electiva: 3g-wcdma planeación de red radio y...

1

Electiva: 3G-WCDMA

UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES

Planeación de Red Radio y Capacidad

VICTOR MANUEL QUINTERO FLOREZ

Electiva: 3G-WCDMA

Introducción

• En WCDMA como en cualquier otra tecnología

celular para asegurar una buena QoS es

necesario tener una buena cobertura.

• Diferente a FDMA/TDMA, la planeación de

cobertura y de interferencia debe ser hecha de

manera simultanea.

– Mejoras en cobertura pueden incrementar interferencia.

– Control de interferencia pueden generar zonas sin

cobertura.

• Reuso de frecuencia=1 → Planeación es un reto

→ Balance entre interferencia y cobertura.


Electiva: 3G-WCDMA

Introducción(2)

• Etapas de planeación:

– Dimensionamiento.

• Definición número aproximado de sitios, BS y elementos de red

estimado con base en los requerimientos del operador.

– Planeación de cobertura y capacidad.

• Cumplir los requerimientos del operador relacionados con

cobertura, capacidad y QoS.

• Capacidad y cobertura deben ser tratados simultáneamente.

• Mapas, propagación y estimaciones de tráfico.

– Optimización.

• Medidas →Desempeño.


Electiva: 3G-WCDMA

• Etapas de planeación(2):


Introducción(3)

Electiva: 3G-WCDMA

Introducción (4)

• La mayoría de las redes WCDMA han sido

desplegadas sobre las redes GSM

existentes → Co-planeación.

• La interferencia de canal adyacente debe

ser analizada en sistemas de banda ancha

donde grandes bandas de guarda no son

posibles → Interferencia entre operadores.


Electiva: 3G-WCDMA

Generalidades sobre el proceso de

despliegue• Ciclo de vida de red


2

Electiva: 3G-WCDMA

• Planeación de red



despliegue(2)

Electiva: 3G-WCDMA

• Planeación de red

– Planeación inicial (Diseño nominal o dimensionamiento de red).

• Estimación de la cantidad de equipos de red y posibles configuraciones

– Cobertura

» Regiones de cobertura.

» Información de las áreas.

» Condiciones de propagación.

– Capacidad

» Espectro disponible

» Predicciones sobre el crecimiento de usuarios.

» Información de densidad de tráfico.

– Calidad de servicio

» Probabilidad de cobertura.

» Probabilidad de bloqueo.

» Velocidad (throughput) de usuario.



despliegue(3)

Electiva: 3G-WCDMA

• Para una celda (A. Viterbi)


Algunas consideraciones y relaciones

útiles.

1

1 1

1( ) 10 log

1

( ) 10 log 1

SSNR

N S N

SNR dBN

SNR dB N

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

-0

SNR(dB) para una sola celda

Número de usuarios

SN

R(d

B)

N. Número de usuarios

Electiva: 3G-WCDMA

• Para una celda (2)



útiles.

0

0

0

0

; ; /1

;1 1

; 1

1 1

1

bb n

pb

pb

p

b

o

SE R SE N P W

RN SNW

W GE R

N N N

SW GE R R I N S

IN N NS SW

GN

E S

N

0 1

pbGE

N NS

Considerando ruido térmico

α. Factor de actividad de voz

Electiva: 3G-WCDMA

• Multicelda



útiles.

0

p pb

own oc

S WS SG SGE R R

IN I I I I

W

UL→Factor de actividad.

DL→Factor de ortogonalidad.

(Eb/No)requerido es obtenido por simulaciones a nivel de enlace.

Electiva: 3G-WCDMA

Dimensionamiento

• Balance del enlace

– Hace parte del dimensionamiento.

– Estimación del nivel de potencia de señal aceptable para

calcular MAPL (maximum Allowable Path Loss).

– Suposiciones son realizadas.

• Definidas cuidadosamente.

• Interferencia varia con cada usuario.

– Diferentes fabricantes.

– Control de potencia imperfecto.

– Condiciones de canal diferente.

– Diferentes configuraciones de RF y diferentes velocidades

de transmisión.


3

Electiva: 3G-WCDMA

• Balance del enlace(2)

– Aunque incluye un termino de carga, no permite

determinar el compromiso entre cobertura y capacidad.• No representa una distribución real de tráfico sobre el tiempo, servicio

o localización.

– Se evalúa inicialmente el UL porque se considera que

las suposiciones son más sencillas.• Punto de recepción único (UL) VS puntos de recepción múltiple (DL).

• Selección (UL) VS Combinación en el DL. Ganancia de HO.

• Independencia (UL) VS interacción (DL) de usuarios.

– Potencia transmitida.

» UL. Limitación la máxima potencia del terminal . Control por

interferencia.

» DL: Potencia depende de todos los usuarios. Se utiliza un solo

amplificador.


Dimensionamiento(2)

Electiva: 3G-WCDMA

• Algunos parámetros específicos del RLB

WCDMA.

– Margen de interferencia.

• La carga de la celda (factor de carga) afecta la

cobertura.

• Mayor carga → mayor margen de interferencia →

menor área de cobertura.

• Casos limitados en cobertura → se sugiere un

pequeño margen de interferencia. (1-3)dB.

• Casos limitados en capacidad → se sugiere un mayor

margen de interferencia.


Dimensionamiento(3)

Electiva: 3G-WCDMA

• Algunos parámetros específicos del

RLB WCDMA.(2)

– Margen de desvanecimiento rápido.

(power control headroom).

