), Pérdida por desvanecimiento, desenfoque y centelleo (L

d),

Pérdida por errores en los ángulos de salida y llegada (La), Pérdida ocasionada

por las precipitaciones (Lp), Pérdida debida a la absorción de gases y vapores

atmosféricos (Lg).

43

Todos los radioenlaces deben cumplir con unos criterios de calidad. Un

estudio básico de la calidad de un enlace consistiría en medidas en función del

porcentaje de tiempo que la señal recibida podría encontrarse por debajo del

nivel umbral o threshold del receptor, relativo al período de tiempo total

observado. Es por esto que hay que fijar una diferencia necesaria entre el nivel

nominal de la señal y ese valor umbral conocida como margen de

desvanecimiento o margen de fading.

El umbral se define como la mínima potencia de recepción requerida para

que el demodulador trabaje a una específica tasa de error. Son dos umbrales

los que se citan normalmente, BER de 10-3 y BER de 10-6. Las probabilidades de

error para los sistemas de modulación más utilizados en los radioenlaces

digitales, en condiciones de recepción ideales con receptor óptimo, son función

del parámetro normalizado w:

w=eb

n0

=p r

kT 0 f r V b

(1)

Donde eb se refiere a la energía por bit a la amplitud máxima de la portadora,

no es la densidad de ruido, p

r es la potencia recibida, k es la constante de

Boltzmmann, To = 290 ºK la temperatura de referencia, f

r el factor del ruido del

receptor y Vb la velocidad binaria.

Lo primero con lo que hay que contar es con el valor de w correspondiente a

la probabilidad de error deseada según el tipo de modulación empleado y

después igualando pr = t

h comprobamos que el umbral de recepción es

dependiente de:

Th (dBm) = W (dB) + F

r (dB) + 10 log V

b (bit/s) – 174 (2)

Se denomina margen bruto de desvanecimiento a la diferencia entre las

potencias recibida y umbral. Designando al margen bruto como M3, se tiene:

44

M3 (dB) = C(dBm) – T

h3 (dBm) (3)

Los fabricantes de equipos especifican los valores del umbral del receptor de

sus equipos de radio, relacionándolos con el ancho de banda del sistema.

7.1.1- CALCULO DE LA CALIDAD DEL RADIOENLACE

Uno de los objetivos de la planificación de radioenlaces digitales es obtener

la longitud óptima de vano compatible con el cumplimiento de las cláusulas de

UIT-R22 en cuanto a indisponibilidad y calidad23. Cuanto mayor pueda ser dicha

longitud, se requerirán menos equipos y emplazamientos para establecer una

ruta dada, con la consiguiente ventaja económica.

Tras numerosas experiencias y mediciones, se ha llegado a la conclusión de

que la propagación multitrayecto es el factor dominante en el desvanecimiento

por debajo de unos 10 GHz. Por encima de esta frecuencia, los efectos de las

precipitaciones tienden a determinar cada vez más la longitud admisible del

vano a través de los objetivos de interrupción del radioenlace

(indisponibilidad). La disminución necesaria de la longitud del vano, al

aumentar la frecuencia, reduce la severidad del desvanecimiento debido a la

propagación por trayectos múltiples. Estas dos principales causas de

desvanecimiento suelen ser mutuamente exclusivas, por tanto, deben sumarse

los tiempos de interrupción respectivos previstos para ellas.

Como los eventos de errores que afectan a la indisponibilidad son

relativamente largos (>10s) y el desvanecimiento multitrayecto es de breve

duración (algunos ms), se realizan por separado las evaluaciones de

indisponibilidad y de fidelidad (calidad de error). Para la primera únicamente se

considera el efecto de la lluvia (para frecuencias por encima de los 20 GHz).

Para el rango de frecuencias entre 10 GHz y 20 GHz depende de la intensidad

de la lluvia, en áreas de fuerte lluvia (zona de lluvia K y mayores) incluso en la

banda de 11 GHz pueden notarse los efectos de las fuertes precipitaciones,

22 Unión Internacional de Telecomunicaciones. Radiocomunicación.23 Recomendación ITU-T G.826

45

mientras que en zonas con una tasa de lluvia inferior a la K, los cortes se

deben prácticamente sólo al multitrayecto24. Para la evolución de la calidad de

fidelidad se toman en cuenta las interrupciones breves debidas al ruido

térmico, interferencias y distorsiones provocadas por desvanecimiento

selectivo. La evolución se realiza calculando porcentajes de tiempo para cada

vano y obteniendo el porcentaje total que se compara con los objetivos.

7.1.1.1- Evaluación de la indisponibilidad

Para que se considere una situación de indisponibilidad el sistema debe

permanecer no operativo un tiempo mayor que un cierto valor de referencia To

igual a 10s. En este caso se dice que el sistema está indisponible durante ese

tiempo, que se computa como tiempo de indisponibilidad.

La indisponibilidad total es la suma de los intervalos te tiempo de

indisponibilidad, dividida por el tiempo de observación. El tiempo T ha de ser

suficientemente largo para obtener resultados estadísticamente significativos.

U =ΣT ind

T·100(Porcentaje) (4)

La indisponibilidad se describe en términos de interrupciones o de una

degradación muy intensa de la señal que supone un corte del servicio. Según

la recomendación G.826 de la ITU-T un periodo de tiempo de indisponibilidad

comienza con el primero de diez eventos SES (segundos severamente

erróneos) consecutivos. Estos diez segundos se consideran parte del tiempo de

indisponibilidad. Se considera como una interrupción, un intervalo de tiempo

en el que se produce:

• Un corte parcial o total de la señal.

• Aparece un ruido o una BER excesiva.

24 Recomendación ITU-R P.530-16

46

• Surge una fuerte discontinuidad en la señal.

• Aparece una intensa distorsión.

Las interrupciones largas (Tind

> To) han de tenerse en cuenta para el cálculo

de la calidad en torno a disponibilidad y las interrupciones breves (más

frecuentes) influyen en el cálculo de la calidad en cuanto a fidelidad. Las

interrupciones pueden ser causadas por:

• Fallos o averías en los equipos.

• Condiciones anómalas de propagación (lluvia y desvanecimientos).

• Interferencias (internas o externas).

La indisponibilidad total de una ruta de radioenlace se desglosa en dos

componentes, indisponibilidad del equipo e indisponibilidad de propagación:

U(L) = UE(N) + U

P(V) (5)

Siendo:

- U(L) : Indisponibilidad de una ruta de longitud L.

- UE(N) : Indisponibilidad del equipo, que se calcula por separado para

cada una de las N secciones de conmutación, sumándose las

indisponibilidades parciales.

- UP(V) : Indisponibilidad de propagación, que se calcula por separado

para cada vano V, combinándose las indisponibilidades parciales

generalmente también de forma aditiva.

La indisponibilidad por equipos es un factor que viene dado por el fabricante

y que ha de tenerse en cuenta al calcular la indisponibilidad del radioenlace.

