dimensionamiento de radioenlaces con el uso de radio

Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica

Dimensionamiento de Radioenlaces con el uso de Radio

Mobile y Atoll.

Autor: Daniel Roberto Granado Hurtado

Tutor: MSc David Beltrán Casanova

Este documento es Propiedad Patrimonial de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las

Villas, y se encuentra depositado en los fondos de la Biblioteca Universitaria “Chiqui

Gómez Lubian” subordinada a la Dirección de Información Científico Técnica de la

mencionada casa de altos estudios.

Se autoriza su utilización bajo la licencia siguiente:

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Villas. Carretera a Camajuaní. Km 5½. Santa Clara. Villa Clara. Cuba. CP. 54 830

Teléfonos.: +53 01 42281503-1419

i

PENSAMIENTO

Nuestro conocimiento es una pequeña isla en el enorme océano del desconocimiento.

Isaac Bashevis

ii

DEDICATORIA

A mis padres, que con este trabajo ven realizado su sueño.

iii

AGRADECIMIENTOS

A toda mi familia por permitirme ser quien soy.

A mi tutor MSc. David Beltrán Casanova por su tiempo y apoyo profesional.

A mis amigos de toda la vida Arturo y Rafael

A la mujer que le ha dado a mi vida un propósito, Neiby

A ese grupo de personas que han formado y siguen formando parte especial de mi vida,

especialmente a Marilín y Eduardo.

A todos mis compañeros de aula, especialmente a Gerardo y Lester por acompañarme en

estos cinco años.

A todo el que ha contribuido de una forma u otra a cumplir este sueño.

Muchas Gracias.

iv

RESUMEN

Este trabajo se desarrolló debido a la necesidad de incorporar nuevas prácticas de

laboratorio con un enfoque real a las asignaturas de la disciplina de Radio del nuevo Plan

de Estudio E. Para ello se consultaron materiales similares de universidades reconocidas y

documentos normativos de la Facultad de Ingeniería Eléctrica. Como resultado se

confeccionó un material de estudio de las tecnologías trunking analógicas y digitales, así

como 2 prácticas de laboratorio basadas en sistemas reales. Se utilizaron dos herramientas

de simulación: Radio Mobile y Atoll. Dicho material quedó conformado en 3 capítulos que

se complementan entre sí, el primero está dedicado al estudio de las tecnologías trunking y

de los softwares empleados de forma general. El segundo brinda una descripción de la

instalación e implementación en Radio Mobile de la práctica de laboratorio 1

correspondiente al sistema trunking analógico (MPT 1327). El tercer capítulo describe el

proceso de instalación e implementación en Atoll de la práctica de laboratorio 2

correspondiente al sistema trunking digital (eLTE). De esta forma quedó disponible un

material docente que responde a las nuevas exigencias de la enseñanza en las asignaturas de

la disciplina de Radio.

Palabras Claves: Sistemas trunking, trunking analógico (MPT 1327), trunking digital

(eLTE), Radio Mobile, Atoll

v

TABLA DE CONTENIDOS

PENSAMIENTO ..................................................................................................................... i

DEDICATORIA .................................................................................................................... ii

AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................ iii

RESUMEN ............................................................................................................................ iv

INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 8

Organización del informe ................................................................................................. 12

CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS .............................................................. 14

1.1 Introducción a la Tecnología trunking ................................................................... 14

1.1.1 Normas Analógicas y Digitales ...................................................................... 18

1.2 Introducción a Radio Mobile .................................................................................. 23

1.3 Introducción a Atoll ................................................................................................ 25

1.3.1 Principales características de Atoll ................................................................. 26

1.3.2 Tecnologías soportadas en Atoll ..................................................................... 27

1.4 Semejanzas y diferencias entre Radio Mobile y Atoll ............................................ 28

1.4.1 Semejanzas ...................................................................................................... 28

1.4.2 Diferencias ...................................................................................................... 28

1.5 Características de las guías de laboratorio ............................................................. 29

1.6 Casos de Estudio .................................................................................................... 31

vi

CAPÍTULO 2. RADIO MOBILE ..................................................................................... 33

2.1 Instalación de Radio Mobile ................................................................................... 33

2.1.1 Variante I ........................................................................................................ 33

2.1.2 Variante II ....................................................................................................... 33

2.2 Caso de estudio I .................................................................................................... 35

2.2.1 Descripción del Caso de estudio I ................................................................... 35

2.2.2 Características de los equipos ......................................................................... 35

2.2.3 Implementación del Caso de Estudio I ........................................................... 36

2.2.4 Evaluación de los resultados ........................................................................... 50

CAPÍTULO 3. ATOLL ..................................................................................................... 51

3.1 Instalación de Atoll ................................................................................................. 51

3.1.1 Insatalación de Global Mapper 16 .................................................................. 51

3.2 Análisis del Caso II ................................................................................................ 52

3.2.1 Descripción del Caso II ................................................................................... 52

3.2.2 Características de los equipos ......................................................................... 53

3.2.3 Implementación del Caso II ............................................................................ 53

3.2.4 Evaluación de los resultados ........................................................................... 70

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................... 71

Conclusiones ..................................................................................................................... 71

Recomendaciones ............................................................................................................. 71

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 73

ANEXOS .............................................................................................................................. 76

Anexo I Estaciones Base en Villa Clara del sistema Trunking MPT 1327 ..................... 76

Anexo II Topología Red Trunking Analógica .................................................................. 77

vii

Anexo III Arquitectura lógica de red de la solución eLTE de Huawei ............................ 78

Anexo IV Equipamiento de Huawei para la red Trunking eLTE. Propuesta para Cuba .. 79

Anexo V Propuesta de diseño de la red de MoviTel ........................................................ 79

INTRODUCCIÓN

8

INTRODUCCIÓN

La historia de las comunicaciones parte desde el mismo comienzo de la historia del

hombre, la comunicación es algo de vital importancia, no sólo para el ser humano, sino

también para el reino animal, este en su conjunto hace uso de la misma para llevar a cabo

todas sus tareas y funciones necesarias para la subsistencia [1]. Dentro de los tipos de

comunicaciones humanas se encuentran las denominadas telecomunicaciones, sobre las

cuales se fundamentan todas las comunicaciones a distancia [2] . Al mismo tiempo dentro

del amplio espectro de las telecomunicaciones se tienen las radiocomunicaciones con la

peculiaridad de que utilizan el espectro radioeléctrico como medio o soporte físico para la

propagación de las señales que llevan la información de la comunicación [3], [4].

Los primeros sistemas de radiocomunicaciones fueron para el servicio móvil, en donde una

estación central, a través de un canal de radio, mantenía comunicados múltiples usuarios,

bajo la tecnología de acceso "push-to-talk" (PTT) [5]. Para 1934, aproximadamente 5000

unidades de policía municipal de Estados Unidos, utilizaban un sistema móvil con

modulación AM para ofrecer seguridad pública. Para esta misma época, Edwin Armstrong

introdujo la modulación en frecuencia (FM), y desde entonces, esta ha sido la técnica

analógica más utilizada en los sistemas móviles. El crecimiento de los servicios móviles era

lento; el área de cobertura estaba servida por una estación central, con varias decenas de

kilómetros de alcance para atender todo un poblado. Sin embargo, la capacidad de cursar

tráfico se copaba rápidamente aún con cada nueva mejora tecnológica. Pero luego fueron

incorporándose novedosos avances tecnológicos como los primeros radioenlaces digitales,

experimentándose un aumento del ancho de banda y la eficiencia espectral. Luego

aparecieron nuevos esquemas de codificación que presentaban mejor robustez ante

desvanecimientos y mejor eficiencia espectral. Además se introducen técnicas novedosas

INTRODUCCIÓN

9

en el tratamiento y procesamiento digital de señales lo que permite mejorar los servicios en

cuanto a número de usuarios, zona de cobertura y ancho de banda sin sacrificar calidad o

fiabilidad de la red. [3], [6]

Los sistemas de radiocomunicaciones móviles tienen, hoy en día, un protagonismo

relevante en el campo de las tecnologías de la información. Tradicionalmente se les ha

clasificado en sistemas privados y públicos. Los primeros son importantes herramientas de

trabajo para una amplia gama de empresas de servicios, tales como: distribución de agua,

gas y electricidad, policía, ambulancias, bomberos, transporte y la industria petrolera. Estos

sistemas han evolucionado desde las primeras redes con asignación rígida de canales y

mínimas prestaciones, a los sistemas troncales (“trunking”) de concentración de enlaces,

dando origen a los PMR (Private Mobile Radio) o radio móvil privado [3], [7]. Estos

sistemas troncales proporcionan un elevado rendimiento en el uso de las frecuencias

radioeléctricas y aportan importantes recursos de valor agregado a la comunicación de voz

como son la formación de grupos, transmisión de datos, prioridades de emergencia,

conexión con la red telefónica pública, etc [8], [9].

Hoy en día, los sistemas troncales constituyen la solución profesional para las necesidades

de comunicaciones móviles de grandes empresas. Pero la evolución tecnológica prosigue,

así pues, los sistemas troncales de concentración de enlaces analógicos han pasado a ser

digitales como el trunking EDACS, trunking TETRA, trunking Open Sky, trunking eLTE,

entre otros [3].

Para organizaciones donde las comunicaciones juegan un papel importante, es necesario

contar con un sistema de comunicación que sea rápido, eficiente y seguro. Un sistema de

“Radio trunking” provee a las empresas de una cobertura adecuada, seguridad, flexibilidad

y eficiencia [10]. Radio trunking es un sistema dinámico de asignación de canal, es decir,

las decisiones sobre la asignación de frecuencia son realizadas automáticamente por un

centro de control y un switch computarizado.

Dentro de las principales ventajas que ofrece el sistema Radio trunking se encuentran [11]:

• Rápido acceso al sistema: sin la necesidad de monitorear el canal antes de usarlo.

• Mejor eficiencia en el uso del canal: todos los canales son compartidos por todos los

usuarios para reducir la congestión del canal.

INTRODUCCIÓN

10

• Mayor privacidad: a los usuarios del mismo grupo de conversación se les asigna un

único canal de voz mientras dure la conversación.

• Fácil expansión: se pueden agregar más usuarios sin necesidad de cambiar la

estructura del sistema.

Debido al crecimiento y expansión de estas tecnologías se ha hecho necesario facilitar el

diseño y la simulación de estos sistemas para abaratar costos y evitar implementaciones que

no cumplan los requisitos deseados. Para ello se han desarrollado un gran número de

herramientas de simulación de radio que hacen uso de las ventajas de los avances de la

computación y que permiten realizar dichos análisis de una forma relativamente sencilla en

comparación con la forma manual. Radio Mobile y Atoll son dos potentes softwares en

estas tecnologías inalámbricas. Radio Mobile es un programa de simulación de radio

propagación gratuito desarrollado por Roger Coudé para predecir el comportamiento de

sistemas radio, simular radioenlaces y representar el área de cobertura de una red de

radiocomunicaciones, entre otras funciones. El software trabaja en el rango de frecuencias

entre 20 MHz y 20 GHz y está basado en el modelo de propagación ITM (Irregular Terrain

Model) o modelo Longley-Rice. Radio Mobile utiliza datos de elevación del terreno que se

descargan gratuitamente de Internet para crear mapas virtuales del área de interés, vistas

estereoscópicas, vistas en 3-D y animaciones de vuelo [12].