• Margen para mantener un control adecuado

rápido de potencia.

• Aplica especialmente para transeuntes a baja

velocidad.

• Valores típicos (2-5)dB.


Dimensionamiento(4)

Electiva: 3G-WCDMA


WCDMA(3)

– Ganancia SHO.

• HO, brindan una ganancia contra desvanecimiento lento (log-

normal) reduciendo el requerido margen de desvanecimiento

log-normal (LNF).

• Desvanecimiento lento es no correlacionado entre BSs.

• Ganancia de macrodiversidad contra desvanecimiento rápido

reduciendo el requerido Eb/No. (efecto de combinación).

• Ganancia (2-3)dB, incluyendo ganancia contra desvanecimiento

lento y rápido.


Dimensionamiento (5)

Electiva: 3G-WCDMA


WCDMA.(4)

– Eb/No requerido

• Depende de:

– Tipo de servicio.

– Velocidad de transmisión de datos (bit rate).

– Perfil multitrayecto.

– Velocidad del móvil.

– Algoritmos de recepción.

– Estructura de antena.

• Para bajas velocidades de desplazamiento de los móviles, el

requerimiento de Eb/No es bajo pero se requiere un margen de

desvanecimiento rápido. → Factor limitante para el

dimensionamiento de cobertura.


Dimensionamiento(6)

Electiva: 3G-WCDMA

• RLB UL

– Ejemplo 1.

• Servicio de voz a 12.2 Kbps.

• ambiente macro-celular urbano.

• Planeado “Uplink Noise Rise”=3dB. (margen de

interferencia).

• Usuario dentro de carro → pérdida=8dB.

• Velocidad del móvil=120Km. No margen de

desvanecimiento rápido.

• Canal A tipo vehicular.

• SHO.



4

Electiva: 3G-WCDMA

• RLB UL(2)

– Ejemplo 1. (2)

• Suposiciones para TX y RX.



Electiva: 3G-WCDMA

• RLB UL(3)

– Ejemplo 1. (3)



Electiva: 3G-WCDMA

• RLB UL(4)

– Ejemplo 1. (4)



Electiva: 3G-WCDMA

• RLB UL(5)

– Ejemplo 2.

• Servicio de datos en tiempo real a 144 Kbps.

• Usuario en interior de edificio.

• Estación base en exterior.

• Velocidad del móvil 3Km/h.

• Margen de desvanecimiento rápido= 4 dB. (headroom).

• Margen de interferencia =3dB (Uplink Noise Rise).

• Canal vehicular tipo A.

• SHO.

• Pérdida de penetración en edificio =15dB.



Electiva: 3G-WCDMA

• RLB UL(6)

– Ejemplo 2. (2)



Electiva: 3G-WCDMA

• RLB UL(7)

– Ejemplo 2. (3)



5

Electiva: 3G-WCDMA

• RLB UL(8)

– Ejemplo 3.• Servicio de datos “no tiempo real” a 384 Kbps.

• Usuario en exterior.

• No SHO.

• Velocidad del móvil 3Km/h.

• Margen de desvanecimiento rápido= 4 dB.

(headroom).

• Margen de interferencia =3dB (Uplink Noise Rise).

• Canal vehicular tipo A.



Electiva: 3G-WCDMA

• RLB UL(9)

– Ejemplo 3. (2)



Electiva: 3G-WCDMA

• RLB UL(10)

– Ejemplo 3. (3)



Electiva: 3G-WCDMA

• RLB UL(11)

– El rango de la celda R puede fácilmente ser calculado

con un modelo de propagación conocido.

• Okumura-Hata

• Walfish-Ikegami.

– De la máxima pérdida de propagación (MAPL) al

máximo radio de cobertura de la celda.

– Okumura Hata

• Ambiente urbano.

• Altura antena BS=30m.

• Altura antena MS=1.5m.

• Frecuencia portadora 1950 MHz.



Electiva: 3G-WCDMA

• RLB UL(12)



Electiva: 3G-WCDMA

• RLB UL(13)

– Hata. Entorno urbano.

• f: frecuencia (MHz), 150MHz<=f<=1500MHz.

• ht: altura efectiva de la antena transmisora (m),

30m<=ht<=200m.

• hm: altura sobre el suelo de la antena receptora (m),

1m<=hm<=10m.

• d: distancia(Km), 1Km <=d<=20Km.

• a(hm): corrección por altura hm.

• a(hm) =0 para hm=1,5m


69.55 26.26log 13.82log 44.9 6.55log logb t m tL f h a h h d


http://www.cdt21.com/resources/siryo4.asp

6

Electiva: 3G-WCDMA

• RLB UL(14)

– Hata. Entorno urbano. (2)

• Voz. Lb=141.9 → d=1.52Km

• Datos RT. Lb=133.8 → d=0.89Km.

• Datos NRT. Lb=139.9 → d=1.33Km


69.55 26.26log 13.82log 44.9 6.55log log

69.55 26.26log 1950 13.82log(30) 44.9 6.55log 30 log

135.53 35.2log

b t m t

b

b

L f h a h h d

L d

L d

223 3

2.62

dS d


Electiva: 3G-WCDMA

• RLB UL(15)

• Potencia de transmisión máxima

– Terminal para voz. Clase 3 o 4.

– Terminal de datos. Tarjetas de datos. Clase 3.



Electiva: 3G-WCDMA

• RLB UL(16)

– Pérdidas de conectores y cable

• UE típicamente no tiene una antena externa.

– Pérdida=0.