47

7.1.1.2- Calidad de un radioenlace en cuanto a fiabilidad

Encontrándose un radioenlace en condiciones de disponibilidad, pueden

aparecer situaciones transitorias de funcionamiento degradado en forma de

microcortes o aumento del ruido o distorsión de la señal.

Los criterios de calidad en cuanto a fidelidad, especifican las degradaciones

normales y máxima admisible que puede sufrir la información, junto con el

tiempo máximo en que no debe rebasarse esa degradación. El parámetro

básico de calidad de error de cualquier sistema de transmisión digital, es la

Tasa de errores en los bits (BER). Debe resaltarse que la calidad de error de un

sistema únicamente se define y evalúa cuando tal sistema se encuentra en

estado disponible. Distinguimos las siguientes situaciones de error:

1. Segundo con errores (ES, Errored Second): Período de tiempo de 1

segundo en el que hay uno o más bits erróneos.

2. Segundo con muchos errores (SES, Severely Errored Second): Período

de 1 segundo en el que la tasa de errores BER es mayor que 10-3.

3. Segundo sin errores (EFS, Error Free Second): Período de 1 segundo en

que no hay errores de bit.

A partir de estas magnitudes, se han definido los siguientes parámetros de

calidad de error:

- Proporción de segundos con errores (ESR: Errored Second Ratio):

Cociente entre ES y el número total de segundos de un intervalo de

tiempo de medición.

- Proporción de segundos con muchos errores (SESR: Severely Errored

Second Ratio): Cociente entre SES y el número total de segundos de un

intervalo de tiempo de medición.

48

Las Recomendaciones ITU-R F.594-4, F.634-4, F.696-2 y F.697-2 establecían

los objetivos de calidad de error para los radioenlaces digitales, en condiciones

de disponibilidad para una conexión internacional por la ISDN, que se indican a

continuación como ejemplo:

Tabla 1: Objetivos de calidad obsoletos

Actualmente las recomendaciones que regulan estos valores son la: ITU-R

F.1703 y F.1668-1. Según estas recomendaciones, los objetivos se diferencian

según la zona de la red donde se encuentre el radioenlace de forma que:

Además se establecen los siguientes objetivos de calidad de fidelidad según

la REC. 1668:

49

Tabla 2: Objetivos de calidad actuales

Objetivos

Parámetros Tramo de Acceso Tramo de corto alcanceRelación de Indisponibilidad (UR) 0,05 % del tiempo 0,04 % del tiempoIntensidad de Interrupciones (OI) 100 interrupciones/año 120 interrupciones/año

Tabla 3: Objetivos de calidad de error para la porción de corto alcance

ParámetrosValores objetivo

ESR 0,04 B 0,04 B 0,05 B

SESR 0,002 B 0,002 B 0,002 B

BBER - 2B · 10-4 2B · 10-4

1,5⩽R⩽5 5<R⩽15R<VP

Tabla 4: Objetivos de calidad de error para la porción de acceso

ParámetrosValores objetivo

ESR 0,04 C 0,04 C 0,05 C

SESR 0,002 C 0,002 C 0,002 C

BBER - 2C · 10-4 2C · 10-4

1,5⩽R⩽5 5<R⩽15R<VP

En estas tablas25 se definen las siguientes variables:

- R: Velocidad de bits en Mbps.

- VP: Velocidad primaria en Mbps

- B y C: son dos constantes que varían entre 0,075 y 0,085 (7,5% a

8,5%) y servirán como tolerancia para la variabilidad de los regímenes

binarios. El valor a utilizar lo fija el planificador, tomándose por ejemplo el

valor más desfavorable.

7.1.2 – Diseño de un radioenlace

Una vez tenidos en cuenta todos los aspectos teóricos que influyen sobre el

diseño de un radioenlace, procederemos a detallar el procedimiento de diseño.

Previo al diseño de un radioenlace hay que hacer un estudio de la zona

donde se quiere instalar el vano. Como requisito imprescindible tiene que

haber línea de visión directa entre las dos antenas y que no se vea obstruído

más del 40% de la primera zona de Fresnel (Figura 25).

La obstrucción máxima recomendada es el 20%. Para el caso de

radiocomunicaciones depende del factor K (curvatura de la tierra) considerando

que para un K=4/3 la primera zona de fresnel debe estar despejada al 100%

mientras que para un estudio con K=2/3 se debe tener despejado el 60% de la

primera zona de Fresnel.

25 Fuente: “Transmisión por Radio” José María Hernando Rábanos Septima Edición Capítulo 5.13: Objetivos de calidad de fidelidad de un radioenlace.

50

Una vez confirmada la línea de vista, se especifica el régimen binario

deseado para el radioenlace. Esto condicionará la frecuencia a utilizar, el ancho

de banda y la modulación. Tendremos dos valores fundamentales de régimen

binario, el Valor de Referencia y el Valor Nominal:

- Valor de Referencia: Régimen binario mínimo asegurado. Es el valor

proporcionado por la modulación con mayor protección disponible en los

equipos, de manera que al ser muy robusta no llegará a causar

indisponibilidad por efectos adversos como la lluvia.

- Valor Nominal: Régimen binario máximo deseado. Es el mayor valor que

puede proporcionar el equipo para la modulación de más niveles y menor

protección. Solo servirá en casos de muy buenas condiciones

atmosféricas.

Una vez tenemos estos dos datos se eligen los valores de ancho de banda

necesarios y modulaciones a utilizar en el radioenlace en función de los valores

que nos proporcione el fabricante. Un ejemplo de esto se puede ver en la Tabla

5:

Tabla 5: Régimen binario según ancho de banda y modulación.

51

4QAM 16QAM 32QAM 64QAM 128QAM 256QAM3.5 Mhz 5 10 15 25 40 557 Mhz 10 20 35 50 67 8414 Mhz 20 40 55 67 80 9028 Mhz 40 80 105 125 144 17256 Mhz 80 160 185 245 285 320

Ancho de banda/Modulación

Figura 25: Elipsoide de Fresnell

Así pues, si queremos tener un régimen binario de 150Mbps y asegurar un

minimo de 45 Mbps la solución pasaría por elegir un ancho de banda de 28MHz

y utilizar como modulación referencia una 16QAM y como nominal una 256QAM

para asegurar los datos pedidos. Se podría utilizar un ancho de banda mayor,

pero estaríamos utilizando recursos inútilmente que podrían ser necesarios en

diseños futuros. Así pues tendríamos un sistema con diferentes regímenes

binarios, desde 80Mbps proporcionados por la 16QAM hasta 172Mbps

proporcionados por la 256QAM. Estas diferentes velocidades serán controladas

por los equipos con un sistema conocido como Modulación Adaptativa

(Adaptive Coded Modulation) de forma que, en función de las condiciones

atmosféricas que irán degradando la calidad de la señal, el equipo irá

cambiando a la modulación que mayor régimen binario pueda transmitir sin

que el sistema se vea perjudicado.