Atoll es un entorno de planificación de radio creado por la empresa FORSK basado en

ventanas, fácil de usar, que da soporte a operadores de telecomunicaciones inalámbricas

durante todo el tiempo de vida de la red (desde el diseño inicial, hasta la fase de

optimización y durante las distintas ampliaciones). Atoll está formado por un módulo

principal, al que se le pueden ir añadiendo módulos de las diferentes tecnologías que

poseen. En cada plantilla se proporciona una estructura adecuados a la tecnología en la que

se basan. Entre las tecnologías que soporta se encuentran: GMS/GPRS/EPRS, CDMA2000,

Microwave Radio Links, UMTS HSPA, LTE, WIMAX, entre otras [13].

En la actualidad dichas tecnologías y el uso de los softwares de simulación y control de

estos sistemas inalámbricos forman una parte importante de los posibles roles a desempeñar

por el ingeniero en telecomunicaciones. Es por ello que se le brinda especial atención en la

educación superior a la formación práctica del ingeniero a través de la ejecución de

INTRODUCCIÓN

11

prácticas de laboratorio. Estas prácticas constituyen un proceso de ayuda y

acompañamiento continúo, en todos sus aspectos, con el objetivo de mejorar el proceso

educativo. Las Guías de Laboratorio tienen como objetivos instructivos fundamentales que

los estudiantes adquieran las habilidades propias de los métodos de la investigación

científica, amplíen, profundicen, consoliden, realicen, y comprueben los fundamentos

teóricos de la asignatura mediante la experimentación empleando los medios de enseñanza

necesarios. Este proyecto busca servir de base para fomentar el conocimiento de las

tecnologías de comunicaciones inalámbricas específicamente la trunking y a la vez

incorporar dos Prácticas de Laboratorio que consoliden los conocimientos adquiridos,

vinculen al estudiante con dos de las herramientas de simulación de radio más difundidas

actualmente y mejoren el proceso de formación del ingeniero en telecomunicaciones y

electrónica. Es por ello que este proyecto tiene como objetivo general:

• Desarrollar Prácticas de Laboratorio para la Disciplina de Radio con enfoque real

empleando “Radio Mobile” y “Atoll”.

Para el logro del mismo se plantean como objetivos específicos:

• Elaborar un material que describa los softwares “Radio Mobile” y “Atoll” y permita

su instalación y explotación.

• Dimensionar Radioenlaces reales con ayuda de los softwares citados.

• Validar la aplicabilidad de los softwares para ser usados en las Prácticas de

Laboratorio propuestas.

Para validar la importancia de este proyecto se formulan las siguientes interrogantes

científicas:

• ¿Son aplicables estos softwares en la docencia de las asignaturas de la disciplina de

Radio?

• ¿Cuáles características los hacen efectivo o no para su uso en el dimensionamiento

de Radioenlaces?

• ¿En qué asignaturas es efectivo su uso para una correcta utilización de los mismos?

INTRODUCCIÓN

12

Con este trabajo se pretende proporcionar una enseñanza orientada a la adquisición de

conocimientos prácticos que permitan al estudiante desenvolverse en la solución de

problemas relacionados con los Sistemas de Radiocomunicaciones. El impacto que se

espera es la obtención de una guía que ayude a los estudiantes y profesores a aumentar sus

conocimientos teóricos y prácticos en las asignaturas de la disciplina de Radio, mejorando

de esta forma el proceso de formación profesional.

Organización del informe

Para el logro de los objetivos planteados el informe de la investigación contará con la

siguiente estructura: introducción, tres capítulos, conclusiones, recomendaciones,

bibliografía y anexos.

En la introducción se define la importancia, actualidad y necesidad del tema que se aborda

y se dejan explícitos los elementos del diseño teórico.

En el Capítulo I se aborda la importancia y características de las guías de laboratorio; así

como el impacto del uso de guías de laboratorios en la educación superior. Se estudian los

principios de funcionamientos y las diversas variantes de las tecnologías trunking

existentes. Se explican los elementos más relevantes acerca de los softwares empleados y

se exponen los Casos de Estudio a tratar en el presente trabajo.

En el Capítulo II se explica el proceso de instalación de Radio Mobile y se realiza el

análisis del Caso de Estudio I a partir de una descripción del mismo, su implementación y

la evaluación de los resultados haciendo uso de la herramienta de simulación anteriormente

citada.

En el Capítulo III se describe el proceso de instalación de Atoll y se analiza el Caso de

Estudio II a partir de su descripción, implementación y evaluación de los resultados

mediante el uso de dicha herramienta.

En las conclusiones se presentan los principales resultados del trabajo que dan

cumplimiento a los objetivos trazados de una manera clara y precisa, y exponen las

consideraciones finales sobre la problemática investigada.

Las Referencias Bibliográficas permiten la conformación del cuerpo investigativo.

INTRODUCCIÓN

13

Los anexos amplían la información de los temas con mayor relevancia abordados en el

presente trabajo

CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS

14


El objetivo fundamental de este capítulo es contribuir a la comprensión de los elementos

teóricos, conceptuales y de fundamentación física relacionados con las tecnologías

trunking; así como brindar un acercamiento a las características y funcionalidades de los

softwares que serán empleados en la simulación de estas tecnologías. Además se exponen

las características e importancia de las prácticas de laboratorio en la educación superior; así

como los Casos de Estudio a tratar en el presente trabajo, generando el marco teórico

necesario para lograr el cumplimiento de los objetivos trazados.

1.1 Introducción a la Tecnología trunking

El sistema de Radio trunking es un sistema de comunicaciones radioeléctricas, donde se

utilizan técnicas convencionales o basadas en el uso de frecuencias comunes, las que

proporcionan servicios de comunicaciones móviles de voz punto a punto múltiples o

viceversa.

En este sistema un número reducido de canales radioeléctricos es compartido entre un gran

número de usuarios, conformando grupos privados de comunicación, donde cualquier

usuario tiene acceso a los diferentes canales a través de selección automática del que se

encuentre libre. En estos sistemas la asignación de frecuencias a los usuarios se realiza de

forma dinámica, asignándose un canal cuando hay demanda solamente, lo cual minimiza el

tiempo de desocupación del canal, pues cada usuario sólo utiliza el canal durante el tiempo

de conversación, cuando ésta finaliza, el canal se libera, retornando a la reserva para que

pueda ser asignado a otro usuario [11].


15

El canal de control es por el que realizan la señalización de establecimiento de la

comunicación los sistemas trunking. A diferencia de otros sistemas, para la gestión de

comunicaciones en una red trunking se requiere de un centro de control inteligente que

disponga del estado real de equipos conectados a la red, canales utilizados, equipo en

comunicación, etc. Cuando se necesita realizar el envío de estados a una central se hace uso

del canal de control al cual están conectados los equipos, esperando enviar o recibir órdenes

de establecimiento de llamadas. De esta forma se agiliza el envío de información sin

necesidad de utilizar canales de tráfico.

El canal de control utilizado para la señalización asociada al sistema puede ser de dos tipos

[14]:

• Canal dedicado: Se emplea de forma permanente para la función de control.

• Canal variable: Cuando todos los canales de tráfico están ocupados, se utiliza el

canal de control como un canal más de tráfico. El primer canal que quede libre será

asignado como canal de control, al cual accederán los móviles mediante un

mecanismo de exploración secuencial.

Trunking asigna dinámicamente las frecuencias de las bandas de operación a medida que

estas vayan siendo solicitadas. La asignación de frecuencias o canales se hace a través de

varios protocolos de señalización analógicos o digitales según el tipo de sistema trunking

empleado. Dentro de las principales normas analógicas y digitales que establecen los

protocolos y requisitos de estos sistemas se encuentran [11]:

NXDN (Digital, Japón)

Motorola (Americano)

• Type I

• Type II

• Type II Hybrid

• Type II Smart Zone

• Type II Smart Zone Omni Link

• iDEN (integrated Digital Enhanced Network)

MPT-1327 (Analógico)

APCO Project 16 (Analógico, Americano)


16

APCO Project 25 (Digital, Patente Americano)

TETRA (Digital, Europeo)

TETRAPOL (Digital, Europeo)

GoTa (Digital 3G)

DMR (Digital, Europeo)

eLTE - (Digital 4G, Chino)

En los sistemas convencionales de radio, las conversaciones son realizadas a través de una

frecuencia dedicada. En un sistema tipo trunking la misma conversación se hace en un

conjunto de frecuencias. Las comunicaciones telefónicas comerciales son una versión

cableada de trunking. El manejo de las vías de comunicación se encuentra en manos de una

computadora. El manejo de los canales se realiza por medio de un control central, dicho

proceso es ajeno al usuario [11].

En la Figura 1.1 se muestra un sistema de comunicación trunking. La frecuencia en rojo

representa el canal que es asignado por el controlador para tener todo el tráfico de datos.

Cuando el radio portátil transmite a la base estación los datos enviados contienen

información sobre el grupo de conversación al cual pertenece el usuario. Posteriormente la

radio base redirige el tráfico hacia los usuarios del mismo grupo.

Figura 1.1. Comunicación utilizando Radio trunking [11].


17

Las conversaciones que se realizan dentro de un mismo grupo de charlas, no

necesariamente se mantienen en la misma frecuencia, ya que el sistema está diseñado para

realizar una asignación dinámica de la frecuencia, la frecuencia a la cual se transmite no

necesariamente es la misma con la que se recibe o se vuelve a transmitir, el sistema le

asigna la frecuencia disponible para el momento en que se realiza la comunicación. La

protección se basa en el hecho de que la conversación no se encuentra fija en una

frecuencia, si alguien quisiese escuchar una conversación este debería conseguir la

frecuencia asignada para cada parte de la conversación, ya que esta no es estática. Las

tecnologías que utilizan los sistemas trunking trabajan en diferentes bandas, entre ellas se

tienen las bandas 450 MHz y la de 800 MHz, las cuales están distribuidas como se muestra

en las Figura 1.2 y 1.3 respectivamente.

Figura 1.2. Asignación de la banda de 450 MHz (según Motorola) [11]


18

Figura 1.3. Asignación de la banda de 800 MHz (Según Motorola) [11]

1.1.1 Normas Analógicas y Digitales [14], [15]

NXDN

NXDN es un protocolo técnico CAI (Common Air Interface) propietario para las

comunicaciones móviles. Fue desarrollado conjuntamente por Icom Inc y por Kenwood

Corporation e implementado en sus respectivos sistemas. El protocolo NXDN se anunció

en 2005, y los productos compatibles con NXDN aparecieron por primera vez en 2006. El

protocolo NXDN proporciona soporte para las siguientes funciones:

• Cifrado de voz digital con una clave de 15 bits de 32768 códigos diferentes.

• Paginación y Estado de informes Radio-a-Radio y Despacho-a-Radio.

• Alias de usuarios: 65545 identificaciones diferentes de grupo y de usuario.

• Hombre caído y llamada de emergencia.

• Funciones de gestión remota de radio (desactivación, reactivación y el monitoreo).

• Interfaz de aplicaciones de terceros para: paginación de radio, la localización del

GPS, terminales de datos taxi, en el seguimiento de construcción.