– Ganancia de antena de transmisión

• UE. Sin antena externa. 0 dBi.

• Tarjetas de datos con antena externa. (3-6)dBi.

– Carga.(η)

• Representa el tráfico de entrada.

• Para tráfico simétrico=50%.

• Para servicios de datos (35-40)%.

–UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES


Electiva: 3G-WCDMA

• RLB UL(17)

– Figura de ruido del receptor.

• (4-5)dB asume que no TMAs son utilizados.

• Si se utilizan TMAs.


32 41

1 1 2 1 2 3

11 1ff ff f

g g g g g g


TMA=Tower Mounted Amplifier=Mast Head Amplifier

Electiva: 3G-WCDMA

• RLB UL(18)

– Incremento sobre el ruido térmico.

• RoT (Rise over Thermal)=Noise Rise=Margen de

interferencia.

• Estimado del valor de carga.

• Pérdida en el balance del enlace.


1_ 10log 10log 1

1Noise Rise


Electiva: 3G-WCDMA

• RLB UL(19)

– Eb/No requerido

• Influenciado por cuatro factores

– Codificación. (diversidad de tiempo).

» Turbo códigos (aplicaciones interactivas, datos PS) menor Eb/No

requerido.

» Codificación convolucional (CS, aplicaciones conversacionales).

– Condiciones del canal.

» Efectos multitrayectoria y velocidad del desplazamiento del terminal.

» A mayor complejidad mayor Eb/No requerido (Receptor Rake y control

de potencia).

– BLER objetivo.

– Calidad del receptor.

• Puede ser determinado por medio de simulaciones a

nivel de enlace.UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES


7

Electiva: 3G-WCDMA

• RLB UL(20)

– Eb/No requerido(2)



Electiva: 3G-WCDMA

• RLB UL(21)

– Eb/No requerido(3)

• Perfiles multitrayecto (TS25.104 Anexo B)



Case 1 Case 2 Case 3 Case 4

Speed for Band I, II, III, IV, IX, X

3 km/h


3 km/h


120 km/h


250 km/h

Speed for Band V, VI, VIII

7 km/h


7 km/h


280 km/h


583 km/h (Note 1)

Speed for Band VII

2.3 km/h

Speed for Band VII

2.3 km/h

Speed for Band VII

92 km/h

Speed for Band VII

192 km/h

Speed for Band XI

4.1 km/h

Speed for Band XI

4.1 km/h

Speed for Band XI

166 km/h

Speed for Band XI

345 km/h (Note 1)

Speed for Band XII, XIII, XIV

8 km/h


8 km/h


320 km/h


668 km/h

Relative

Delay [ns]

Average

Power [dB]

Relative

Delay [ns]

Average

Power [dB]

Relative

Delay [ns]

Average

Power [dB]

Relative

Delay [ns]

Average

Power [dB]

0 0 0 0 0 0 0 0

976 -10 976 0 260 -3 260 -3

20000 0 521 -6 521 -6

781 -9 781 -9

Electiva: 3G-WCDMA

• RLB UL(22)

– Sensibilidad



Electiva: 3G-WCDMA

• RLB UL(23)

– Ganancia de antena de recepción.

• dBi.

• Ancho del haz de radiación (beamwidth) es 65 .

– Pérdidas de combinador, conector y cable.

• Pérdidas asociadas entre la antena y el nodo b.

– Confianza en el limite de la celda (cell edge confidence)

• Probabilidad de que exista cobertura en el limite de la celda.

• Junto con la desviación estándar permite calcular el margen

desvanecimiento log-normal (LNF).

• Confianza del área de la celda → estimar la QoS en la cobertura

de la red.



_ ( ,0, ) ( )LNF NORMINV Q

Electiva: 3G-WCDMA

• RLB UL(24)

– Desviación estándar.

• Dispersión de las pérdidas de trayecto o la potencia

recibida medida sobre el área de cobertura.

• (4-12)dB.



Electiva: 3G-WCDMA

Dimensionamiento(31)

• RLB UL(27)

– Ganancia de diversidad.

• Diversidad de dos polos → dos antenas separadas

espacialmente verticalmente (10λ) y polarizadas

verticalmente.

– Pérdidas por penetración en vehículos.

• (3-6)dB.

• En algunos carros hasta 10 dB.

• Valor conservativo (6-10)dB

• Uso de manos libres.


8

Electiva: 3G-WCDMA


• RLB UL(28)

– Pérdidas por penetración en edificios (BPL).

• 20dB para cubrir una planta baja alrededor de los muros

exteriores.

• Valores hasta 45 dB son requeridos para lograr cubrir hasta el

95% del espacio en una planta baja.

– Pérdida en el cuerpo (body loss)

• Afectada por la evolución de los terminales y como ellos son

utilizados.

• Uso de manos libres.

• Videotelefonia → pérdidas despreciables.

• 3dB. Valor conservativo.

• Médida (2-5)dB. Terminal en la cabeza del usuario.


Electiva: 3G-WCDMA


• RLB UL(29)

– Pérdidas de trayecto máxima permitida (MAPL,

Maximum Allowable Path loss).


Prganancias pérdidas ganancias pérdidasMAPL EIRP Rxsens Rx opagación

Electiva: 3G-WCDMA


• Factores de carga

– Segunda fase del dimensionamiento o

planeación inicial es estimar la cantidad de

tráfico soportado por BS.

– Reuso=1. Sistema es limitado por interferencia.