7.1.2.1- Modulación Adaptativa

La modulación adaptativa basa su funcionamiento en la estimación de SNR.

La monitorización continua de la SNR, permite que el sistema pueda cambiar

modulaciones antes de que los errores sean detectados por el usuario. Además

el cambio en la modulación puede hacerse unidireccionalmente ya que puede

verse afectado el enlace de subida, pero al ir el enlace de bajada en una

frecuencia distinta dentro de la banda elegida, puede darse el caso de que no

se vea afectado.

El régimen binario se ve afectado por dos factores, la eficiencia de la

modulación y la tasa de codificación. Esto último también puede ser modificado

con este sistema de forma que en condiciones ideales ambientales se utiliza un

Código de Corrección de Errores hacia adelante (FEC25) muy ligero, y si el

sistema detecta un aumento de errores a través del enlace, se pondrá en

marcha de forma automática una codificación más fuerte. Esto se puede ver en

la Figura 26:

25 Forward Error Conection

52

La modulación y la tasa de codificación tienen su influencia sobre la SNR y en

la ganancia del sistema. A medida que aumenta el número de bits/símbolo en

la modulación se hace necesario una SNR más alta que se traduce en una

menor ganancia del sistema. A medida que disminuye la velocidad de

codificación, mediante la introducción de un código más fuerte, la SNR es

menor, resultando en una mejor ganancia del sistema. Así, ajustando

dinámicamente tanto la eficiencia de modulación y la velocidad de codificación

utilizando ACM (Adaptive Coding & Modulation) se asegura la tasa más alta

disponible por canal bits. Este cambio automático de codificación de canal y

modulación proporciona a los operadores una mayor flexibilidad y una

resolución más fina en la curva ganancia sistema/ancho de banda entregado.

Otro factor a tener en cuenta es la potencia entregada para cada

modulación, desde QPSK hasta 256QM, se tiene una salida de potencia óptima

diferente. Por lo tanto, un transmisor funcionará a 20 dBm en el modo QPSK y

de 14 dBm a 16dBm en modo 256QAM con el fin de mantener la suficiente

linealidad, por lo tanto se deberá de tener un control sobre la potencia

entregada para cada etapa de modulación.26

26 Nota: estos valores no son reales, están indicados como ejemplo.

53

Figura 26: Modulación Adaptativa

Este sistema se utiliza para reducir la potencia de salida cuando las

condiciones ambientales son buenas con el fin de reducir el consumo eléctrico

y la interferencia de red. En condiciones de desvanecimiento la potencia se

incrementa automáticamente para compensar la pérdida de señal en los

extremos y para garantizar que el radioenlace continúa cumpliendo con el nivel

de rendimiento requerido. Un ejemplo de cómo funciona este sistema se puede

ver en la Tabla 6:

Tabla 6: Control de potencia

La consecuencia de trabajar con mayores potencias de transmisión es que se

obtienen anchos espectrales más grandes debido a las distorsiones por

intermodulación más elevadas creadas por los amplificadores de potencia. Esto

implica que los esquemas de modulación más bajos son más interferentes que

los esquemas de modulación elevados (Figura 27):

54

6-8 Ghz 11-15 Ghz 18-23 Ghz 26-28 Ghz 32-38 Ghz4QAM 26 24 22 21 1816QAM 25 23 21 20 1732QAM 24 22 20 19 1664QAM 24 22 20 19 16128QAM 24 22 20 19 16256QAM 22 20 18 17 14

Modulación/Frecuencia

Figura 27: Anchos de banda según modulación

7.1.2.2- Elección de antenas y configuración

Una vez sabemos todo lo referente a los equipos transmisores debemos

elegir las antenas a utilizar y la configuración a utilizar.

A la hora de diseñar un radioenlace podemos utilizar antenas de distintos

fabricantes y con diámetros diferentes en función de la banda de frecuencias.

La elección vendrá determinada tanto por parámetros de diseño y

disponibilidad del enlace como de posibilidades de montaje en los

emplazamientos.

Como resumen, podemos decir que:

- A mayor diámetro mayor ganancia y, por tanto, mayor PIRE y →alcance.

- A mayor diámetro haz más directivo, lo cual provoca menos →interferencias para una misma PIRE.

Otro factor a elegir es la polarización a utilizar. Se recomienda como regla

general a utilizar empezar diseñando un enlace en polarización horizontal y ver

si cumple los objetivos de disponibilidad requeridos. Ello se debe a que la

polarización vertical tiene mejores condiciones de propagación ante lluvia, lo

cual redunda en una mejor disponibilidad; es por ello que la polarización

vertical es conveniente reservarla para los enlaces más críticos.

Por último veremos la configuración del radioenlace. La consecución de los

objetivos de calidad y disponibilidad implica la adopción de medidas

protectoras de los radioenlaces contra interrupciones producidas por fallos y

averías en los equipos y por desvanecimientos profundos. La protección se

realiza mediante sistemas de redundancia. Los métodos de protección pueden

clasificarse de la siguiente manera:

55

- Conmutación de protección, o protección hardware, aplicable en el caso

de fallos y averías de los equipos. En este caso los radioenlaces se pueden

instalar en configuración 1+0 (sin protección a nivel HW) ó como 1+1 (con

protección a nivel HW).

Dentro de la configuración 1+1 podremos elegir entre un montaje

totalmente duplicado o bien con instalación de splitters. La elección

dependerá de factores tales como carga en la estructura a montar las

parábolas, temas contractuales con la propiedad del emplazamiento, etc.

- Diversidad, empleada para contrarrestar los efectos adversos del

desvanecimiento multitrayecto. Consiste en la transmisión de la misma

información por 2 “caminos radioeléctricos” diferentes, para que de esta

forma se vean afectados de forma independiente por el desvanecimiento.

En recepción se tendrán 2 señales con escasa correlación mutua y que

deberán procesarse para generar una única señal.

Una de las técnicas de diversidad es la diversidad en espacio, que

consiste básicamente en instalar en el lado de recepción una antena

adicional, con una separación de alturas determinada con respecto a la

otra antena del vano, y que sirve para cancelar el efecto de las reflexiones

multitrayecto (Figura 28).

La otra técnica es la diversidad en frecuencia, que consiste en transmitir

la misma información simultáneamente por dos frecuencias distintas; en la

recepción, el receptor minimiza los efectos del desvanecimiento utilizando

en cada instante la frecuencia que va teniendo la mayor intensidad de

señal (Figura 29).

56

7.1.2.3 – Análisis del radioenlace

Una vez elegidos ya todos los datos necesarios se procede a hacer el análisis

del radioenlace y, en caso de no cumplir con las especificaciones de

disponibilidad y calidad volver a elegir todos los componentes del sistema

incluso si fuera necesario cambiar la banda de frecuencias, tipo de antenas,

ancho de banda, configuración o tecnología. A veces el análisis del sistema

puede hacer volver atrás todo el proceso de diseño. Los motivos pueden ser

dos:

- Indisponibilidad: Por lluvia, multitrayecto, etc.