19

NXDN utiliza la tecnología FDMA (Frequency Division Multiple Access), en la que

diferentes flujos de comunicación están separados por frecuencia y se ejecutan

simultáneamente. El canal básico NXDN es digital y puede ser o bien de 12,5 KHz o 6,25

KHz de ancho. Los sistemas de dos canales de 6,25 KHz se pueden configurar para

ubicarse dentro de un canal de 12.5 KHz. Esto duplica, efectivamente, la eficiencia del

espectro en comparación con un sistema FM (Frecuencia Modulada) analógico que ocupe

un canal 12.5 KHz. La arquitectura de NXDN es tal que dos canales NXDN pueden estar

dentro de un canal de 12,5 KHz, y pueden ser asignados como voz - voz, voz- datos, o

datos - datos.

GoTa (Global open Trunking architecture)

GoTa es una nueva generación de sistema de trunking digital usando tecnología del

CDMA2000 y es diseñado para los usuarios corporativos. Al ser un sistema CDMA (Code

Division Multiple Access) permiten que muchos usuarios compartan una asignación de

espectro común mediante el uso de técnicas de espectro extendido.

A continuación se presentan algunas ventajas del sistema GoTa:

• El radio de cobertura es de 2 a 4 veces mayor que GSM (Global System for Mobile)

empleando la misma frecuencia de radio.

• Una llamada de grupo PTT (Push To Talk) puede soportar aproximadamente a 100

suscriptores.

• Soporta diferentes bandas de frecuencias (450 MHz, 800 MHz, 1.9 GHz y 2.1

GHz).

• Mejor calidad de voz y servicio de datos de velocidad alta basada en CDMA2000-

1X (153.6 Kbps; siguiente versión 307.2 Kbps).

• Más seguridad y atenuación de interferencias.

• Buena relación costo-eficiencia en la implementación de la red.

• Soporta el roaming de llamadas PTT.

• Rápida conexión y recursos de radios compartidos.

• Es fácil de usar, puede manejar fácilmente los grupos de llamadas y sabe cuándo los

amigos están conectados o no.


20

DMR

La DMR (Digital Movil Radio) fue originalmente desarrollada como un reemplazo directo

de la radio móvil privada analógica para proporcionar soluciones de radio digital de bajo

costo para el transporte y las utilidades. Ofrece una mejor calidad de audio digital, una

mejor eficiencia espectral, una mejor capacidad de datos y una mayor duración de la batería

portátil. DMR ha ampliado su alcance a las comunicaciones críticas de negocio y

comerciales [7].

El conjunto de normas DMR es desarrollado y gestionado por el ETSI (European

Telecommunications Standards Institute) en relación con los miembros de los proveedores

de la Asociación DMR, que también asegura interoperabilidad de múltiples proveedores y

promueve la tecnología. Las normas se definen en "niveles" operacionales [7]:

• Nivel I: Especifica la operación con corriente de corto alcance sin necesidad de

licencia, principalmente para uso personal o recreativo.

• Nivel II: Especifica la operación convencional en las bandas con licencia. Una

licencia de un regulador nacional permite que los radios operen a una potencia

superior, permitiéndoles transmitir a distancias más largas, y en una parte dedicada

del espectro de radio.

• Nivel III: Añade plena operación de trunking digital a nivel de capacidades II,

basado en el trunking analógico de estándar abierto MPT1327, en el que los canales

de radio que están disponibles pueden ser compartidos entre los usuarios de manera

más eficiente.

TETRA

TETRA (Trans European Trunked Radio) es un estándar abierto definido por el ETSI. Este

estándar define un sistema móvil digital de radio y nace por decisión de la Unión Europea

con el objeto de unificar diversas alternativas de interfaces de radio digitales para la

comunicación entre los profesionales de los sectores mencionados más abajo. Se pueden

transmitir cuatro canales de voz o datos por cada canal físico de radiofrecuencia. Es un


21

sistema totalmente digital de 2G que opera en las bandas 380-400 MHz; 410-430 MHz;

450-470 MHz; 800 MHz y 900 MHz [7], [16].

La evolución de TETRA ha pasado por el lanzamiento de TETRA 2 y más recientemente

TEDS (TETRA Enhanced Data Service). TEDS, para lograr mayores velocidades de

transmisión de datos utiliza diferentes anchos de banda de canal de radio frecuencia y

esquemas de modulación, además es totalmente compatible con TETRA y, como resultado,

facilita la migración entre las versiones del estándar.

MPT 1327

Uno de los sistemas de concentración de enlaces analógicos de mayor éxito en el mundo es

conocido como MPT 1327 (Ministry of Post and Telecommunication). El estándar MPT es

relativamente eficiente en términos de uso del espectro y ofrece capacidades de datos, así

como llamadas de grupo, llamada rápida, configuración y niveles de prioridad. MPT 1327

es un estándar abierto de señalización para sistemas de radio móvil terrestre privada de

concentración de enlaces[17]. El Departamento de Comercio e Industria del Reino Unido

publicó el primer borrador del estándar abierto MPT 1327 en 1986. Tener pocas

restricciones de patentes y ser reconocido como un estándar abierto no propietario hace

MPT 1327 atractivo tanto para los fabricantes como para los usuarios.

Principales características de este estándar:

• Menos espera en los tiempos de preparación de llamada.

• Cuenta con tecnología conocida y sitios de referencia que le garantizan la

aceptación en todo el mundo.

• Al ser flexible y actualizable es apto para redes pequeñas y grandes.

• Puede elegir la mejor frecuencia disponible por contar con una frecuencia

transparente.

• Reduce el tiempo de espera del usuario ya que utiliza los canales

disponibles de manera eficiente.

• El costo de hardware por usuario es menos por tener menor necesidad de

canales.

• Mayor nivel de privacidad al contar con un canal dedicado por llamada.


22

• Seguridad garantizada por su chequeo del número de serie electrónico.

• Proporciona un soporte de datos haciendo que pueda utilizarse los mensajes

de texto.

eLTE

En cumplimiento de la tendencia de desarrollo de los sistemas trunking digitales, Huawei

desarrolló la solución de banda ancha basados en LTE (Long-Term Evolution) [18]. La

solución eLTE ofrece servicios de trunking en redes LTE mediante la adición de un servidor

PTT y terminales relacionados con las redes existentes sobre la base de la red LTE estándar.

Características principales de eLTE:

• Alto rendimiento.

• Banda ancha y vídeo de alta resolución.

• Interoperabilidad.

• API (Application Programming Interface) abierta y aplicaciones diversas [19].

• VPN (Virtual Private Network) y bajos costos de la construcción y mantenimiento

de la red.

• Aseguramiento de la calidad profesional del servicio de trunking (reserva de

prioridad y recursos).

Gracias a la arquitectura de la red LTE y al diseño de la interfaz aérea para la banda

ancha, los tiempos de establecimiento de llamada se reducen considerablemente. Al

igual que el trunking tradicional, eLTE puede proporcionar una mejor experiencia de

rendimiento. Sobre la base de eMBMS (standard envolved multimedia broadcast/

multicast service) característica del LTE, eLTE puede proporcionar gran grupo de

llamadas con un número ilimitado de usuarios. Huawei extrae lecciones de lo que

hereda, la experiencia y logros 2G, 3G y las tecnologías trunking, para proporcionar

funciones integrales del servicio de trunking. Sobre la base de la alta eficiencia del

espectro y el ancho de banda de la red LTE, eLTE puede proporcionar video portero,

video vigilancia móvil, transferencia de archivos grandes, asistencia remota, y consolas

de despacho móviles


23

El ancho de banda de eLTE oscila entre 1,4 MHz y 20 MHz dependiendo de la banda de

frecuencia que se emplee. Cuenta con una amplia gama de frecuencias de LTE-TDD

(Time-division Duplex) de 400 MHz / 1.4 GHz / 1.8 GHz / 2.3 GHz, y LTE-FDD

(Frequency -division Duplex) 700 MHz / 800 MHz aunque en algunos casos se puede

personalizar las frecuencias a las necesidades de los clientes para que el operador pueda

obtener fácilmente los recursos de frecuencia. También logra combinar voz y despacho

de vídeo en una sola red de banda ancha y proporcionar un tiempo de establecimiento

de llamada de grupo inferior a 300 ms y tiempo de atención preventiva por debajo de

los 150 ms para garantizar una respuesta oportuna para cualquier situación crítica. Otra

de las características es el mecanismo de QoS (Quality of Service) que puede garantizar

la calidad (por ejemplo, el ancho de banda, prioridad, retardo y el rendimiento) de los

servicios del sistema utilizando adecuadamente los recursos de red y satisfacer las

diferentes necesidades de transmisión de diferentes tipos de servicios para los usuarios

de los diferentes niveles. Como se muestra en la Figura 1.3 la solución presenta

diferentes mecanismos de QoS en dependencia del equipo que se utilice.

Figura 1.3. Calidad de servicios

1.2 Introducción a Radio Mobile

En 1998 el ingeniero y radioaficionado canadiense Roger Coudé creó un software gratuito

llamado Radio Mobile. Este programa de simulación de radioenlaces permite analizar y

planificar el funcionamiento de un sistema de radiocomunicaciones fijo o móvil dentro del


24

rango de 20 MHz a 20 GHz. Con esta aplicación se pueden realizar los cálculos y obtener

todos los datos necesarios para realizar radioenlaces funcionales y abandonar la tediosa

tarea que resulta hacerlo manualmente: conseguir las cartas topográficas e ir calculando

todas las curvas de nivel que atraviesa el enlace, para después considerar los demás

aspectos operativos para un correcto enlace. Los cálculos de los radioenlaces se plasmarán

en un mapa de cobertura en cuya generación se utilizan tres elementos básicos: un mapa de

trabajo, elaborado a partir de un modelo digital del terreno (Figura 1.4), un mapa

topográfico (Figura 1.5), elaborado a partir de una cartografía específica (GoogleEarth,

GoogleMaps) y por último un mapa de cobertura, elaborado con el algoritmo de cálculo de

propagación Longley-Rice, implementado en Radio Mobile. El producto final será un mapa

resultado de la fusión de las tres capas anteriores [12], [20].

Radio Mobile utiliza datos de elevación del terreno que se descargan gratuitamente de

Internet para crear mapas virtuales del área de interés, vistas estereoscópicas, vistas en 3-D

(Figura 1.6) y animaciones de vuelo. Los datos de elevación se pueden obtener de diversas

fuentes, entre ellas del proyecto de la NASA Shuttle Terrain Radar Mapping Misión

(SRTM) que provee datos de altitud con una precisión de 3 segundos de arco (100 m). En

cuanto a los parámetros de las unidades transmisoras o receptoras, se pueden modificar sus

valores indicando la potencia, sensibilidad y parámetros de la antena entre otros. Además,

los resultados de la simulación de cobertura pueden ser analizados de forma individual para

cada unidad en caso de ser necesario. El desarrollo de este programa ha alcanzado un grado

de eficacia y excelencia comparable a los programas de pago que resultan muy caros. En

resumen, Radio Mobile es un excelente software gratuito de simulación de radioenlaces que

puede ayudar a valorar y validar planificaciones hechas en papel [12].