→ Se debe estimar la cantidad de interferencia y

la capacidad que puede ser entregada a la

celda.


Electiva: 3G-WCDMA


• Factores de carga

– Factor de carga en el UL

• W→tasa de chip.

• Pj→Potencia de la señal recibida del usuario j.

• vj→factor de actividad del usuario j.

• Rj →Velocidad de transmisión de datos del usuario j.

• Itotal → Potencia de banda ancha recibida total incluyendo la

potencia de ruido térmico en la estación base.


_ _ __ _ _

_ _ ( _ _ )

b

o j

E Señal de usuario jGanancia procesamiento usuario j

N Potencia total recibida excluyendo propia señal

jb

o j j total jj

PE W

N v R I P

Electiva: 3G-WCDMA


• Factores de carga (2)

– Factor de carga en el UL(2)

• Resolviendo para Pj


1

1j total j total

bj j

o j

P I L IW

Ev R

N

1

1j

bj j

o j

LW

Ev R

N

Lj → factor de carga de una sola conexión.

j

j

total

pL

I

Electiva: 3G-WCDMA




• La interferencia recibida total, excluyendo el ruido

térmico PN, puede ser escrito como la suma de las

potencias recibidas de todos los N usuarios en la

misma celda.


1 1

N N

total N j j total

j j

I P P L I

1

1N

N total j

j

P I L

9

Electiva: 3G-WCDMA




• El Margen de interferencia (Noise Rise) se define

como la relación de la potencia banda ancha recibida

total a la potencia de ruido


1

1 1_

11

N

ULj

j

Noise rise

L

_ total

N

INoise rise

P

Electiva: 3G-WCDMA




• Cuando ηUL=1, el margen de interferencia (noise rise)

da infinito y el sistema ha alcanzado su polo de

capacidad.


1

N

UL j

j

L

1_

1 UL

Noise rise

Electiva: 3G-WCDMA




• En el factor de carga se debe tener en cuenta la

interferencia de otras celdas.


_ _

_ _

Interferencia otras celdasi

Interferencia propia celda

1 1

11 1

1

N N

UL j

j j

bj j

o j

i L iW

Ev R

N

Electiva: 3G-WCDMA




• La ecuación de carga predice la cantidad de margen

de interferencia (Noise Rise) sobre el ruido térmico

debido a la interferencia.

– El margen de interferencia en el RLB debe ser igual al

máximo planeado “Noise Rise”.


1_

1 UL

Noise rise

_ 10log 1 ULNoise rise dB

Electiva: 3G-WCDMA




• (Eb/N0) requerido es obtenido de simulaciones a nivel de enlace,

de medidas y de requerimientos de desempeño del 3GPP.

• (Eb/N0) incluye efectos de control de potencia en lazo cerrado y

SHO.

• El efecto de SHO es medido como la ganancia relativa de

combinación de macrodiversidad al resultado del (Eb/N0) de un

simple enlace.

• La relación de interferencia de otra celda a la propia (servidora,

serving) es una función del ambiente celular o aislamiento de la

celda (e.g. macro/micro, urbano, suburbano). Y el patrón de

radiación de antena (e.g. omnidireccional, 3 sectores, 6

sectores).


Electiva: 3G-WCDMA




• La ecuación de carga permite hacer una predicción

semi-analítica de la capacidad promedio de una celda

de un sistema WCDMA, sir ir a simulaciones de

capacidad a nivel de sistema.

• Algunos parámetros en el factor de carga en el UL


Vj 0.67 para voz, asumiendo 50% de la

actividad de voz y un encabezado del

DPCCH para DTX.

I (visto desde el receptor de BS) Macroceldas con antenas

omnidireccionales:55%. Macroceldas

con 3 sectores:65%

10

Electiva: 3G-WCDMA




• Para una red clásica de servicios solo de voz.


1

b

o

UL

E

NNv i

W

R

1b

o

W

EvR

N

1

11

1

N

UL

j

bj j

o j

iW

Ev R

N

Electiva: 3G-WCDMA



• Ejemplo. UL Noise Rise. Para un servicio de datos. Asumiendo

un (Eb/N0)req=1.5dB, e i=0.65.



Margen de interferencia =3dB →

η=50%→860Kbps.

Margen de Interferencia=6dB →

η=75% →1300Kbps.

La imagen presentan la velocidad de

transmisión de datos total que puede ser

alcanzada en una celda por todos los usuarios .

Electiva: 3G-WCDMA


– Factor de carga en el DL

• ηDL se define de manera similar, aunque los parámetros son

diferentes.

• Crecimiento de ruido (noise rise) sobre ruido térmico debido a

interferencia de acceso múltiple (MAI).



1

1

b

No j

DL j j j

j

j

E

Nv i

W

R

1_

1 DL

Noise rise _ 10log 1 DLNoise rise dB

αj=factor de ortogonalidad DL

Electiva: 3G-WCDMA


– Factor de carga en el DL(2)

• WCDMA emplea códigos ortogonales en el DL para

separar los usuarios, y sin propagación multitrayecto

la ortogonalidad se mantiene cuando la señal de la

BS es recibida por la MS.

• Si existe una suficiente dispersión del retardo (delay

spread) en el canal radio, el móvil verá parte de la

señal de la BS como acceso múltiple.

• Usuarios ortogonales perfectamente α=1.

• Canales multitrayecto 0.4< α<0.9



Electiva: 3G-WCDMA



• En el DL, i, la relación de interferencia de otras celdas

a la propia, depende de la localización del usuario y

por lo tanto es diferente para cada usuario.