- Interferencias: Como es normal, en la zona donde se instale el

radioenlace podrá haber uno o más radioenlaces instalados en la misma

banda de frecuencias, lo que provocará interferencias entre ellos.

Deberemos por tanto utilizar un canal de la banda de frecuencias elegida

(Figura 30)27 que no esté muy ocupado, y en caso de estar ocupado, que

no nos interfieran los demás radioenlaces ni los interfiera el nuestro.

27 http://www.minetur.gob.es/telecomunicaciones/Espectro/Formularios/Titulos/BandafrecuenciaServicioFijobancha.pdf

57

Figura 28: Diversidad espacial Figura 29: Diversidad en frecuencia.

A la hora de empezar con el análisis, hay que tener en cuenta dos factores

en el receptor:

1- La potencia recibida debe estar entre unos niveles definidos para la

modulación de referencia y la nominal. Con estos niveles lo que se hace es

darle una referencia al sistema de control de potencia para que ninguna

modulación se vea perjudicada a la hora de transmitir y todas lleguen

correctamente. Para modulaciones de menos niveles el nivel de potencia

recibido será mayor que para una modulación de más niveles, de ahí que

se establezca dicho margen.

2- Margen de desvanecimiento (FM). Se define el Margen de

Desvanecimiento o Fading como la diferencia en dB´s entre el nivel de

potencia recibida y el nivel mínimo de potencia que asegura una

determinada tasa de error BER (ó Potencia Umbral del receptor).

58

Figura 30: Canalización banda 38GHz

Este margen de fading depende de las características de diseño del

radioenlace y de las propias características de éste en cuanto a la potencia

de umbral.

El Margen de Desvanecimiento puede verse reducido debido a la

presencia de obstáculos, interferencias y desvanecimiento.

En la teoría el Margen de Desvanecimiento ha de ser mayor mara

modulaciones de más nivel que para las de menor nivel, así, al llegar más

potencia en las de menor nivel, se mantenía un nivel parejo de potencia

recibida para todas las modulaciones. En la práctica, para modulaciones

de menos niveles incluyendo la modulación de referencia, el margen de

desvanecimiento es mayor, debido a que predomina la idea de no dejar

que se terminen cayendo servicios debido a un desvanecimiento acusado.

Para la modulación nominal el margen de desvanecimiento es menor ya

que la mayor tasa de bits del radioenlace no está garantizada.

Los valores teóricos para el margen de desvanecimiento ronda los 10dB

para la modulación de menor nivel y los 30 dB para la modulación de

mayor nivel. En la práctica los valores de FM estarán relacionados con la

disponibilidad del enlace, de ahí que el FM para Valor Nominal (20dB) sea

menor que para el Valor de Referencia (30dB), al igual que ocurre con la

disponibilidad.

Una vez hemos comprobado que estos valores son correctos, se procede a

hacer el análisis de indisponibilidad y calidad. Para ello, en el apartado de

calidad se utilizarán las recomendaciones de la ITU-R, F.1491 aplicada a la

ITU-T G.826 y en el de indisponiblidad se utilizarán como objetivos la

recomendación ITU-T G.826 y como predicción la recomendación ITU-R P.530

que se encuentre en vigor (actualmente la P.530-16). Si al realizar el análisis

se cumplen los objetivos de indisponibilidad (típicamente 99,999% para el

valor de referencia y 99,99% para el valor nominal) y los de calidad (indicados

en el apartado 7.1.1.2), podremos dar el radioenlace como bueno.

59

7.2- INTRODUCCIÓN A LA TECNOLOGÍA XPIC

La tecnología de cancelación de interferencia de polarización cruzada (XPIC)

fue desarrollada para duplicar la capacidad inalámbrica en el mismo canal, lo

que supone una clara ventaja para el operador de la red en bandas de

frecuencias densas. El proceso de diseño es el mismo que para un radioenlace

BEP convencional.

En la Figura 31 podemos ver la transmisión de una sola polarización, y en la

Figura 32 una transmisión de doble polarización de canal común (CCDP).

Una transmisión CCDP proporciona dos canales de comunicación en paralelo

en el mismo vínculo con polarizaciones ortogonales, duplicando así la

60

Figura 31: Polarización vertical XPIC

Figura 32: Polarización horizontal XPIC

capacidad del enlace. Señales separadas e independientes se transmiten en el

mismo canal inalámbrico utilizando una sola antena. Sin embargo, a pesar de

la ortogonalidad de las dos señales, alguna interferencia entre las señales se

produce casi inevitablemente, debido al imperfecto aislamiento de la antena y

la degradación del canal.

Con el fin de cancelar los efectos de esta interferencia, el receptor puede

incluir un XPIC, que procesa y combina las señales de los dos caminos que se

reciben para recuperar las señales originales, independientes. La Figura 33

muestra el diagrama de bloques de alto nivel de un sistema XPIC.

Cada demodulador de polarización recibe una señal grande de la polarización

opuesta causando la interferencia de polarización cruzada. Los sistemas XPIC

filtran la señal de interferencia de polarización cruzada con el fin de recibir o

decodificar con éxito la señal deseada. De esta manera, dos flujos de datos

separados se puede transmitir en el mismo canal.

En la tecnología XPIC, cada ruta de polarización recibe tanto la señal polar y

la señal de polarización cruzada. El receptor resta la señal de polarización

cruzada de la señal polar y cancela la interferencia polar cruzada haciendo que

los sistemas que utilizan doble polarización y un mismo canal pueden brindar

el doble de capacidad de transmisión dentro de un único canal de frecuencia.

61

Figura 33: Esquema sistema XPIC

Tal y como se ha comentado, los sistemas XPIC corrigen errores en la

transmisión provocados por agentes externos al sistema para duplicar la

capacidad de transmisión. Las características fundamentales de radiofrecuencia

(RF) a controlar son la pérdida por inserción y la discriminación entre las dos

polarizaciones (XPD), conocida como discriminación entre puertos, cuyos

valores típicos de rendimiento son ≤0.2dB y ≥35dB, respectivamente. Si bien

una pérdida por inserción mayor comenzaría a afectar la ganancia del sistema,

podrían aceptarse valores menores de discriminación suponiendo la corrección

de la diafonía resultante por medio del XPIC. Estos dos valores pueden

evaluarse en el banco de pruebas dentro de un entorno de fabricación. No

obstante, existe un parámetro de RF potencialmente significativo que no puede

evaluarse que es la fuga de RF en las antenas debido a defectos de fabricación.

El impacto de tales fugas puede tener graves consecuencias, entre ellas:

- Degradación de la relación portadora/ruido del sistema, que conduce a

errores de bit potencialmente significativos en los sistemas que utilizan

esquemas de modulación de alta capacidad más rigurosos.

- Incumplimiento de las especificaciones publicadas.

- Incumplimiento de las especificaciones normativas obligatorias, como las

de la FCC y el ETSI.