25

Figura 1.4. Mapa mundial creado con Radio Mobile utilizando datos de elevación SRTM

[12]

Figura 1.5. Superposición de mapa de elevaciones y mapa topográfico (Mapa de Madrid y

sus alrededores) [12]

Figura 1.6. Vista en 3D generada con Radio Mobile [12]

1.3 Introducción a Atoll

Atoll fue creada por la empresa FORKS y constituye una herramienta de planificación

flexible, escalable, técnico abierto que permite la planificación y optimización de redes

inalámbricas.

Es una aplicación con un entorno gráfico (Figura 1.7) para la planificación de entornos de

radiotelecomunicaciones. Atoll se presenta como un entorno de planificación de radio


26

basado en ventanas, fácil de usar, que da soporte a operadores de telecomunicaciones

inalámbricas durante todo el tiempo de vida de la red [21]. Desde el diseño inicial hasta la

fase de optimización y durante las distintas ampliaciones. Más que una herramienta de

ingeniería, Atoll es un sistema de información técnico abierto, escalable y flexible que

puede integrarse fácilmente en otros sistemas de telecomunicaciones, aumentando la

productividad y reduciendo los tiempos de desarrollo [13], [18], [22], [23].

Figura 1.7. Entorno de trabajo de Atoll

1.3.1 Principales características de Atoll [22], [24]:

• Propiedades avanzadas en el diseño de redes: Herramientas de cálculo de

propagaciones de altas prestaciones, redes multicapas y jerárquicas, modelado de

tráfico como planificación automática de frecuencias, códigos y optimización de

red. Soporta tecnologías hibridas (GSM/UMTS, GSM/GPRS, CDMA/CDMA 2000,

W-CDMA/UMTS,).

• Arquitectura abierta y flexible: Permite compartir datos e integración con otros

sistemas de entornos multiusuarios. Los parámetros de entrada cuentan con

requisitos relacionados con la calidad, la capacidad y la cobertura de cada servicio;

un conjunto integrado de la AFP y las herramientas de los países ACP.

• Cálculos distribuidos y paralelos: Tolera cálculos paralelos en servidores

multiprocesador entre distintas estaciones de trabajo.


27

• GIS de última generación: Sostiene multi-formato / multi-resolución de los datos

geográficos. De alta resolución de zonas urbanas y datos en todo el país son

compatibles y se muestra de forma interactiva, Agrega ingeniería y predicción de

las parcelas.

• Se basa en mapas digitales del terreno. Con este se logra realizar cálculos con la

información que extrae de dichos mapas y bases de datos con información de la red.

1.3.2 Tecnologías soportadas en Atoll [13], [22], [23].

Atoll está formado por un módulo principal, al que se le pueden ir añadiendo módulos de

las diferentes tecnologías inalámbricas que posee. En cada plantilla se proporciona una

estructura de datos adecuada a la tecnología en la que se basa. Las diferentes tecnologías

que Atoll tiene disponibles, dependiendo de la configuración instalada en el equipo, son:

• GSM/GPRS/EDGE: Esta plantilla se utiliza para modelar y planificar tecnologías de

segunda generación (2G), basadas en TDMA (Time Division Multiple Access).

• CDMA2000: Esta plantilla se utiliza para modelar tecnologías de tercera generación

(3G) basadas en CDMA2000 (evolución de CDMA).

• Microwave Radio Links (Enlace de microondas): Permite modelar enlaces radio,

como parte de una red de telecomunicaciones, para cualquier plantilla.

• UMTS HSPA: UMTS, HSDPA y HSUPA (estos últimos conocidos como HSPA) son

sistemas de 3G que se basan en la tecnología WCDMA. Esta plantilla se utiliza para

este tipo de sistemas, puesto que WCDMA y CDMA son incompatibles (a pesar de

ser tecnologías similares).

• LTE: Son sistemas de 4G basados en las técnicas FDMA (Frequency Division

Multiple Access). Son los sistemas móviles de mejor desempeño hasta la

actualidad.[18]

• Wi-Fi: Esta plantilla se utiliza para la planificación de puntos de acceso Wi-Fi en

lugares abiertos o cerrados. Soporta todos los estándares hasta la fecha.

• WiMAX: Esta plantilla ha sido desarrollada en cooperación con los proveedores de

equipos WiMAX. Actualmente, Atoll soporta los estándares IEEE 802.16d y

802.16e.


28

Por tanto, en Atoll hay una gran variedad de tecnologías disponibles a planificar. En

concreto, gracias al módulo LTE que proporciona esta herramienta, se puede planificar y

diseñar redes de cuarta generación para usuarios fijos y móviles. Además se disponen de

bases de datos topográficas de gran resolución que permiten obtener perfiles del terreno y

otros datos que serán utilizados para realizar los cálculos de propagación. Atoll permite

emplear métodos de predicción de propagación radioeléctrica más elaborados y con

cálculos mucho más laboriosos.

1.4 Semejanzas y diferencias entre Radio Mobile y Atoll

Radio Mobile y Atoll son dos potentes herramientas de simulación pero cada una tiene sus

particularidades que la hacen más o menos atractivas para los usuarios. Es por ello que es

de vital importancia conocer sus semejanzas y a la vez sus diferencias para escoger

adecuadamente según nuestras necesidades

1.4.1 Semejanzas

Ambos son simuladores de propagación de radio frecuencias (RF), ambos utilizan mapas

con datos de elevación del terreno, los cuales junto a los datos de las estaciones de

radiocomunicaciones y algunos algoritmos que responden a modelos de propagación

permiten obtener diversos resultados de cobertura y propagación necesarios para comprobar

la viabilidad del sistema. Además se pueden cargar mapas que muestren la distribución

visual de los objetos en el terreno como carreteras, zonas rurales y urbanas, para tener una

mejor visualización y localización del terreno.

1.4.2 Diferencias

Radio Mobile está limitado en el trabajo con sistemas en frecuencias que van de los 20

MHz hasta los 2000 MHz mientras que Atoll trabaja en un rango mayor dependiendo de la

tecnología que se emplee. Atoll permite cargar otros tipos de mapas con mayor cantidad de

datos geográficos y de otra índole que ayudan a tener mejor precisión en las simulaciones

realizadas. Los mapas de altitud de ambos softwares tomados de los sitios recomendados

por los fabricantes tienen diferencias apreciables en cuanto a los valores de altitud del

terreno, los cuales serán expuestos durante el desarrollo de los casos de estudio a tratar en

el presente trabajo. Atoll posee una serie de módulos basados en las diferentes tecnologías


29

inalámbricas que existen, los cuales están optimizados para que los resultados obtenidos

sean más precisos en dependencia de la tecnología seleccionada. Por otra parte Radio

Mobile es un software totalmente gratuito mientras que Atoll necesita de una licencia

pagada. Radio Mobile tiene una interfaz con menor complejidad y más elemental pero no

deja de ser eficiente mientras que Atoll es una interfaz más compleja con más opciones y

parámetros por lo que se necesita de un estudio más profundo de la herramienta. Sin duda

alguna Atoll sería una herramienta a tener en cuenta en el plano profesional donde se

requiera de mayor precisión en los resultados mientras que Radio Mobile sería efectivo para

realizar análisis de sistemas en los cuales no se requiera de tanta exactitud.

1.5 Características de las guías de laboratorio

Según [25] un manual de prácticas de laboratorio podrá ser utilizado en el proceso de

enseñanza y aprendizaje como un medio didáctico, junto con los recursos materiales y

educativos, lo que en conjunto puede cumplir diversas características. Entre las más

frecuentes están:

• Proporcionar explícitamente información del tema en estudio, de sus métodos y

procedimientos.

• Guiar el aprendizaje de los alumnos al instruir, ayudar a organizar la información,

relacionar conocimientos, crear nuevos conocimientos y aplicarlos.

• Ejercitar habilidades, entrenar al alumno en técnicas, métodos y acciones que

exigen una determinada respuesta lógica o psicomotriz.

• Motivar, despertar y mantener el interés por temas específicos.

• Evaluar los conocimientos y las habilidades que se tienen, a partir de ponerlos en

práctica y del cuestionamiento de los resultados obtenidos. Propiciar además, la

corrección de los errores, explícitos o implícitos, de los alumnos.

• Proporcionar simulaciones en actividades previas a la ejecución de la práctica, al

ofrecer entornos para la observación, exploración y experimentación.

En el diseño de una guía de laboratorio, taller o campo para una asignatura se recomienda

considerar los siguientes aspectos:

• Revisión del objetivo general y del contenido de la asignatura.


30

• Consulta de libros o artículos científicos acerca del problema que se plantea

resolver, mismos que deben ser referidos en la bibliografía del manual de prácticas.

• Planificación del número adecuado de prácticas y de horas destinadas a esta

actividad dentro del programa de la asignatura.

• Selección y enunciado de los apartados que permitan describir la práctica, como son

introducción, objetivo, referencias del tema en estudio, instrucciones generales,

metodología, material y equipo, cuestionario, resultados, análisis y discusión.

• Planificación, para cada actividad práctica, del tiempo que ocupará cada una de ellas

contemplando un espacio para discutir sus resultados.

• Bibliografía recomendada, la cual deberá estar disponible en las sesiones de

laboratorio o de campo.

• Evaluación: se deben formular de manera explícita los criterios para determinar el

grado en que el estudiante ha alcanzado el objetivo de la actividad, lo que incluye el

formato para el reporte escrito propuesto y la fecha de entrega.

Por su esencia, el proceso de realización de las prácticas de laboratorio constituye parte

integrante del trabajo de los estudiantes, el cual está constituido por tres etapas:

• Preparación previa a la práctica

• Realización de la práctica

• Conclusiones de la práctica

La preparación previa a la práctica se desarrolla fundamentalmente sobre la base del

estudio teórico orientado por el profesor como fundamento de la práctica, así como el

estudio de las técnicas de los experimentos correspondientes. El desarrollo se caracteriza

por el trabajo de los estudiantes con el material de laboratorio (utensilios, instrumentos,

aparatos, y reactivos), la reproducción de los fenómenos deseados, el reconocimiento de los

índices característicos de su desarrollo, la anotación de las observaciones, entre otras tareas

docentes. Durante las conclusiones el estudiante deberá analizar los datos de la observación

y arribar a las conclusiones y generalizaciones que se derivan de la práctica en cuestión.

En las prácticas de laboratorio predominan la observación y la experimentación en

condiciones de laboratorio, lo que exige la utilización de métodos y procedimientos

específicos para el trabajo. En relación con esto, es significativa la contribución de los


31

métodos y procedimientos utilizados en el desarrollo de habilidades generales de carácter

intelectual y docente (observación, explicación, comparación, elaboración de informes,

entre otras), y, fundamentalmente en la formación y desarrollo de habilidades propias de

cada asignatura que utilice esta forma de organización del proceso de enseñanza-

aprendizaje. La preparación de las prácticas de laboratorio exige del profesor una atención

especial a los aspectos organizativos, ya que su realización se basa fundamentalmente, en la

actividad individual o colectiva de los alumnos de manera independiente.

Al igual que en otras tipos de clases, es necesario durante su preparación tener en cuenta:

• Las etapas del proceso de enseñanza-aprendizaje: Motivación, Orientación,

Ejecución, Evaluación.

• Determinar con precisión las características de la actividad de los estudiantes y las

habilidades que se van a desarrollar.

• Garantizar las condiciones materiales que exige el cumplimiento de los objetivos

propuestos.