1

1

b

No j

DL j

j

j

E

Nv i

W

R

Electiva: 3G-WCDMA





vj0.58 para voz, asumiendo actividad de voz=50% y encabezado

DPCCH para DTX.

αjDependiendo de la propagación multitrayectoria

1: Totalmente ortogonal. 1 trayecto.

0: No ortogonalidad

Canal A vehicular ITU:~50%.

Canal A transeunte ITU:~90%.

Macroceldas con antenas omnidireccionales: 55%

Macroceldas con tres sectores: 65% i

11

Electiva: 3G-WCDMA



• El efecto del SHO puede ser modelado de dos maneras

(modelado de interferencia en el DL).

– Incrementa el número de conexiones por el SHO y reduce el

(Eb/No)req por enlace con la ganancia de SHO.

– Se mantiene el número de conexiones fijas (igual número de

usuarios) y utiliza el (Eb/No)req-combinado.



Electiva: 3G-WCDMA



• En el dimensionamiento en el DL, es importante

estimar la potencia total de transmisión requerida en

la estación base, esto debe estar basado en la

potencia promedio requerida por usuario y no la

máxima potencia de transmisión para llegar al limite

de la celda obtenida del RLB.– Algunos usuarios están en el limite de la celda y requieren alta

potencia.

– Algunos usuarios se encuentran cerca de la BS y requieren de

menor potencia al mismo tiempo.

– La diferencia entre la pérdida de trayecto máxima y promedio se

encuentra alrededor de 6dB para macroceldas.



Electiva: 3G-WCDMA





Electiva: 3G-WCDMA



• La potencia de transmisión minima requerida para

cada usuario es determinada por la atenuación

promedio entre la BS y la MS, <L>, y la sensibilidad

del receptor en ausencia de interferencia de acceso

múltiple (MAI) (intracelda o intercelda).

• El efecto de incremento de potencia de ruido debido

al margen de interferencia (noise rise) se adiciona a

la minima potencia y el resultado obtenido

representa la potencia de transmisión requerida por

un usuario en una ubicación promedio en la celda.



Electiva: 3G-WCDMA



• NFMS=(5-9)dB.

• L. Perdidas de trayecto.



1

_1

bN

o j

rf j

j

j

DL

EN

N WL vW

RBS TxP

174 ( )( 290 )rf

dBmN KT NF NF dB AsumiendoT K

Hz

Electiva: 3G-WCDMA


– Canales comunes en el DL

• Parte de la potencia en el DL tiene que ser asignado a los

canales comunes, que son transmitidos independientemente de

los canales de tráfico.

– Afectan la capacidad.



12

Electiva: 3G-WCDMA


– Ejemplo de calculo de factor de carga

• Suposiciones



Electiva: 3G-WCDMA


– Ejemplo de calculo de factor de carga (2)

1. Se asume la capacidad requerida de la celda en kbps.

2. Se calcula el factor de carga <ηDL>.

3. Se calcula las pérdidas de trayecto promedio.

4. Se calcula la máxima pérdida de trayecto adicionando 6 dB.

• Considera ganancia de SHO por enlace. 3dB.



Electiva: 3G-WCDMA



• Para datos.



Electiva: 3G-WCDMA



• Cobertura vs Capacidad en UL y DL en Macroceldas.



Electiva: 3G-WCDMA



• En UL y DL la carga sobre la interfaz radio afecta la

cobertura pero el efecto no es el mismo.

• En el DL la cobertura depende más de la carga.

– En el DL, la potencia es compartida entre los usuarios DL →

menor potencia por usuario.

• La cobertura es limitada por el UL para

velocidades de transmisión de datos o cargas

menores a 760Kbps, mientras la capacidad es

limitada en el DL.



Electiva: 3G-WCDMA





13

Electiva: 3G-WCDMA





Electiva: 3G-WCDMA


– División de potencia entre frecuencias

• El efecto sobre la capacidad es menor que el efecto sobre la

cobertura (curva de carga).



L=156dB.

760Kbps→720Kbps

Reducción =5% (0.2 dB)

Incrementar PTX-DL es

ineficiente porque la

potencia no afecta el

polo de capacidad.

760Kbps→2*720Kbps

(90%).

Uso de dos portadoras.

Electiva: 3G-WCDMA


– División de potencia entre frecuencias (2)

• Existe un compromiso entre capacidad y cobertura.

en el DL.

• Si existen pocos usuarios, una mayor potencia

puede ser asignada por usuario permitiendo una

mayor pérdida por trayecto.

• Amplificadores de potencia de banda ancha

permiten la adición de una segunda portadora sin

adicionar un amplificador de potencia.

• El implementar amplificadores de banda ancha

lineales es un reto de ingeniería.



Electiva: 3G-WCDMA


– División de potencia entre sectores

• En una fase de despliegue inicial el UL sectorizado es necesario

para mejorar la cobertura, pero dicha sectorización no puede

brindar mayor capacidad que la requerida por la densidad de

tráfico inicial.

• Recepción UL sectorizada (diversidad) + un amplificador común

de alta potencia en los tres sectores.

• Solución de bajo costo → Una real sectorización implica un

amplificador de potencia por cada sector.

• Ejemplo. Un amplificador de 20W en DL. 3 sectores →

20/3=6.7W por sector . Curva original - 4.7dB (10log (6.7/20)) →

capacidad de 680 Kbps (para máxima pérdida de trayecto de

156 dB)



Electiva: 3G-WCDMA


– División de potencia entre sectores (2)

• Como la potencia del amplificador es dividida en 3 sectores la

capacidad total del sitio es 680 Kbps.