- Incumplimiento de la declaración de conformidad con las normas

armonizadas (de la UE) y, por ende, violación de las condiciones exigidas

para que el conjunto reciba la certificación “CE”.

Las pérdidas por inserción y las fugas de RF pueden ser mejoradas

adquiriendo mejores equipos, sin embargo la reducción de la discriminación

entre polarizaciones cruzadas (XPD) es un factor que se corrige con los equipos

XPIC y que deberá ser controlada para cumplir con las especificaciones

mínimas de error de bit (BER) para este tipo de transmisión.

62

7.2.1- Reducción de la discriminación de polarización

cruzada (XPD)

La XPD puede deteriorarse suficientemente como para causar interferencia

co-canal y, en menor medida, la interferencia de canal adyacente. La reducción

de la XPD que se produce durante ambas condiciones de cielo despejado y la

precipitación se debe tener en cuenta.

7.2.1.1- Predicción de la interrupción XPD debido a los

efectos de cielo despejado

El efecto combinado de la propagación multitrayecto y los patrones de

polarización cruzada de las antenas gobiernan las reducciones en la XPD que

se producen a lo largo de pequeños porcentajes de tiempo. Para calcular el

efecto de estas reducciones en el rendimiento del enlace se deben dar los

siguientes pasos:

1- Calcular:

(5)

(6)

Donde XPDg es el XPD mínimo garantizado por el fabricante en la línea

de visión directa entre receptor y emisor.

2- Evaluar el parámetro de actividad multitrayecto:

(7)

Donde P0=P

w/100 es el factor de ocurrencia de multitrayecto

correspondiente al mayor porcentaje de tiempo en el mes con peor media

del año en el que se exceden los OdB de atenuación por desvanecimiento.

63

XPD0=XPD g+5 Si XPD g⩽35

XPD0=40 Si XPDg>35

η = 1 −e−0.2 P 00,75

3- Determinar:

Q=−10log(k XP ·η

P0

) (8)

Con:

k XP=0.7 Si hay solouna antena TX (9)

(10)

(En el caso en que dos transmisiones polarizadas ortogonalmente sean de

diferentes antenas, la separación vertical es st(m) y la longitud de onda

portadora es λ(m)).

4- Obtener parámetro C:

C=XPD0+Q (11)

5- Calcular la probabilidad de interrupción (PXP) en condiciones de

ambiente despejado para polarización cruzada a partir de:

P XP=P0 · 10−M XPD

10 (12)

Donde MXPD

(dB) es el margen equivalente de la XPD para una BER dada

por:

M XPD=C−C0

Isin XPIC (13)

M XPD=C−C0

I+XPIF Con XPIC (14)

Aquí, C0/I es la relación portadora a interferencia para una BER de

referencia, que puede ser evaluada ya sea a partir de simulaciones o a

64

k XP=1−0.3exp (−4 ·10−6·(S t

λ)

2

) Si hay dos omás antenas TX

partir de mediciones.

XPIF es un factor de mejora de polarización cruzada medido en un

laboratorio que da la diferencia en el aislamiento de polarización cruzada

(XPI) para relación portadora a ruido suficientemente grande (típicamente

35 dB) y con una BER específica para sistemas con y sin cancelador de

interferencia polar cruzada (XPIC). Un valor típico de XPIF es de

aproximadamente 20 dB.

7.2.1.2- Predicción de la interrupción XPD debido a los

efectos de precipitaciones

La lluvia intensa rige las reducciones en la XPD observadas para pequeños

porcentajes de tiempo. Para los trayectos en los que las predicciones más

detalladas o mediciones no están disponibles, una estimación aproximada de la

distribución incondicional de XPD puede obtenerse a partir de una distribución

acumulativa de la atenuación copolar (CPA) para la lluvia usando la relación

equi-probabilidad:

XPD=U−V ( f ) log(CPA) (15)

Los coeficientes U y V(f) son, en general, dependientes de una serie de

variables y parámetros empíricos, incluyendo la frecuencia, f. Para trayectos de

visibilidad directa con pequeños ángulos de elevación y polarización horizontal

o vertical, estos coeficientes se pueden aproximar por:

U=U 0+30log( f ) (16)

V ( f )=12.8f 0.19 Si8⩽ f ⩽20GHz (17)

V ( f )=22.6 Si 20< f ⩽35GHz (18)

Un valor medio de U0 alrededor de 15 dB, con un límite inferior de 9 dB para

todas las mediciones, se ha obtenido para atenuaciones superiores a 15 dB. La

65

variabilidad en los valores de U y V (f) es tal que la diferencia entre los valores

de CPA para las polarizaciones vertical y horizontal no es significativa en la

evaluación de XPD.

Las estadísticas de XPD a largo plazo obtenidos en una frecuencia se pueden

escalar a otra frecuencia utilizando la fórmula semi-empírica:

XPD2=XPD1−20log(f 2

f 1

) Si 4⩽ f 1 , f 2⩽30GHz (19)

Donde XPD1 y XPD

2 son los valores XPD no rebasados durante el mismo

porcentaje de tiempo en las frecuencias f1 y f

2.

La relación entre XPD y CPA28 está influenciada por muchos factores,

incluyendo la XPD residual de la antena, que no ha sido tenido en cuenta. La

ecuación de la (19) es menos precisa para grandes diferencias entre las

respectivas frecuencias. Es más precisa si XPD1 y XPD

2 corresponden a la

misma polarización (horizontal o vertical).

El procedimiento para predecir la interrupción debido a los efectos de

precipitaciones es el siguiente:

1- Determinar la atenuación del trayecto, A0,01

(dB), excedida durante el

0,01% del tiempo mediante los procedimientos correspondientes para

radioenlaces29.

28 Atenuación Co-Polar29 “Transmisión por Radio” José María Hernando Rábanos Sexta Edición Apartado 3.14: Atenuación por lluvia Ecuación 3.14.1

66

2- Determinar la atenuación del trayecto equivalente, Ap(dB):

A p=10

(U−C0

I+ XPIF )

V (20)

donde U y V se obtienen de (16), (17) y (18), C0/I (dB) es la relación

portadora a interferencia definida para la BER de referencia sin XPIC, y

XPIF (dB) es el factor de mejora de polarización cruzada para la BER de

referencia.

Si no se utiliza un dispositivo XPIC, XPIF = 0.

m=23.26log (Ap

0.12· A0.01

) Si m⩽40 (21)

m=40 En otrocaso (22)

n=−12.7+√161.23−4m

2 (23)

3- Determinar los siguientes parámetros:

Valores válidos para n deben estar en el rango de -3 a 0. Se observa que

en algunos casos, sobretodo cuando se utiliza un dispositivo XPIC, se

pueden obtener valores de n inferiores a -3. Si este es el caso, debe

tenerse en cuenta que los valores de n inferiores a -3 darán interrupciones

para una BER<10-5.

4- Calcular la probabilidad de interrupción con:

P XPR=10(N −2 ) (24)

67

Una vez tenemos predicha la probabilidad de caída de la XPD, se podrá

decidir si usar o no dispositivos XPIC en nuestro sistema radiante.