• Estructura metodológica de la práctica de laboratorio.

Desde el punto de vista organizativo es necesario distinguir una secuencia o procedimientos

que facilite la dirección, por el profesor, de la realización de la práctica de laboratorio, entre

las que se encuentran las siguientes; orientación de los objetivos y las tareas fundamentales

a desarrollar y las técnicas operatorias básicas que se utilizaran:

• Distribución de materiales

• Trabajo independiente de los estudiantes

• Discusión colectiva de los resultados obtenidos

1.6 Casos de Estudio

Debido a la importancia que se le confiere al estudio de las tecnologías trunking y al uso de

los softwares en la formación del ingeniero actual, se abordarán dos casos de estudio en el

presente proyecto.

Caso de Estudio I: Se analizará el desempeño de la tecnología trunking analógica

implementada por parte de la empresa MoviTel en Santa Clara realizando las simulaciones

pertinentes en la herramienta Radio Mobile.


32

Caso de Estudio II: Se analizará el desempeño de la tecnología trunking digital (eLTE) que

se desea implementar por parte de la empresa MoviTel realizando las simulaciones

pertinentes en la herramienta Atoll. Sirviendo de apoyo al proyecto de inversiones y puesta

en marcha de dicha empresa.

Con la realización de los casos de estudios mencionados se busca crear una guía de estudio

para profesores y estudiantes de las asignaturas de la disciplina de Radio sobre estas

tecnologías, a la vez que sirva de guía para las prácticas de laboratorios de dichas

asignaturas. Además servirá de punto de apoyo para el proyecto de implementación del

trunking digital por parte de la empresa MoviTel.

CAPÍTULO 2. RADIO MOBILE

33


Radio Mobile es una herramienta relativamente sencilla de utilizar y constituye el software

por excelencia utilizado en varias empresas cubanas para la simulación de sistemas de

radio; es por ello que constituye una necesidad el conocimiento de la misma. En el presente

capítulo se abordará el proceso de instalación de Radio Mobile; así como el análisis,

descripción, implementación y evaluación de los resultados del Caso de Estudio I mediante

el uso de dicha herramienta.

2.1 Instalación de Radio Mobile

Existen dos opciones para la instalación de esta herramienta con la diferencia de que en la

segunda variante se garantiza estar utilizando la última versión disponible.

2.1.1 Variante I

Copiar la carpeta de Radio Mobile que se encuentra en la red universitaria hacia el

directorio C:\Archivos de programa o en cualquier otro directorio. El software estará listo

para su uso pero probablemente no estará haciendo uso de la versión más reciente que se

encuentra en la página oficial del fabricante.

2.1.2 Variante II [12], [20]

Todos los archivos necesarios y la explicación necesaria para la instalación de la última

versión del fabricante de Radio Mobile se encuentran en su página oficial de descargas

http://www.cplus.org/rmw/download.html. De ocurrir algún inconveniente en la página

oficial dada anteriormente viene detalladamente explicado los pasos a seguir para su

correcta instalación. El software del programa no incluye un instalador. Los siguientes

pasos permiten completar la instalación del programa:

http://www.cplus.org/rmw/download.html


34

1. Instale el paquete Visual Basic Runtime (Service Pack 6) de Microsoft. Para ello

descargue el archivo vbrun60sp6.exe y ejecútelo. Es posible que tenga que reiniciar

posteriormente su PC.

2. Cree un directorio en el que instalar el programa: C:\Archivos de programa\Radio

Mobile.

3. Descargue los siguientes archivos comprimidos y descomprímalos en el directorio

que ha creado, respetando este orden:

• rmw794.zip archivos ejecutables de Radio Mobile.

• sup.zip suplementos para Radio Mobile.

• net.zip ejemplo de red.

4. Para crear un acceso directo en su escritorio, abra el directorio C:\Archivos de

programa\Radio Mobile, seleccione copiar sobre el icono RMWDLX, sitúese sobre

el escritorio y seleccione pegar acceso directo.

5. Para habilitar la descarga de mapas desde Internet, por ejemplo de GoogleMaps, es

necesario abrir el archivo Map_Link.txt situado en la carpeta en la que ha instalado

Radio Mobile y borrar los apóstrofes de las primeras líneas:

• ´www.expedia.com

• ´virtualearth.net

• ´map.access.mapquest.com

• ´google.com

6. Para obtener funcionalidades extra puede descargar las siguientes librerías (DLL):

• freeimage.zip permite guardar imágenes en formatos jpeg, tiff y png.

• unzip32.zip permite la descarga automática de archivos SRTM

comprimidos.

• geoStarsLib.zip para establecer el Azimut relativo al Norte Magnético.


35

2.2 Caso de estudio I

2.2.1 Descripción del Caso de estudio I

En este caso como se ha dicho anteriormente, se analizará el sistema trunking analógico

implementado por la empresa MoviTel, el cual se encuentra operativo. Este sistema está

basado en el estándar MPT 1327 el cual es un estándar industrial para las redes de

comunicación tipo radio trunking como se describió en el capítulo anterior. MoviTel es una

empresa cubana que se encarga de brindar servicios de radiocomunicaciones través de su

red trunking que se encuentra conectada a la red pública por lo que brinda servicios de

comunicación entre dispositivos de dicha red y con cualquier dispositivo conectado a la red

pública de ETECSA. La red trunking de MoviTel está compuesta por numerosos centros

transmisores a lo largo de la isla. En la provincia de Villa Clara cuenta con 3 transmisores.

En este caso de estudio se analizará el Centro Transmisor ubicado en el Centro Transmisor

de TV Santa Clara, Loma Dos Hermanas, Carretera a Manicaragua Km 2 ½, Santa Clara,

Villa Clara. Dicho transmisor se encarga de dar servicio a la cabecera provincial Santa

Clara, algunos municipios y poblados aledaños. Los equipos utilizados por la empresa son

teléfonos móviles en su gran mayoría por lo que la red estaría compuesta de un centro

transmisor y de los dispositivos móviles para el caso de estudio. A continuación se

muestran las características de estos equipos necesarias para el análisis y la simulación de

este sistema en concreto.

2.2.2 Características de los equipos

Tabla 2.1. Parámetros de simulación de los equipos I.

Equipo Ubicación Pₜ Gₜ hₜ µₒ Lₐ

Transmisor

Dos

Hermanas

22 22 19.32 N

79 57 53.79 W

60 W 12 dBi 60 m -119 dBm 3.5 dB

Teléfono

Móvil

Múltiples

puntos

5 W 3 dBi 1.5 m -89 dBm Despreciables

(0 dB)


36

*Pₜ: Potencia de transmisión

*Gₜ: Ganancia directiva de la antena

*hₜ: Altura de la antena sobre tierra

*µₒ: Umbral de recepción

*Lₐ: Pérdidas adicionales aproximadas (cable + cavidades + conectores)

Tabla 2.2. Parámetros de simulación de los equipos II.

Equipo Tipo de antena Frecuencia

mínima

Frecuencia

máxima

Polarización

Transmisor

Dos Hermanas

Omnidireccional 840.125 MHz 870 MHz Vertical

Teléfono

Móvil

Omnidireccional 840.125 MHz 870 MHz Vertical

Como se ha descrito el centro transmisor está ubicado en la Loma Dos Hermanas la cual

tiene una elevación de 197.42 m sobre el nivel del mar según datos de MoviTel valor muy

cercano a los valores que registra Radio Mobile según su mapa de altitud cargado. Además

la antena está soportada sobre una torre a 60 m de altura sobre tierra, por lo que sería una

altura total de 257.42 m aproximadamente

2.2.3 Implementación del Caso de Estudio I

Con los parámetros de los equipos y la ubicación geográfica del transmisor se puede

comenzar la implementación [12].

Una vez abierto el programa de Radio Mobile, el primer paso es configurar las opciones de

Internet que se encuentra en el menú opciones/Internet (Figura 2.1). Para los cálculos de

propagación, se necesita la altitud relativa del terreno y esta se obtiene de un proyecto de la

NASA en el cual se caracterizó toda la superficie terrestre. Este mapa digital de elevación lo

tiene guardado la propia herramienta pero en caso de no encontrarse se debe definir la zona

de donde se desea descargar los mapas. Se ha elegido la zona de Europa STRM - 3

arcsecond - Site 3 (Se podía haber escogido cualquier otro directorio de internet). Luego se

elige una ubicación donde guardar los mapas que se descarguen, se ha escogido la carpeta


37

srtm3 que se encuentra en el directorio de instalación de Radio Mobile. Por último, se

selecciona la opción de “Bajar desde Internet si un archivo no se encuentra en el disco

local y guardarlo en disco local”.

Figura 2.1. Opciones de Internet, Radio Mobile

Luego se procede a cargar el mapa de altitud: en la barra de menú, Archivo/Propiedades del

mapa (Figura 2.2). La aplicación requiere el punto central del mapa, se le indica las

coordenadas de la ciudad de Santa Clara (Latitud: 22.42 N, Longitud: 79.97 O) ya que

constituye la zona de interés. Se especifica el alto y ancho en pixeles de la imagen final y

cuantos kilómetros va a abarcar esta área. En el apartado de fuente de datos de altitud, se

define la fuente de datos como SRTM y se escoge el directorio de la carpeta que se ha

creado anteriormente.


38

Figura 2.2. Propiedades de mapa, Radio Mobile

Luego se selecciona el botón Extraer y de esta forma se obtiene el mapa de altitud de la

ciudad de Santa Clara y gran parte de Villa Clara (Figura 2.3) necesario para las

predicciones que realiza Radio Mobile basadas en un modelo de propagación, en un mapa

de alturas del terreno y en los parámetros radioeléctricos de los equipos de la red.

Figura 2.3. Mapa de altitud de Santa Clara - Villa Clara


39

Con el mapa de altitud se pueden calcular las pérdidas de propagación del sistema, pero con

este mapa no se identifica con claridad la zona de trabajo, es por ello que esta herramienta

permite superponer otros tipos de mapa. En este caso se utilizarán imágenes del

GoogleMaps que muestran los caminos y la ubicación de poblados y ciudades. Para ello en

la barra de menú Editar/Combinar imágenes (Figura 2.4) se selecciona la opción de

multiplicar para que se fusionen los mapas, en la fuente Internet GoogleMaps y en Uso

Personal Caminos (En estos casos se necesita de una conexión a Internet pero en caso de no

ser posible las imágenes, mapas y redes que se creen se podrán encontrar en la red

universitaria para su acceso y visualización por parte de los estudiantes y profesores).

Figura 2.4. Combinar Imágenes, Radio Mobile

Para finalizar se pulsa el botón Dibujar, aparecerá una ventana que pregunta si se desea

fusionar los dos mapas en una imagen, o mantener el mapa en una nueva imagen. Se

selecciona fusionar en una imagen y de esta forma se obtienen fusionados los mapas y se

observa la región con más claridad para el usuario (Figura 2.5).


40

Figura 2.5. Superposición de Mapa de altitud y Mapa de caminos (GoogleMaps)

Con la superposición del mapa se observan las carreteras y ubicación de los municipios de

la provincia siendo una ayuda para la ubicación espacial del usuario. Luego de tener el

mapa cargado se comienza a colocar los dispositivos de radio del sistema a tratar.