• 680/(3*760) → 30% de la capacidad de una real solución

sectorizada.



Para el RNC es la solución de un

único sitio.

El RNC no participa en los SHO entre

sectores de esta solución. El UL es

definido por la BS.

Opción para el inicio de despliegue de

una red.

Electiva: 3G-WCDMA

• Caminos para la actualización de la capacidad

– Opciones de actualización de la capacidad en el DL cuando se

incrementa el tráfico.

• Más amplificadores de potencia si inicialmente el amplificador de

potencia es dividido entre sectores.

• Dos o más portadoras si la asignación de frecuencias lo permite.

• Diversidad de transmisión con un segundo amplificador de potencia por

sector.

– La disponibilidad de estas opciones de actualización dependen del

fabricante de equipos.

– No implica cambios sobre el sistema de antena, solo cambios en el

gabinete de la BS.

– La capacidad también puede ser incrementada aumentando el

número de sectores → implica cambios de antenas → mejor

cobertura.



14

Electiva: 3G-WCDMA

• Caminos para la actualización de la capacidad (2)



Electiva: 3G-WCDMA

• Capacidad por Km2

– Suponiendo que la operación WCDMA se inicia en una

macrocelda (2 km2) con un PA, una portadora y

capacidad disponible inicial de 1 Mbps.

– Si cada sitio presenta 3 sectores y cada sector su

amplificador de potencia (*3)



2 21000 1 1000 1000 500

2

Kbps portadora Kbps Kbps Kbps

portadora sitio sitio Km Km

2 2

sec1000 1 3 3000 3000 1500

sec 2

Kbps portadora tores Kbps Kbps Kbps

portadora tor sitio sitio Km Km

Electiva: 3G-WCDMA

• Capacidad por Km2 (2)

– Con tres frecuencias o portadoras por sitio (dependiendo

del licenciamiento) (*3)

– Si se incrementa la densidad de sitios (5sitios/km2)

– Con una mayor densidad de sitios es importante tener

en cuenta el factor i (interferencia de otras celdas a la

propia) el cual se incrementa y decrece la capacidad de

sitio.



2 2

59000 * 45000

Kbps sitios Kbps

Sitio Km Km

2 2

sec1000 3 3 9000 9000 4500

sec 2

Kbps portadora tores Kbps Kbps Kbps

portadora tor sitio sitio Km Km

Electiva: 3G-WCDMA

• Capacidad suave (soft)

– Si capacidad es “hard blocked” → limitada por la cantidad de

hardware → Erlang B.

– Si la capacidad es limitada por la cantidad de interferencia en la

interfaz radio → “Soft capacity” → No existe un valor fijo de máxima

capacidad → No Erlang B (muy pesimista).

– Capacidad suave → a menor interferencia proveniente de celdas

vecinas, más canales son disponibles en la celda.



Electiva: 3G-WCDMA

• Capacidad suave (soft) (2)

– Con un bajo número de canales por celda (servicios de

alta velocidad), el valor de carga promedio debe ser bajo

para garantizar baja probabilidad de bloqueo.

– Si en celdas vecinas la carga promedio es baja, existe

una capacidad disponible.

– Esta capacidad puede ser tomada prestada de las

celdas vecinas → capacidad suave.

– Capacidad suave es importante para altas velocidades

de transmisión de datos.

– Capacidad suave es el incremento de la capacidad en

erlangs con bloqueo suave comparado al bloqueo duro

con el mismo número de canales.



Electiva: 3G-WCDMA




_ _ __ 1

_ _ _

Capacidad Erlang Bloqueo SuaveCapacidad Suave

Capacidad Erlang Bloqueo Duro

int _ _ _1 1

int _ _

int _ _ _ int _ _1

int _ _

_ _ _1

_ _

erferencia de otras celdasi

erferencia propia celda

erferencia de otras celdas erferencia propia celdai

erferencia propia celda

capacidad Erlang celda aisladai

capacidad Erlang multicelda

15

Electiva: 3G-WCDMA


– Procedimiento para determinar la capacidad

suave:

• Se calcula el número de canales (N) por celda,

basado en el factor de carga del enlace de subida.

(todas las celdas igualmente cargadas)

• Multiplica el numero de canales por (1+i) para

obtener el conjunto de canales total (pool) en el caso

de bloqueo suave.

• Calcula el máximo tráfico ofrecido de la formula

Erlang B.

• Divide la capacidad Erlang por (i+1)



Electiva: 3G-WCDMA


– Ejemplos UL capacidad suave

• Consideraciones.



Electiva: 3G-WCDMA


– Ejemplos UL capacidad suave (2)



_ __

_ _

Capacidad bloqueo duroEficiencia Troncal

número de canales

Electiva: 3G-WCDMA



• A menor eficiencia troncal → menor es la carga promedio →

mayor capacidad puede ser tomada prestada de las celdas

vecinas → más capacidad suave es disponible.



Electiva: 3G-WCDMA



• La capacidad suave es obtenida por medio de

algoritmos de Gestión de Recursos Radio

(RRM) tomando capacidad de celdas

adyacentes con una menor carga.

– Algoritmos RRM basados en interferencia (no en

el “throughput” o número de conexiones.)