Teniendo en cuenta que la reutilización de frecuencias en el mismo canal

puede verse gravemente afectada por la interferencia de polarización cruzada

en la misma frecuencia debida a valores de XPD bajos, que pueden producirse

en periodos de desvanecimientos por trayectos múltiples. El desarrollo de

antenas con mejores características de XPD alrededor del eje de puntería

puede permitir también, en algunas circunstancias, una reutilización

satisfactoria de la frecuencia en el mismo canal. Cuando se requiere una

reducción adicional de la interferencia debida a la polarización cruzada, se

puede utilizar un cancelador adaptativo (XPIC) para anular una señal

interferente de polarización cruzada incorporada en una señal con polarización

ortogonal.

El cancelador de interferencia toma muestras de las señales interferentes,

que están disponibles en el canal con polarización cruzada y, a través de

complejas redes de acoplamiento, las introduce en el canal deseado para

anular la interferencia. El control de la señal añadida y la compensación de la

interferencia se puede efectuar en los niveles de radiofrecuencia, frecuencia

intermedia o banda de base. También se están utilizando estructuras de filtros

transversales en los XPIC para compensar eficazmente una señal interferente

de polarización cruzada.

Los experimentos de propagación han demostrado que los sistemas

receptores equipados con XPIC tienen tiempos de interrupción

considerablemente reducidos para una BER de 10–3.

68

7.3- INTRODUCCIÓN A LOS RADIOENLACES E-BAND

Aunque el uso de dispositivos XPIC es reciente en sistemas de radioenlaces

para redes de comunicaciones móviles, debido a la rápida evolución que están

teniendo estas redes, se están desarrollando otros sistemas que aumentarían

la capacidad de la red considerablemente para dar soporte a las nuevas redes

de LTE y LTE-A30. Uno de estos sistemas es el sistema E-BAND, que serviría

para dar soporte a las redes de fibra que componen el núcleo de la red, siendo

una solución que favorece un rápido despliegue y a costes más baratos. En la

Figura 34 y Figura 35 se puede ver un ejemplo de como quedaría el esquema

para el núcleo de red y exteriores incluyendo además otros sistemas diferentes

de la red móvil como WiMax.

30 Long Term Evolution - Advance

69

Figura 34: Esquema núcleo de red mediante radioenlaces EBAND.

El sistema E-BAND trabaja en el rango de frecuencias de 70 a 80 Ghz. Son

sistemas muy direccionales y que debido a sus características no pueden estar

muy distanciados emisor y receptor, pero utilizando modulación 64 QAM se

consiguen velocidades de transmisión de hasta 2,5 Gbps que podrían

evolucionar en el futuro hasta 5 Gbps, 10 Gbps, o incluso más, lo que serviría

como el complemento perfecto para la red de retorno de LTE, LTE-A compuesta

de fibra. Las canalizaciones utilizadas pueden ser 250 y 500 Mhz, lo cual

permite conseguir las altas tasas de régimen binario que se indican. Los

equipos que soportan esta tecnología son capaces además de llevar

modulación adaptativa tanto en código como en ancho de banda para tener

una gran disponibilidad. Un ejemplo de las capacidades se puede ver en la

Tabla 7.

Tabla 7: Capacidades para equipos EBAND Huawei (www.huawei.com)

70

Figura 35: Uniones con Estaciones Base

Debido a las características de este sistema en cuanto a la frecuencia en la

que se trabaja, los radioenlaces E-Band son un tanto peculiares. Lo

analizaremos en los siguientes apartados.

7.3.1- Análisis del sistema

- Pérdidas en el espacio libre:

Las pérdidas en el espacio libre se calculan con la siguiente fórmula:

LdB=92.4+20log ( f GHz)+20log (d km) (25)

En este rango de frecuencias, la atenuación producida será del orden de

~130dB/Km para 71-76GHz y de ~131dB/Km para 81-86GHz, lo que

supone una limitación importante en cuanto a distancia para el

radioenlace.

- Atenuación atmosférica:

La atenuación atmosférica varía mucho con la frecuencia tal y como se

puede ver en la Gráfica 1:

Por debajo de 20GHz la atenuación es muy pequeña, debido a eso, la

mayoría de los radioenlaces se diseñan en frecuencias de este orden. En

71

Gráfica 1: Atenuación atmosférica.

60GHz tenemos un pico de atenuación debido a la absorción de las

moléculas de oxígeno que llega a sobrepasar los 10dB/km, lo cual limita

mucho las comunicaciones por radio. Sin embargo en el rango de 70-

100GHz tenemos una pequeña ventana con pérdidas del orden de

0,5dB/Km que nos permite desplegar sistemas en estas frecuencias

aunque bastante más limitados que en las bandas por debajo de 20GHz.

- Atenuación por lluvia:

La propagación por radio en la banda milimétrica (30-300GHz) está

caracterizada por una gran atenuación debido a la lluvia, lo que limita las

comunicaciones. Cuando una onda electromagnética atraviesa una zona

de lluvia, se encuentra con muchas gotas de agua de diferente radio. El

efecto acumulativo de la atenuación de estas gotas se ve en las siguientes

gráficas:

En la Gráfica 2 y Gráfica 3 podemos ver la atenuación por lluvia

respecto a la frecuencia:

Se puede observar como para una intensidad de lluvia de solo 25mm/hr

ya se producen atenuaciones de 10dB/Km, lo cual sumado a la atenuación

por espacio libre nos limita muchísimo la distancia del radioenlace.

A pesar de estas atenuaciones por lluvia, la nieve y nubes de hielo

72

Gráfica 2: Atenuación por lluvia/frecuencia Gráfica 3: Atenuación según polarización

cristalizado no producen una atenuación considerable incluso si la

intensidad de lluvia supera los 125mm/hr. Esto es debido a que las

pérdidas por hielo son mucho menores que por agua. Lo mismo ocurre

para la niebla, polvo y otros elementos que se puedan encontrar en la ruta

del radioenlace.

- Pérdidas por vegetación:

Las pérdidas por vegetación en algunos casos pueden ser limitantes. La

siguiente fórmula empírica puede predecir las pérdidas:

LdB=0.2 · f 0.3 · R0.6 (26)

Donde f es la frecuencia para bandas de entre 200MHz y 95GHz y R es

la densidad de la vegetación (metros). Así para la banda de 70GHz con 10

metros de densidad se obtiene una atenuación de ~50dB.

Teniendo en cuenta todos estos datos, los rangos de distancia que se

alcanzan para este sistema se pueden ver en la siguiente tabla que expone la

distancia en función de las zonas hidrometeorológicas (que se diferencian en la

intensidad de lluvia)31:

Tabla 8: Distancia de radioenlaces EBAND según las zonas hidrometeorológicas

Además teniendo en cuenta los diámetros de antena (a más diámetro mayor

ganancia), las distancias quedarían de la siguiente forma:

31 Ver recomendación UIT-R P.620-3

73

Se puede comprobar que la distancia para antenas de 0,6 metros para una

intensidad de lluvia de 25mm/hr alcanza con problemas los 3Km de distancia.