Como se había abordado con anterioridad se dispondrá de un centro transmisor ubicado en

el Centro Transmisor de TV Santa Clara, Loma Dos Hermanas, Carretera a Manicaragua

Km 2 ½, Santa Clara, Villa Clara con latitud 22 22 19.32 N y longitud 079 57 53.79 O. La

altura del punto coordenado es de 194.8 m sobre el nivel del mar aproximadamente según

el mapa de alturas cargado en Radio Mobile (197.42 m según datos de MoviTel), la altura

de la torre utilizada para colocar las antenas es de 210 m y la antena estará ubicada a los 60

m en la torre, resultando una altura total de 254.8 m sobre el nivel del mar (257.42 m

tomando datos de altura de MoviTel). La potencia del transmisor es de 60 W y la ganancia

de las antenas es de 12 dBi. Se tiene un arreglo de 4 antenas, tres antenas transmisoras y

una receptora donde cada una de las tres antenas transmisoras se encargan de manejar un

número determinado de canales debido a que una sola no puede manejar los niveles de

potencia de todos los canales. Para la simulación con una antena transmisora y receptora a

la vez es suficiente y no afectaría los resultados debido a que son antenas omnidireccionales


41

y la única razón por la que existen tres antenas transmisoras y una receptora es para

manejar los niveles de potencia sin dañar las antenas.

Luego de tener los parámetros de los equipos se declara la red a emplear. En la barra de

menú se selecciona Archivo/Nuevas redes/Aceptar. Luego se completan los parámetros de

la red: barra de menú Archivo/Propiedades de redes y se configura como se refiere en la

Figura 2.6. Para ello se ha escogido:

El modo estadístico Intento: 50% del tiempo, 50% de ubicaciones y 70% de situaciones.

• Clima: Continental Sub Tropical.

• Conductividad del suelo: 0,005 S/m (por defecto).

• Permitividad relativa del suelo: 15

• Refractividad de la superficie: 301

Figura 2.6. Propiedades de las redes, Radio Mobile

En la topología se escoge red de voz (Controlador/Subordinado/Repetidor). En la sección

de Sistemas se declaran dos tipos de equipos: uno dedicado al Transmisor y otro a los


42

teléfonos móviles que se van a utilizar en la red. Luego se colocan los parámetros

establecidos tal como se muestra en la Figura 2.7 y 2.8.

Figura 2.7. Propiedades de las redes, sistema transmisor, Radio Mobile

Figura 2.8. Propiedades de las redes, sistema móvil, Radio Mobile


43

En el caso de los miembros se han agregado 4 unidades uno correspondiente al Transmisor

con el rol de control y siendo un sistema de tipo transmisor declarado anteriormente

mientras que los móviles son declarados subordinados y siendo un sistema correspondiente

al de los teléfonos móviles declarado con anterioridad. Al ingresar en la ventana de

propiedades de las unidades (barra de menú /Archivo/ Propiedades de las unidades) se

crean los equipos de la red y se localizan en el mapa mediante su posición geográfica en el

caso del centro transmisor y mediante el uso del cursor en posiciones deseadas los móviles

(Figura 2.9). De esta forma se podrá observar el desempeño de los enlaces en el centro de la

ciudad y en los alrededores.

Figura 2.9. Red trunking MPT 1327, Radio Mobile

Luego se procede a ejecutar las simulaciones del sistema trunking implementado. Se

comienza realizando una simulación de cobertura de radio del tipo Polar simple (barra de

menú/Herramientas). En la ventana emergente que se muestra (Figura 2.10), se escoge cuál


44

sistema de los declarados será la unidad central y cuál la unidad móvil. Se selecciona la red

declarada y en dirección del enlace se toma el peor de los casos para garantizar que la

simulación sea lo más fidedigna posible con la realidad, debido a que en un sentido puede

ser operativo el enlace, pero en el sentido opuesto puede no serlo debido a que los

parámetros radioeléctricos de la unidad central y las unidades móviles presentan diferencias

notables. En la opción Dibujar se escoge Superficie, Arcoiris y Complete.wav para que se

obtenga en forma de escala de colores según el nivel de señal y así obtener una mejor

visualización de los resultados. Se modifica el alcance de la simulación de acuerdo al

interés del usuario (50 Km es un valor aceptable en este caso).

Figura 2.10. Configuración de simulación de Cobertura de Radio polar

Se selecciona el botón Dibujar y se obtiene el área de cobertura sobre el mapa en escala de

colores como se muestra en la Figura 2.11. Se puede observar que el área de cobertura tiene

valores de señal mayores a -49 dBm con el color rojo hasta valores de -89 dBm con el gris

(se escoge el valor del umbral de los móviles debido a que es el peor umbral de los equipos

que conforman la red). El área de cobertura como se puede observar es relativamente


45

grande. En la ciudad de Santa Clara se manifiestan valores por debajo de los -69 dBm lo

que indica una calidad alta en los enlaces que se producen desde esa zona. Ya en las afueras

de la ciudad como los poblados de Hatillo, Universidad y en algunos municipios cercanos

como Ranchuelo, Esperanza y Manicaragua se registran lugares donde la cobertura es

relativamente buena con valores cercanos a los -69 dBm y a la vez existen otros espacios

donde el nivel de señal se encuentra en el rango de -73 a -89 dBm acercándose al límite del

umbral de las unidades móviles lo que provocaría una calidad de la comunicación

relativamente baja, teniéndose una conversación con mucho ruido y con posibilidades de

cortarse la misma en algunos puntos. En otros municipios como Cifuentes (especialmente

en San Diego del Valle), Santo Domingo y Encrucijada existen lugares de cobertura pero

con una calidad baja debido a sus valores de señal próximos al umbral de recepción. Esta

simulación revela que la estación base brindaría una cobertura con una calidad aceptable a

los municipios cercanos a la cabecera de provincia como Ranchuelo, Esperanza y

Manicaragua (algunos sitios de estos municipios); mientras la ciudad de Santa Clara estaría

favorecida por altos niveles de señal brindando un servicio de alta calidad. Se podría pensar

que es una cobertura muy pobre para la provincia pero para ello MoviTel cuenta con otros

dos centros transmisores que complementan y suprimen la mayoría del resto de las zonas

de silencio de Villa Clara.

Figura 2.11. Cobertura de Radio polar


46

Otra de las herramientas de simulación de Radio Mobile es la posibilidad de observar los

enlaces de radio del Transmisor con las estaciones móviles en cualquier punto del mapa

observándose una serie de cuestiones radioeléctricas de gran importancia como la primera

zona de Fresnel y los parámetros de nivel de señal, pérdidas, por ciento de despeje de la

primera zona de Fresnel y otros como se muestra en la siguiente imagen.

Figura 2.12: Enlace de Radio Estación Base - Teléfono Móvil

En este caso se ha analizado el enlace en el sentido de la estación base ubicada en Loma

Dos Hermanas hacia una unidad móvil (llamada Teléfono Móvil) que se encuentra en las

afueras de la ciudad de Santa Clara cercano al poblado el Yabú (ubicado entre Santa Clara

y Hatillo). En ese sentido el nivel de señal es relativamente bueno (-66.9 dBm) lo que

demuestra la predicción hecha en la simulación anterior. Se observan otros parámetros

como el despeje del 100 % de la primera zona de Fresnel hasta una distancia de 8.83 Km y

la distancia de 9.3 Km entre ambas unidades. El despeje de la primera zona de Fresnel es de

mínimo un 70 % debido al parámetro Peor Fresnel que indica un máximo del 30 % de la


47

primera zona de Fresnel obstruida; garantizándose que el radioenlace sea operativo ya que

se necesita de un mínimo del 60 % de despeje para ello. Se puede visualizar las pérdidas del

espacio libre y las pérdidas totales, entre otros parámetros.

Si se desea ver las características del mismo enlace pero en sentido contrario solo se debe

seleccionar Invertir en la barra superior de la ventana y se podrá observar el mismo enlace

en el sentido opuesto tal y como se muestra en la Figura 2.13.

Figura 2.13. Enlace de Radio Teléfono Móvil - Estación Base

Se pueden observar otros enlaces de la estación base con otras unidades móviles ubicadas

en diferentes puntos del terreno cambiando la selección de la unidad móvil en la misma

ventana mostrada anteriormente.

Dentro de otras de las opciones de Radio Mobile se tiene el análisis de cobertura según

zona de Fresnel (Figura 2.14), el cual da una idea de los lugares donde la primera zona de

Fresnel está despejada en un por ciento que se desee especificar como se muestra a

continuación. En este caso se ha escogido un mínimo del 60 % de despeje de la primera


48

zona de Fresnel para garantizar la operatividad del radioenlace. Esta herramienta permite

conocer los lugares donde el enlace pueda ser de buena calidad brindando al usuario una

panorámica de las posibles ubicaciones de centros repetidores en caso de que se necesiten

para expandir la zona de cobertura o mejorar la accesibilidad del servicio (Figura 2.15).

Figura 2.14. Configuración de simulación de Cobertura para la zona de Fresnel

Figura 2.15. Cobertura para la zona de Fresnel (60 % mínimo de despeje

de la primera zona de Fresnel)


49

Por último se utilizará la herramienta de cobertura visual (Figura 2.16), la cual muestra las

zonas donde existe línea de vista directa con el transmisor, o sea, la estación base (Figura

2.17).

Figura 2.16. Configuración de simulación de Cobertura Visual

Figura 2.17. Cobertura Visual (con la estación base)


50

2.2.4 Evaluación de los resultados

Con el uso de la herramienta Radio Mobile se ha podido demostrar la operatividad y la

calidad del servicio instalado por la empresa MoviTel en la provincia de Villa Clara

específicamente en el municipio de Santa Clara y municipios aledaños. Se ha visualizado el

tamaño relativamente grande del área de cobertura. Se ha demostrado con más de una

simulación la buena calidad de los enlaces a través de los parámetros radioeléctricos que los

caracterizan en aquellas zonas de interés. Todo ello sirve de referencia para una

comparación con el segundo sistema a comparar que en este caso será el trunking digital

(eLTE) de Huawei y que será tratado en el próximo capítulo.

CAPÍTULO 3. ATOLL

51

CAPÍTULO 3. ATOLL

Atoll es una herramienta de simulación de sistemas de radio con un gran número de

funcionalidades y ventajas utilizado por numerosas compañías de telecomunicaciones a

nivel mundial, por lo que su estudio sería de gran ayuda en el proceso de formación

profesional del Ingeniero en Telecomunicaciones y Electrónica. En el presente capítulo se

explicará el proceso de instalación de dicho software, así como el análisis, descripción,

implementación y evaluación de los resultados del Caso de Estudio II basado en el uso de

Atoll.

3.1 Instalación de Atoll

Ejecutar el paquete de instalación llamado Atoll.Std.x64.3.3.0.7383 y seleccionar el botón

Siguiente hasta completar el proceso de instalación. En caso de ocurrir algún error instalar

la aplicación AccessDatabaseEngineX64 y continuar con la instalación. Antes de cerrar la

ventana de instalación marcar la opción de reiniciar más tarde. Luego copiar el patched

titulado sx32w.dll en el directorio de instalación de Atoll (C:\Program Files\Forsk\Atoll) y

reemplazar el existente. Ahora el software está listo para su uso.