Electiva: 3G-WCDMA

• Redes compartidas

– Reducción de costos por compartición de

la red de acceso radio (RAN)



16

Electiva: 3G-WCDMA

Planeación y Optimización de Capacidad y

Cobertura• Predicción de cobertura y capacidad iterativa

– Para una planeación detallada se requiere:

• Datos de propagación real.

• Estimación de la densidad de usuarios.

• Estimación del tráfico por usuario.

• Información acerca de las BS existentes. (uso de las

inversiones existentes).

– Los resultados de la planeación de cobertura y

capacidad incluye:

• Localizaciones de las BS.

• Configuración y parámetros.


Electiva: 3G-WCDMA


Cobertura (2)• Predicción de cobertura y capacidad iterativa (2)

– En WCDMA todos los usuarios comparten los mismos

recursos (interferencia) en la interfaz radio.

– Cada usuario afecta a los otros y causa el cambio de los

niveles de potencia.

– Estos cambios originan nuevos cambios y así

sucesivamente.

– El proceso de predicción se realiza de manera iterativa

hasta que la potencia de transmisión se estabilice

(convergencia).


Electiva: 3G-WCDMA




Electiva: 3G-WCDMA




Electiva: 3G-WCDMA



– Aspectos que en 2G (FDMA/TDMA) son importantes

pero en 3G (WCDMA) lo son mucho más:

• Velocidad de los móviles.

• Perfiles de canales multitrayecto.

• Velocidades de transmisión de datos (bit rate)

• Tipos de servicios.

– Aspectos importantes en sistemas WCDMA:

• FPC en UL y DL.

• Soft/softer handover.

• Canales DL ortogonales.

• Todos impactan sobre el desempeño del sistema.


Electiva: 3G-WCDMA


Cobertura (6)• Predicción de cobertura y capacidad iterativa

(6)

– La estimación de interferencia en WCDMA es

importante para predecir la cobertura.

• No en FDMA/TDMA.

– La sensitividad de la BS en WCDMA depende

del número de usuarios y las velocidades de

transmisión de datos.

• En planeación GSM se asume que la sensitividad de

la BS es constante y que el umbral de cobertura es el

mismo para cada BS.


17

Electiva: 3G-WCDMA


Cobertura (7)• Herramientas de planeación

– 2G. Planeación → cobertura.

– 3G. Planeación de interferencia y análisis de capacidad,

más que una simple optimización de cobertura.

– La herramienta de planeación debe ayudar al diseñador

para lograr la calidad de servicio (QoS) y la capacidad

requerida al mínimo costo por medio de la optimización

de los siguientes parámetros• Las configuraciones de BS.

• Selección de antenas.

• Dirección de antenas.

• Localización de sitios.


Electiva: 3G-WCDMA


Cobertura (8)• Herramientas de planeación (2)

– La herramienta debe tener conocimiento de los

algoritmos RRM.

– La probabilidad de cobertura en UL y DL es

determinada para un servicio especifico

probando la disponibilidad del servicio en cada

lugar del área planeada.


Electiva: 3G-WCDMA




http://www.awe-communications.com

Electiva: 3G-WCDMA





Electiva: 3G-WCDMA





Electiva: 3G-WCDMA

• Herramientas de planeación (6)


Cobertura (12)



18

Electiva: 3G-WCDMA



Cobertura (13)



Electiva: 3G-WCDMA



Cobertura (14)



Electiva: 3G-WCDMA



Cobertura (15)



Electiva: 3G-WCDMA



Cobertura (16)



Electiva: 3G-WCDMA



Cobertura (17)



Electiva: 3G-WCDMA



Cobertura (18)



19

Electiva: 3G-WCDMA



Cobertura (19)


Electiva: 3G-WCDMA



Cobertura (20)


Electiva: 3G-WCDMA




Electiva: 3G-WCDMA




Electiva: 3G-WCDMA




Electiva: 3G-WCDMA




20

Electiva: 3G-WCDMA




Electiva: 3G-WCDMA





Electiva: 3G-WCDMA


Cobertura (26)• Herramientas de planeación (20

– Iteracciones UL y DL.

• Objetivo UL. Asignar Ptx MS teniendo en cuenta la

sensitividad de la BS (best server), la interferencia, el

servicio, la velocidad del móvil y las pérdidas de

trayecto.

• El nivel de potencia definido para la MS es

comparado al máximo nivel de potencia permitido. Si

la potencia excede al máximo permitido la MS es

colocada fuera de servicio → La interferencia se

estima nuevamente y nuevos valores de carga y

sensitividad son asignados a las BS.


Electiva: 3G-WCDMA



– Iteracciones UL y DL. (2)

• Si el factor de carga en el UL es mayor que el limite

fijado, las MS son aleatoriamente movidas de celdas

altamente cargadas a otra portadora (si el espectro lo

permite) o puestas fuera de servicio.

• Objetivo DL. Asignar la correcta potencia de

transmisión a la BS hasta que el nivel de señal

recibido por cada MS le permita lograr el Eb/No

requerido.


Electiva: 3G-WCDMA


Cobertura (28)• Optimización de red

– Proceso para mejorar la calidad global de la red tal

como es experimentada por los usuarios móviles y

asegurar que los recursos de red son utilizados

eficientemente.

• Medidas de desempeño.

• Análisis de los resultados de las medidas.

• Actualización en los parámetros y configuración de la red.

– Una imagen clara del desempeño actual de la red es

necesario para la optimización de desempeño.


Electiva: 3G-WCDMA


Cobertura (29)• Optimización de red (2)


21

Electiva: 3G-WCDMA




Móvil

Ptx-ul, tasa SHO y

probabilidades,

CPICH Ec/No,

BLER-DL.