7.3.2- Análisis de la interferencia

En estos sistemas, la principal fuente de interferencias es la provocada por

enlaces cuyo lóbulo principal incida directamente en nuestras antenas. Debido

a que los haces de las antenas que trabajan a estas frecuencias son

extremadamente estrechos, se dará en casos de radioenlaces con muy poca

diferencia en el azimut entre ellos. Igualmente, debido a lo estrechos que son

los haces, la componente de multitrayecto es prácticamente despreciable.

El análisis de interferencia está basado en la diferencia entre el umbral y la

interferencia (threshold-to-interference – T/I). Es recomendable que se

garantice que nunca sea menor el nivel de portadora a inteferencia (carrier-to-

interference – C/I) que el nivel de T/I recomendado por el fabricante de los

equipos, excepto en casos especiales (como en enlaces muy cortos) donde la

disponibilidad del servicio en el receptor siempre permanecerá aceptable a

pesar de la interferencia. En la Gráfica 5 vemos estos niveles:

74

Gráfica 4: Distancia del RE EBAND según diámetro de antenas.

Las ventajas de usar el criterio basado en T/I es que las diferencias de

umbral debido a tasas de bit, técnicas de modulación, ganancia de código y

figura de ruido son todas tenidas en cuenta y que el nivel de interferencia

absoluto disponible puede ser fácilmente determinado tan solo restando el

nivel de T/I del umbral estático (definido por el nivel de la tasa de error de bit

igual a 10-6) de cada receptor.

Las lluvias intensas limitan las opciones de hacer un sistema punto a punto

en términos de distancia y frecuencia. Una posible solución para solucionar el

problema de la lluvia es el uso del control adaptativo de transmisión de

potencia (ATPC). Si es necesario por motivos de lluvia el sistema incrementará

el nivel de potencia para evitar la caída de la señal, pero también este sistema

servirá para mantener el control de interferencia con otros enlaces de la zona.

En ciertos radioenlaces con un azimut muy parecido, en situaciones de lluvia

dichos radioenlaces tendrán el mismo desvanecimiento por lluvia, de forma

que los enlaces que se verán afectados serán los que crucen a través del

siguiente ángulo θ:

75

Gráfica 5: Niveles de interferencia

Figura 36: Ángulo de modificación de haz.

Veamos tres ejemplos donde se representa la función del ATPC y el efecto

en forma de interferencia que puede provocar la lluvia:

Debido a la lluvia, ATPC incrementaría el nivel de potencia para llegar bien a

B pero sin interferir a D debido a que el rayo que va directo a D entra dentro

del ángulo θ definido según la celda de lluvia. En condiciones normales (sin

lluvia), si A transmitiera a su máximo nivel de ATPC interferiría a D, así que en

condiciones normales A transmitirá a su menor nivel de ATPC. En caso de que

la celda de lluvia no incluyera al rayo interferente en D, al aumentar la

potencia, A provocaría interferencia en D.

Si nos encontramos en este caso, al incluir la zona de lluvia al radioenlace

deseado (C-D) y al interferente (A-D) debido a la lluvia se atenuará por igual

en los dos enlaces, así que se aumentaría sin problemas la potencia de C-D ya

que no se vería afectado por A-D al no aumentar A su potencia ya que entre A

y B no hay lluvia.

76

Figura 37: RE interferido e interferente con la misma atenuación.

Figura 38: Atenuación sólo en RE interferido.

En este caso nunca se verá afectado el radioenlaces C-D con el A-B ya que

la lluvia atenuará la interferencia de A-D.

7.3.3- Normativa

En Europa, la European Radiocommunications Office (ERO) fue establecida

en Mayo de 1991 como una parte permanente de la European Conference of

Postal and Telecommunications Comittee (CEPT) para dar soporte a la

European Communications Comittee (ECC) en temas de radio y

telecomunicaciones. Representa a 47 reguladores del espectro europeos.

La recomendación ECC/REC (05) 07 define la disposición de canales para las

bandas de 71-76 GHz y 81-86 GHz. Se tienen 5 GHz de ancho de banda con 19

canales de 250 MHz con 125 MHz de banda de guarda al principio y al final de

cada 5GHz de ancho de banda. La agregación de cualquier número de canales

desde 1 hasta 19 está permitida, además los canales pueden utilizarse para

duplexación por división de tiempo (TDD) o para duplexación por división de

frecuencia (FDD) indistintamente en cada banda o en combinación con otras

bandas.

Un resumen de los requerimientos técnicos para los equipos que trabajan en

estas bandas es el siguiente:

77

Figura 39: Atenuación sólo en el enlace interferente.

1- La ganancia de antena debe ser al menos de 43 dBi.

2- La EIRP (PIRE) máxima será igual a 45 dBW.

3- La potencia máxima de salida en el puerto de antena no debe exceder

30 dBm.

4- La tolencia de radiofrecuencia máxima no debe superar los ±150 ppm.

La asignación final de frecuencias y licencias en Europa las llevan a cabo las

administraciones nacionales. En España se encarga la CMT32.

7.3.4 – Análisis del sistema usando ATDI

ATDI33 es una herramienta de planificación que, entre otras cosas, nos

permitirá analizar con ejemplos prácticos todo lo comentado hasta aquí de los

sistemas E-BAND.

En primer lugar hay que comentar una limitación para analizar el sistema

con este programa y es que por defecto trae cargados varios modelos de

equipos con todas sus características, pero para equipos que trabajen en las

frecuencias de los sistemas E-BAND no hay registros, por lo que los resultados

serán algo distintos de lo que ocurre en la realidad al no poder definir todos los

parámetros de equipos reales.

Para analizar el sistema tendremos en cuenta dos escenarios diferentes:

entorno rural y entorno urbano. Para ellos tendremos los mismos factores en

común, equipos, frecuencia y umbrales serán los mismos. En la Figura 40 y

Figura 41 se pueden apreciar estos valores:

1- Frecuencias para enlace de subida y de bajada (71,25 y 81,25 Ghz)

2- Ganancia de las antenas.

32 Comisión del Mercado de las Telecomunicaciones - http://www.cmt.es/33 http://www.atdi.com/ics-telecom/

78

3- Pérdidas por cableado.

4- Potencia a la salida del puerto del radioenlace.

5- Umbrales para BER de 10-6 y 10-3.

7- Patrones de radiación de las antenas (datos de una antena

comercial). Son antenas muy directivas según se puede apreciar.

79

Figura 40: ATDI: Configuración del radioenlace.

Figura 41: ATDI: configuración de las antenas EBAND.

8- Apertura del haz y diámetro de la antena.

Para todos los estudios analizaremos los dos enlaces posibles, el de 71GHz y

el de 81GHz ya que ambos se comportarán de manera algo diferente. Los

estudios se hacen para una disponibilidad del 99,96% del tiempo.