3.1.1 Insatalación de Global Mapper 16

Para instalar la herramienta Global Mapper, utilizada en la generación de mapas de altitud

para el software ATOLL:

1 Ejecute el paquete de instalación titulado global_mapper_16_1_setup_64bit.exe y

seleccione siguiente hasta completar el proceso de instalación.

CAPÍTULO 3. ATOLL

52

2 Luego de finalizar el proceso copie el ejecutable Patch-REPT.exe en el directorio de

instalación (C:\Program Files\GlobalMapper16_64bit) y ejecútelo con permisos de

administrador, seleccione el botón Patch y espere a que termine el proceso.

3 Luego finalice dicha aplicación. Ya estará listo para su uso.

3.2 Análisis del Caso II

3.2.1 Descripción del Caso II

En este caso se estudiará el sistema trunking digital que se desea implementar por la

empresa MoviTel y que se encuentra en fase de aprobación y de prueba [15], [26]. Este

sistema está basado en el estándar chino eLTE que es una adaptación del estándar de

comunicaciones móviles LTE para permitir el uso de la tecnología trunking en redes de

cuarta generación o LTE. Este estándar trae un gran número de ventajas y servicios

adicionales que lo hacen atractivo para empresas de comunicaciones como MoviTel. Esta

nueva adquisición sería un paso de avance en el área de las comunicaciones y a la vez se

rejuvenecería la tecnología trunking la cual constituye una vía alternativa segura para casos

de emergencias, de ahí su mayor importancia. En este caso se busca establecer en un

principio centros transmisores en las cabeceras provinciales de todo el país y luego ir

añadiendo nuevos transmisores en cada provincia hasta dar cobertura al territorio cubano

casi en su totalidad. Debido a que se brindan servicios de banda ancha y que los

transmisores digitales y equipos móviles empleados generalmente no son tan potentes en

comparación con los analógicos la zona de cobertura es menor por lo que se necesitan más

transmisores para cubrir cierta área geográfica. En este caso se analizará la propuesta

inicial que es instalar un centro transmisor en la misma ubicación donde radica el

transmisor del sistema MPT 1327 pero a una altura de 70 m sobre tierra en este caso. Para

esta tecnología se ha escogido al fabricante Huawei y dentro de los equipos que se esperan

incorporar se encuentra el terminal móvil EP630 y la estación base. Los parámetros de

dichos equipos serán utilizados para la simulación de dicho sistema.

CAPÍTULO 3. ATOLL

53

3.2.2 Características de los equipos

Tabla 3.1. Parámetros de simulación de los equipos

*Pₜ: Potencia de transmisión

*BW: Ancho de banda del canal

*Gₜ: Ganancia directiva de la antena

*hₜ: Altura de la antena sobre tierra

*µₒ: Umbral de recepción

*Lₐ: Pérdidas adicionales aproximadas (cable + cavidades + conectores)

La estación base estará ubicada en la Loma Dos Hermanas (22 22 19.32 N, 79 57 53.79 W)

la cual tiene una elevación de 204 m sobre el nivel del mar según el mapa de alturas

cargado en Atoll (197.42 m según datos de MoviTel). Además la antena está soportada

sobre una torre a 70 m de altura sobre tierra, por lo que sería una altura total de 274 m

aproximadamente. (267.42 m según datos de MoviTel)

3.2.3 Implementación del Caso II

Primeramente para comenzar con el trabajo en Atoll se necesita contar con un mapa de

altitud del terreno, para ello se explotarán las ventajas que ofrece la plataforma Earth

Explorer (Figura 3.1).

Equipamiento Bandas de frecuencia BW µₒ Pₜ Gₜ

Terminal Móvil

EP630

EP630-C71: 800 MHz

10 MHz

-97 dBm

24 dBm

3 dBi

Estación Base 800 MHz

10 MHz -110 dBm 49 dBm 17 dBi

CAPÍTULO 3. ATOLL

54

Figura 3.1. Plataforma Earth Explorer

Esta plataforma no solo permite visualizar cualquier región del planeta sino también

permite descargar diferentes tipos de mapas entre ellos mapas de altitud necesarios para

realizar la simulación. Para ello es necesario una conexión a internet y acceder al enlace

http://earthexplorer.usgs.gov. Luego se introduce la ciudad o región de interés, en este caso

Villa Clara, Cuba y se selecciona Show. El área de interés se focaliza ubicando puntos y

formando un polígono cerrado en el mapa (Figura 3.2).

Figura 3.2. Selección de la región de Villa clara en la plataforma Earth Explorer

http://earthexplorer.usgs.gov/

CAPÍTULO 3. ATOLL

55

Se selecciona el tipo de mapa a descargar: Digital Elevation /Aster Global DEM. En la

pestaña results se descargan las diferentes partes que conforman el mapa.

Luego de tener las partes del mapa descargados se procede a generar un mapa con la

herramienta Global Mapper, para poder visualizarlo en Atoll y poder explotar al máximo la

información contenida en ellos. Encontrar mapas digitales para esta herramienta es

complejo y en muchas ocasiones costoso por lo que se utiliza Global Mapper para generar

dichos mapas. (Estos mapas se podrán encontrar en la red universitaria para facilitar el

trabajo a estudiantes y profesores).

Se descomprimen los archivos descargados y se obtienen dos archivos con extensión .tif

por cada comprimido (Figura 3.3).

Figura 3.3. Partes del mapa comprimido y descomprimidos

Se seleccionan todos los archivos con nombre terminado en dem y se arrastran al espacio de

trabajo de la aplicación. De esta forma se genera el mapa de la región tal y como se observa

en la Figura 3.4.

CAPÍTULO 3. ATOLL

56

Figura 3.4. Mapa generado en Global Mapper (a partir de las partes del mapa descargados

desde la plataforma Earth Explorer)

Se selecciona en la barra de menú Tools/configure y en la pestaña Projection de la ventana

emergente escoger UTM y aplicar los cambios (Figura 3.5).

Figura 3.5. Selección de la zona de trabajo en Global Mapper

CAPÍTULO 3. ATOLL

57

Preparadas las condiciones se procede a exportar el mapa: barra de menú/ file/export/export

elevation grid format y escoger en la ventana emergente Vertical Mapper Grid File.

Seleccionar Ok hasta escoger el directorio de exportación. Esperar a que termine el proceso

de generación y se obtiene el mapa necesario para Atoll compuesto por dos ficheros de

extensión .grd y .tab.

Contando con el mapa de altitud necesario para la simulación se comienza con el proyecto

en Atoll. Primeramente iniciar el programa, iniciar un proyecto nuevo y seleccionar una

plantilla de las predefinidas en el software que responde a la tecnología que vamos a

implementar. Para ello ubicar en la barra de menú File/New/From a document template y

seleccionar LTE. Esta es la tecnología que se va a emplear debido que eLTE es una ligera

modificación del estándar LTE para implementar la tecnología trunking sobre redes de

cuarta generación. Para incorporar el mapa: barra de menú/Document/Properties. En la

ventana emergente, pestaña Projection, escoger la zona de interés (WGS 84/UTM 17N) y en

Display seleccionar WGS 84 (Figura 3.6). Esta zona contiene el área de trabajo, o sea,

municipio Santa Clara de la provincia de Villa Clara.

Figura 3.6. Selección de la zona de trabajo en Atoll

CAPÍTULO 3. ATOLL

58

Seleccionar el botón de Aceptar y cargar el mapa generado en Global Mapper con

extensión .grd seleccionando el archivo en la barra de menú /file/import/ (Buscar ruta del

mapa). De esta forma se obtiene el mapa de elevaciones en escalas de grises (Figura 3.7).

Figura 3.7. Mapa de alturas en escalas de grises, Atoll

Luego de tener cargado el mapa en escala de grises se puede visualizar en escala de colores

según la altitud del terreno (Figura 3.8); para ello ubicarse en la ventana de exploración, dar

click derecho sobre Digital Terrain Model, seleccionar Properties, en la ventana emergente,

pestaña Display, opción Display Type, escoger Value Intervals. Aplicar los cambios.

Figura 3.8. Mapa en escalas de colores según datos de elevación del terreno, Atoll

CAPÍTULO 3. ATOLL

59

Luego de tener el mapa de alturas se pueden incorporar otros mapas donde se visualice con

mayor claridad la región de interés. Pueden ser mapas escaneados o imágenes satelitales

que muestran como se observa realmente la zona y brindan una mejor perspectiva de los

fenómenos físicos y naturales que existen en la región. Para ello habilitar en la ventana de

exploración la opción online maps y dar click derecho sobre dicha opción, añadir uno

nuevo. En este caso se han seleccionado Open StreetMap Standard Map (Figura 3.9),

Google Hybrid (Map + Satellite) (Figura 3.10) y Google Hybrid (Map + Terrain). Estos

mapas se pueden superponer o visualizar solamente uno a conveniencia del usuario (Figura

3.11).

Figura 3.9. Open StreetMap Standard Map, Atoll

CAPÍTULO 3. ATOLL

60

Figura 3.10. Mapa Satelital (Google Hybrid), Atoll

Figura 3.11. Superposición del mapa DTM y el mapa satelital, Atoll.

Para agregar el sitio donde estará emplazada la estación base, seleccionar la pestaña

Network en la ventana de exploración, click derecho sobre sites y agregar uno nuevo.

CAPÍTULO 3. ATOLL

61

Proceder a llenar los campos del sitio como son Ubicación, Nombre y en la pestaña Support

llenar el campo de altura del soporte con los datos que se mencionaron en el epígrafe

referente a ¨Características de los equipos¨.

Luego agregar un nuevo transmisor, para ello ubicar la ventana de exploración, click

derecho en Transmitter/New. Especificar las coordenadas del transmisor o emplazarlo en

un sitio creado. Se selecciona el sitio creado (Loma Dos Hermanas). Crear tres transmisores

con las mismas características pero con la única diferencia que sus antenas están

direccionadas a 120 grados de diferencia entre ellas. Para ello en las propiedades de cada

transmisor cambiar el valor de mechanical azimuth a 0, 120 y 240 grados respectivamente

ya que se utiliza un arreglo de tres antenas con un lóbulo principal de aproximadamente

120 grados para ofrecer una cobertura aproximadamente uniforme sobre el terreno. Luego

modificar los parámetros de dichos transmisores. Entre los principales parámetros que se

encuentran accesibles en la pestaña Cells están: la banda de frecuencia que en este caso es

la E-UTRA Band 20 – 10 MHz (Banda de 800 MHz con un ancho de banda de canal de 10

MHz), máxima potencia que es de 49 dBm y el parámetro Min RSRP (dBm) que hace

referencia a la sensibilidad del receptor, la cual es de hasta -110 dBm. En la pestaña

Transmitter se modifica el valor de la altura de la antena sobre tierra la cual es 70 m, en

antena principal se escoge la opción 65 deg 17 dBi 6Tilt 1800 MHz debido a que su

ganancia y el patrón de radiación es muy cercano al de las antenas empleadas en la realidad

por el fabricante Huawei y se toma un valor aproximado de 3 dB de pérdidas totales de

transmisión y recepción como valor típico en estos sistemas. Luego de tener los

transmisores configurados se puede comenzar a realizar distintas predicciones para

comprobar el desempeño del sistema trunking eLTE configurado.