Red

BLER-UL, Ptx-dl,

potencia recibida

total.

Electiva: 3G-WCDMA



– Se deben definir cuales son las medidas más

importantes (KPI, Key performance Indicators) los cuales

serán comparados con valores objetivos.

• Potencia de transmisión BS.

• Relación de llamadas caídas.

• Retardo de paquetes de datos.

• SHO Overhead.

– Cuantifica la actividad de SHO y se encuentra relacionada con la

medida de recursos adicionales requeridos. Un excesivo SHO-O

reduce la capacidad del sistema e incrementa la señalización de

control.


Electiva: 3G-WCDMA



– La sintonización de la red incluye actualización

de parámetros RRM.

• Parámetros de HO.

• Parámetros de paquetes de datos.

• Parámetros de potencia de canal común.

– La sintonización también incluye:

• Cambios de dirección de antena.

• Cambios de inclinación (tilt) de antena.– Realizado remotamente.


Electiva: 3G-WCDMA



– Un alto traslape puede ser determinado por el número

de usuarios en SHO entre celdas.


Electiva: 3G-WCDMA

• Optimización de red (7)

– El sistema de soporte de operaciones (OSS,

Operation Support System) puede automatizar

el monitoreo y optimización.

– El desempeño de la red es mejor observado

cuando la red se encuentra altamente cargada.

• Generación de carga artificial– Incrementando el Eb/No objetivo.

– Generando carga falsa (dummy) (DL) (OCNS, Orthogonal Channel

Noise Source).


Cobertura (34)


Electiva: 3G-WCDMA

Co-planeación GSM

• La utilización de sitios existentes de BS, compartiendo con

sistemas 2G, es importante para acelerar el despliegue de

redes WCDMA y disminuir los costos.

• Se debe determinar la factibilidad de uso de los sitios en lo

relacionado con la cobertura.


22

Electiva: 3G-WCDMA

Co-planeación GSM (2)


Electiva: 3G-WCDMA

Interferencia Inter-operadores

• Análisis de la interferencia de canal

adyacente.

• No existen bandas de guarda.

– Frecuencias aisladas → mayor gasto de ancho

de banda.

– Mascaras espectrales (spectrum mask)

ajustadas a los requerimientos de Tx y Rx →

baja interferencia de canal adyacente.


Electiva: 3G-WCDMA

Interferencia Inter-operadores

• ACIR (Adjacent Channel Power Interference ratio)

– Relación de la potencia transmitida a la potencia medida

después de un filtro receptor en el canal o los canales

adyacentes.

• Filtros en Tx y Rx. Filtros de raiz de coseno alzado (Root-Raise

Cosine Filter) factor de roll-off de 0.22 y ancho de banda igual a

la tasa de chip.

– La interferencia de canal adyacemte es generada por

no uso de un transmisor ideal e imperfecto filtrado en el

receptor.

• UL & DL. Desempeño limitado por el terminal móvil.

• UL. PA no lineal.

• DL. Sensitividad del receptor.


Electiva: 3G-WCDMA

Interferencia Inter-operadores (2)


Electiva: 3G-WCDMA

Frecuencias variantes de WCDMA


Electiva: 3G-WCDMA

Frecuencias variantes de WCDMA (2)


23

Electiva: 3G-WCDMA

Frecuencias variantes de WCDMA (3)


Electiva: 3G-WCDMA

Lecturas Recomendadas

• http://en.wikipedia.org/wiki/RSCP

• http://en.wikipedia.org/wiki/Beamwidth

• http://www.javvin.com/wireless/MAI.html

• http://en.wikipedia.org/wiki/Delay_spread

• WCDMA Network Planning.

http://www.comlab.hut.fi/opetus/238/lecture8_Planning.pdf

• Static simulator for studying WCDMA Radio Network Planning Issues.

http://lib.tkk.fi/Diss/2002/isbn9512259028/article2.pdf

• 3G Static Simulation Approach http://www.awe-

communications.com/Network/3G/SimulatorsOverview/Static.html

• Winprop. 3G UMTS CS. http://www.awe-

communications.de/Brochures/Brochure3G_CS.pdf

• Winprop. 3G UMTS PS. http://www.awe-

communications.de/Brochures/Brochure3G_PS.pdf


Electiva: 3G-WCDMA

• http://en.wikipedia.org/wiki/Tower_Mounted_

Amplifier

• http://en.wikipedia.org/wiki/Friis_formulas_for

_noise

• http://www.umtsworld.com/industry/antenna.

htm

• http://www.umtsworld.com/industry/license_c

ost.htm


Lecturas Recomendadas (2)

Electiva: 3G-WCDMA


http://en.wikipedia.org/wiki/RSCP







http://en.wikipedia.org/wiki/Beamwidth







http://www.javvin.com/wireless/MAI.html









http://en.wikipedia.org/wiki/Delay_spread




































http://www.awe-communications.com/Network/3G/SimulatorsOverview/Static.html













http://www.awe-communications.de/Brochures/Brochure3G_CS.pdf













http://www.awe-communications.de/Brochures/Brochure3G_PS.pdf













http://en.wikipedia.org/wiki/Tower_Mounted_Amplifier








http://en.wikipedia.org/wiki/Friis_formulas_for_noise








http://www.umtsworld.com/industry/antenna.htm









http://www.umtsworld.com/industry/license_cost.htm










electiva: 3g-wcdma planeación de red radio y...

Documents