Analizaremos en primer lugar los resultados para el entorno rural:

- Entorno rural sin lluvia. En este caso el factor predominante para la

indisponibilidad es el multitrayecto: Enlace de 81GHz:

Se puede comprobar como solo afecta el multitrayecto al no haber lluvia (2).

Las pérdidas en el espacio libre son de 136 dB (4) que es lo que concuerda con

lo estudiado en el apartado 6.3.1 para un radioenlace de 1,86Km como en este

caso. A esta distancia, según vemos en (1) para alcanzar el umbral de 10-3 nos

sobran 3,7 dB y 4,7 dB sobre la BER de 10-6. En el estudio del sistema con

modulación QPSK y una capacidad de 191Mbps obtenemos:

80

Figura 42: Perfil para entorno rural. Frec: 80GHz

En primer lugar hay que indicar que debido a la falta de configuración de los

equipos del sistema la potencia recibida y el margen de desvanecimiento (que

se ha establecido en 10 dB para todas las simulaciones con QPSK) no

concuerdan con la realidad, pero se puede apreciar como la fiabilidad del

enlace está por encima del porcentaje exigido de 99,96%. En el caso de usar

modulación 64QAM y 1024 Mbps el resultado sería:

Habría que aumentar más la potencia ya que el margen de desvanecimiento

se sitúa en 30dB y se necesita más potencia para llegar a la misma distancia

que con QPSK.

Enlace de 71 Ghz:

81

Datos 1

Figura 43: Perfil para entorno rural. Frec: 70GHz

Datos 2

Se puede comprobar como la diferencia de frecuencias hace que este enlace

llegue al otro extremo con más nivel de señal que al contrario. Esto es debido

a que las pérdidas en el espacio libre han disminuido al ser menor la

frecuencia.

A partir de ahora todos los análisis se harán sólo con el enlace de 80GHz que

es el más restrictivo.

- Entorno rural con lluvia. La intensidad de lluvia tomada para la zona donde

se ha estudiado el radioenlace es de 34.7 mm/h. En este caso el efecto de la

lluvia es muy predominante sobre la indisponibilidad por multitrayecto, de

hecho para el mismo radioenlace de 1,86Km no llega potencia suficiente:

En (1) podemos ver como la disponibilidad con lluvia está bastante por

debajo del 99,96% del tiempo, harían falta 10,5 dB para llegar a ese valor.

Esto se podría conseguir aumentando la potencia, pero en lugar de hacer esto,

vamos a reducir la distancia del vano para comprobar hasta qué distancia se

llegaría con lluvia de esta intensidad:

82

Figura 44: Resultados para mismas condiciones de RE pero con lluvia.

Se ha tenido que reducir la distancia del vano hasta los 0,89 km para que el

radioenlace pueda ser viable en condiciones de lluvia y manteniendo la

potencia transmitida en buenas condiciones ambientales. LA zona donde se ha

hecho el estudio pertenece a la zona K de lluvias, y según se puede ver en la

Tabla 8 las distancias concuerdan, ya que además de la lluvia encontramos

otros efectos que no son tenidos en cuenta en esa tabla.

- Entorno urbano sin lluvia. En este caso, debido a las diferencias entre el

terreno urbano y el rural, se verán diferencias principalmente en el

desvanecimiento multitrayecto y en la lluvia que para la zona de estudio

(Barcelona) tiene una intensidad de lluvia de 46.9 mm/h. Para el estudio sin

lluvia tenemos los siguientes resultados:

83

Figura 45: Perfil para entorno rural. Frec: 80GHz con lluvia

Vemos que la potencia necesaria para alcanzar la BER de 10-3 y de 10-6 se ha

alcanzado con un margen de sobra de 3,3 y 4,3 dB's respectivamente (1). La

atenuación multitrayecto es inferior y por eso la distancia del radioenlace

(1,95Km) es mayor que en el caso anterior (2). Por otra parte, debido a esto el

requisito de indisponibilidad del 99,96% del tiempo se cumple con 1,6dB de

margen.

Analizando los datos para las modulaciones QPSK y 64QAM vemos lo

siguiente:

84

Figura 44: Perfil para entorno urbano. Frec: 80GHz

Datos 3

La disponibilidad se cumple holgadamente, pero tal y como ocurre en el

caso anterior, debido a la mala configuración de los equipos tenemos

problemas con el margen de desvanecimiento para QPSK (10dB) y para 64QAM

(30dB), lo cual en un situación real no sería aceptable.

- Entorno urbano con lluvia. En este caso, tal y como se ha indicado ya, la

intensidad de lluvia será de 46.9 mm/h, lo cual limitará la distancia del enlace

en una mayor cantidad que en el ejemplo del entorno rural. Manteniendo la

distancia de 1,95Km tenemos los siguientes resultados:

Se puede ver que la atenuación por lluvia es mucho más acusada que en el

caso rural y ahora es necesario 14,5 dB de incremento de potencia para

alcanzar la misma distancia cumpliendo las especificaciones de 99,96% del

tiempo de disponibilidad.

Vamos a reducir la distancia del vano para comprobar cual es la distancia

máxima con lluvia para este entorno:

85

Figura 47: Resultados para mismas condiciones de RE urbano pero con lluvia.

Se puede comprobar que la distancia se ha reducido a 0.79 Km, lo cual en

comparación con el caso anterior es una reducción mucho mayor debido a la

diferencia de intensidad de lluvia.

Todo esto en cuanto al estudio de propagación para el sistema, pero no es

lo único, tal y como se ha explicado en puntos anteriores, hay que tener en

cuenta la interferencia de otros radioenlaces, de hecho, en la práctica, es la

componente que más se tiene en cuenta, ya que al limitar muchísimo la

atenuación por lluvia, se ponen valores de indisponibilidad más livianos y si no

hay valores de interferencia elevados, se pueden tolerar valores de

indisponibilidad mayores que en los radioenlaces convencionales.

86

Figura 48: Perfil para entorno urbano. Frec: 80GHz con lluvia

Bibliografía

1 - Recomendacion ITU: T-REC-G.826

2 - Recomendación ITU: R-REC-P.530-16

3 - www.huawei.com

4 - www.atdi.com/ics-telecom

5 - www.acma.gov.au (regulador Australiano)

6 - “Transmisión por Radio” José María Hernando Rábanos Séptima Edición

7 - Recomendación ETSI TR 101127: www.etsi.org

8 - Recomendación ITU: UIT-R F.1101

9 - Recomendación ITU: UIT-R P.620-3

10 - Comisión del Mercado de las Telecomunicaciones - http://www.cmt.es/

11 - www.alcatel-lucent.com

12 - Recomendación IETF : RFC3031

13 - Recomendación ITU-R F.1703

14 - Recomendación ITU-R F.1668-1

15 - Diversos documentos técnicos de carácter confidencial obtenidos en mis funciones laborales.

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