Nota: Los parámetros de los dispositivos móviles no se configuran debido a que el

simulador realiza sus predicciones en base a los valores estandarizados los cuales tienen

que ser cumplidos por todos los dispositivos que utilicen la tecnología correspondiente al

estándar en cuestión.

En la imagen 3.12 se observa una primera predicción donde se puede seleccionar el área de

cobertura correspondiente a cada transmisor. De esta forma el usuario puede conocer la

efectividad de cada uno de los transmisores sobre la región de interés permitiéndole

CAPÍTULO 3. ATOLL

62

conocer la necesidad o no de cambios en el número de transmisores y/o la dirección de los

mismos. En este caso se observa como el transmisor que se encuentra apuntando en

dirección a la ciudad de Santa Clara es el que mayor área de cobertura brinda por lo que en

caso de no contar con los tres transmisores podría ser una opción implementar solamente

dicho transmisor ya que es el que se ocupa de brindar servicio a la cabecera provincial, lo

cual constituye la prioridad.

Figura 3.12. Coverage by Transmitter (DL), Atoll.

En la figura 3.13 se observa un análisis del nivel de señal sobre el terreno para ello ir a la

ventana de exploración seleccionar la pestaña Network, click derecho en predicciones,

agregar una nueva predicción y seleccionar Coverage by signal level.

En este tipo de predicción se pueden modificar parámetros como la resolución de la

simulación y el valor de nivel de señal mínimo deseado el cual se fija en el valor de

sensibilidad de los receptores o móviles (-97 dBm), luego seleccionar la opción de calcular

y de esta forma se muestra la región de cobertura sobre el terreno según el código de

colores establecido (Figura 3.14).

CAPÍTULO 3. ATOLL

63

Figura 3.13. Coverage by Signal Level (DL), Atoll.

Figura 3.14. Código de colores, Coverage by Signal Level (DL), Atoll

En la simulación anterior se muestran valores de señal en el rango de -67 a -82 dBm para la

región sur central debido al predominio de los colores naranja y verde. Para esta región de

la ciudad la calidad de los enlaces descendentes será de gran aceptación; ello podrá ser

comprobado en el resto de las predicciones. En la zona norte de Santa Clara los valores de

señal oscilan entre -82 y -92 dBm debido a la presencia de los colores 5 y 6 de la escala de

colores. Para esta zona los enlaces serán aceptados pero con una disminución de las

CAPÍTULO 3. ATOLL

64

velocidades de transmisión del enlace descendente apreciables para el cliente. A las afueras

de la ciudad los valores de señal son próximos al umbral de recepción por lo que la

experiencia del usuario deberá ser de baja aceptación.

En la figura 3.15 se muestra el área efectiva del servicio teniendo en cuenta ambos sentidos

del enlace por lo que se simula en correspondencia al peor de los casos. Se observa que no

logra alcanzarse un área de servicio completa de la ciudad, presentándose caídas del

servicio en toda la región cercana a la zona de circunvalación norte.

Figura 3.15. Effective Service Area Analysis (DL+UL), Atoll

En las Figuras 3.16 y 3.18 se muestran los valores aproximados de throughput (velocidad

de transferencia efectivo) del enlace descendente y ascendentes respectivamente. Los

códigos de colores que responden a los valores de throughput de cada enlace se muestran

en las Figuras 3.17 y 3.19.

En el enlace descendente se obtienen valores de más de 35 Mbps en la zona sur y central de

la cabecera provincial, observado por el predominio de los colores amarillo, naranja y rojo.

Por otro lado en las regiones este y oeste los valores oscilan entre 10 y 25 Mbps

comprobados a partir de la observación de los colores 7, 8 y 9 de la escala de colores. En la

región norte las zonas de coberturas se benefician de velocidades de 20 a 35 Mbps

observándose los colores 5, 6 y 7 del código de colores correspondiente.

CAPÍTULO 3. ATOLL

65

En el enlace ascendente se observa una disminución apreciable de las velocidades de

transmisión y es algo típico en estos sistemas debido a la diferencia en cuanto a parámetros

radioeléctricos entre la estación base y los dispositivos móviles como es lógico. En este

caso los valores de throughput son de hasta 2 Mbps (predominio de los colores 10 y 11 del

código de colores) prácticamente en toda la ciudad excepto en la zona sur donde se pueden

experimentar aumentos de hasta más de 10 Mbps al sur de la circunvalación próximo a la

estación base (predominio del color 1 del código de colores) y de hasta 9 Mbps, en el rango

de 3 a 9 Mbps, en la zona sur de la ciudad dentro y próximo a los límites de la

circunvalación (predominio de los colores del 3 al 8 del código de colores)

Figura 3.16. Coverage by Throughput (DL), Atoll

CAPÍTULO 3. ATOLL

66

Figura 3.17. Código de colores, Coverage by Throughput (DL), Atoll

Figura 3.18. Coverage by Throughput (UL), Atoll

CAPÍTULO 3. ATOLL

67

Figura 3.19. Código de colores, Coverage by Throughput (UL), Atoll

En las Figuras 3.20 y 3.22 se muestran las predicciones de calidad en cuanto a probabilidad

de error de bit de los enlaces descendentes y ascendentes respectivamente. En las Figuras

3.21 y 3.23 se muestran los códigos de colores que responden a cada una de estas

predicciones. Se puede observar que la calidad de ambos enlaces es alta ya que

prácticamente en toda la ciudad los valores de BER (Bit Error Rate) están entre 0 y 0.05

(predominio del color 5), los cuales son valores típicos de radioenlaces de alta calidad. En

los enlaces ascendente y descendente, como es lógico, en las zonas de menor cobertura

como la zona norte existen regiones donde los valores de BER pueden ascender hasta 0.1

(regiones donde predomina el color 4 del código de colores)

CAPÍTULO 3. ATOLL

68

Figura 3.20. Coverage by Quality Indicator (DL), Atoll

Figura 3.21. Código de colores, Coverage by Quality Indicator (DL), Atoll

CAPÍTULO 3. ATOLL

69

Figura 3.22. Coverage by Quality Indicator (UL), Atoll

Figura 3.23. Código de colores, Coverage by Quality Indicator (UL), Atoll

CAPÍTULO 3. ATOLL

70

3.2.4 Evaluación de los resultados

A partir de los distintos tipos de predicciones realizadas tanto para el enlace de subida

como de bajada se ha observado que la zona de cobertura no cubre el área de la ciudad de

Santa Clara en su totalidad pero sí un gran por ciento de ella. Principalmente en la zona sur

los niveles de señal, probabilidad de error de bit, throughput y calidad, en general, son de

buena aceptación pero al norte de la ciudad estos indicadores se empobrecen en cierta

medida, por lo que se debería estudiar una alternativa posible para mejorarlos como podría

ser colocar otra estación base en otro lugar cercano a la ciudad, preferentemente al norte de

la misma. Las aplicaciones que se esperan incluir (video-llamada, transmisión de datos a

alta velocidad, acceso a Internet, GPS, entre otras) deberían de contar con una calidad

aceptable ya que como se demostró con las predicciones anteriores, específicamente de

throughput, los valores en el enlace ascendente son de hasta 2 Mbps en prácticamente toda

la ciudad, y para el enlace descendente, que es el que mayor velocidad de transmisión de

datos necesita debido a las aplicaciones de transmisión de datos a alta velocidad y acceso a

internet, son mayores a 10 Mbps en toda las zonas de cobertura dentro de la ciudad de

Santa Clara. Dichos valores de velocidad de transmisión permiten tener al usuario una muy

buena experiencia durante el uso de los diferentes servicios incluso el de video-llamada que

requiere de un ancho de banda relativamente grande cuando se trata de alta definición.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

71


Conclusiones

A partir de los objetivos propuestos y los resultados alcanzados con la realización de este

trabajo de diploma se puede llegar a la conclusión:

• Se cuenta con un material que aborda las cuestiones más importantes en relación

con los softwares Radio Mobile y Atoll describiendo la instalación y explotación de

los mismos en el diseño y simulación de sistemas de radio, y específicamente los

sistemas trunking analógicos y digitales.

• A partir de las diferentes simulaciones de los sistemas MPT 1327 y eLTE realizadas

en Radio Mobile y Atoll respectivamente se ha demostrado que el sistema analógico

brinda servicio a una mayor área geográfica en comparación con el sistema digital,

pero carece de las nuevas potencialidades de la tecnología trunking eLTE como son:

videollamada, transmisión de datos a alta velocidad, acceso a Internet, GPS, entre

otras.

• Radio Mobile y Atoll son dos herramientas con grandes potencialidades en el marco

de las tecnologías de comunicaciones inalámbricas por lo que son aplicables en la

docencia de las disciplina de Radio. Por una parte Radio Mobile cuenta con una

interfaz sencilla y fácil de operar, los resultados son bastantes acertados en

proyectos que no requieran de mucha exactitud en sus predicciones y es un

herramienta gratis y de libre acceso por toda la comunidad. Mientras que no es muy

eficiente en el modelado de tecnologías digitales por lo que su mejor uso seria para

enlaces analógicos como el caso del sistema MPT 1327. Carece de un enfoque más

preciso en la configuración, cálculos y predicciones de un sistema según la

tecnología empleada. Es por ello que Radio Mobile es efectivo en la docencia de las


72

asignaturas de la Disciplina de Radio donde el objetivo de estudio sean tecnologías

analógicas. Por la otra parte, Atoll presenta una interfaz relativamente compleja pero

con un mayor número de funcionalidades como la posibilidad de escoger módulos

según la tecnología mejorando el proceso de modelado y simulación de nuestro

sistema. Además cuenta con varios modelos de propagación, con posibilidad de

cargar mapas de densidad poblacional, clima, zonas urbanas y rurales y otros mapas

geográficos; así como tiene un gran número de parámetros a configurar

relacionados con los parámetros radioeléctricos de los equipos. Por ello Atoll es una

herramienta con vistas al desarrollo profesional del ingeniero y es efectiva en todas

las asignaturas de la disciplina de Radio ya que tiene potencialidades tanto en las

tecnologías analógicas como digitales.

Recomendaciones

Con el objetivo de dar continuación al presente trabajo se plantean las siguientes

recomendaciones:

• Incluir en el nuevo plan de estudios E el uso de la herramienta Atoll como

complemento a Radio Mobile principalmente en las asignaturas dedicadas a

tecnologías digitales recientes.

• Incorporar nuevas prácticas de laboratorio mediante el uso de estas herramientas de

simulación.

• Realizar el estudio de nuevos softwares y valorar su aplicabilidad en las asignaturas

de la disciplina de Radio.

• Que el presente trabajo sirva como fuente de estudio a estudiantes y profesionales

interesados en las tecnologías trunking y el empleo de Radio Mobile y Atoll como

simuladores de sistemas de radio.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

73


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ANEXOS

76

ANEXOS

Anexo I Estaciones Base en Villa Clara del sistema Trunking MPT 1327

ANEXOS

77

Anexo II Topología Red Trunking Analógica

ANEXOS

78

Anexo III Arquitectura lógica de red de la solución eLTE de Huawei

ANEXOS

79

Anexo IV Equipamiento de Huawei para la red Trunking eLTE. Propuesta para Cuba

Anexo V Propuesta de diseño de la red de MoviTel

dimensionamiento de radioenlaces con el uso de radio

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