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Proyecto Fin de Carrera Ingeniería de Telecomunicación

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

Autor: José Juan González Mena Tutor: María José Madero Ayora

Equation Chapter 1 Section 1

Dep. Teoría de la Señal y Comunicaciones Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2015

Proyecto Fin de Carrera Ingeniería de Telecomunicación

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS Autor: José Juan González Mena

Tutor: María José Madero Ayora Profesor titular

Dep. de Teoría de la Señal y Comunicaciones Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2015

iii

Proyecto Fin de Carrera: Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

Autor:

José Juan González Mena

Tutor:

María José Madero Ayora

El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros:

Presidente:

Vocales:

Secretario:

Acuerdan otorgarle la calificación de:

Sevilla, 2015

El Secretario del Tribunal

v

A mi familia A mis maestros

vii

Agradecimientos

Agradezco a mi tutora María José por su tiempo, y por darme ese empujón que necesitaba para poder terminar este camino. Agradezco a mi familia, y en especial, a mi mujer y a mis hijos por su apoyo y comprensión. José Juan González Mena Sevilla, 2015

ix

Resumen

La comunicación mediante teléfonos móviles se ha convertido hoy en día en algo fundamental para las personas. Para ello es necesario que los operadores desplieguen y mantengan redes móviles, que proporcionen este servicio a los usuarios de sus redes. Son los departamentos de planificación dentro de un operador los que se encargan de diseñar los despliegues de red, así como, una vez desplegados los nodos, garantizar que tengan la capacidad suficiente para mantener una calidad de servicio adecuada. El análisis de la capacidad se ha convertido en algo cada vez más crítico, debido al incremento del tráfico de datos que se viene produciendo desde la llegada de los smartphones. Este proyecto trata de dar una visión general de cómo se monitoriza una red móvil, y cómo se gestionan los recursos disponibles, llevando a cabo ampliaciones cuando sea necesario. Nos centraremos en el caso de una red UMTS con equipos Huawei, y concretamente en la parte que afecta a su interfaz radio.

xi

Abstract

Communication via mobile phones has become today something essential for people. This requires operators to deploy and maintain mobile networks to provide this service to users of its networks. Planning departments within an operator are responsible for designing network deployments and ensure that they have sufficient capacity to maintain adequate quality of service. The capacity analysis has become increasingly critical, due to increased data traffic that has been occurring since the arrival of smartphones. This project aims to give an overview of how a mobile network is monitored, and how available resources are managed by carrying out extensions when necessary. We focus in the case of an UMTS network with Huawei equipment, specifically in the part relating to the radio interface.

xiii

Índice

Agradecimientos

ix

Resumen

xi

Abstract

xiii

Índice

xiv

Índice de Tablas

xvi

Índice de Figuras

xviii

Glosario

xxii

1

Objetivo y estructura del proyecto 1.1 Objetivos del proyecto 1.2 Estructura del proyecto

1 1 1

2

Evolución de las Redes Móviles 2.1 Los inicios de la red móvil 2.2 Telefonía móvil analógica (1G) 2.2.1 NMT (NORDIC MOBILE TELEPHONE) 2.2.2 AMPS (ADVANCED MOBILE PHONE SYSTEM) 2.2.3 CDPC (CELLULAR DIGITAL PACKET DATA) 2.2.4 MOBITEX 2.2.5 DATATAC 2.3 Segunda Generación (2G) 2.3.1 GSM 2.3.2 GPRS (GENERAL PACKET RADIO SYSTEM) 2.3.3 EDGE (ENHANCED DATA RATES FOR GSM EVOLUTION) 2.4 Tercera generación (3G): la banda ancha móvil 2.4.1 UMTS (UNIVERSAL MOBILE TELECOMMUNICATIONS SYSTEM) 2.4.2 HSPA (HIGH SPEED PACKET ACCESS) 2.5 Cuarta generación (4G)

3 3 4 5 5 5 5 5 6 6 7 7 8 8 8 9

3

Acceso Radio del Sistema UMTS 3.1 La técnica de acceso W-CDMA 3.1.1 Spreading y despreading 3.1.2 La capacidad de los sistemas 3.2 Arquitectura UTRAN

11 12 14 17 19

4

Recursos en el Interfaz Radio 4.1 Recursos de banda base 4.1.1 Procedimientos de asignación de los recursos banda base 4.1.2 Especificaciones de producto 4.1.3 Consumo de los recursos de banda base 4.1.4 Ampliación de recursos banda base 4.1.5 Contadores asociados a los recursos banda base 4.2 Recursos de potencia 4.2.1 Carga en el downlink

23 25 26 30 33 35 35 40 40

4.2.2 Carga en el uplink 4.3 Recursos de códigos OVSF 4.3.1 Contadores asociados a los códigos OVSF 4.3.2 Ampliaciones de capacidad recomendadas 4.4 Recursos CNBAP 4.4.1 Contadores asociados a los recursos CNBAP 4.4.2 Ampliaciones de capacidad recomendadas

44 48 50 54 54 54 57

5

Descripción de los Equipos Huawei 5.1 BTS3900 5.1.1 BBU3900 5.1.2 Módulos RF 5.2 Tipos de emplazamiento 5.3 Escenarios Habituales 5.3.1 Indoor GSM900 + DCS1800 5.3.2 Indoor GSM900 + U900 + U2100 5.3.3 Indoor GSM900 + DCS1800 + U900 + U2100 5.3.4 Outdoor GSM900 + DCS1800 + U900 + U2100 5.3.5 Escenario cuando no se pueden usar RRUs

59 59 60 64 67 69 69 69 71 72 73

6

Herramientas de Monitorización 6.1 PRS 6.1.1 Ejecución de una consulta en PRS 6.2 Business Objects 6.2.1 Ejecución de una consulta en Business Objects 6.3 Bases de Datos de Parámetros y de Configuración Hardware 6.3.1 Base de Datos de Parámetros 6.3.2 Base de Datos de Configuración Hardware 6.4 Visor de Estadísticos

75 76 77 79 81 83 83 85 87

7

Métodos de monitorización y Gestión 7.1 Proceso Reactivo 7.1.1 Cuadro de mandos del proceso reactivo 7.1.2 CSSR (Call Setup Success Rate) 7.2 Planes programados 7.2.1 Universo de nodos afectados por el plan 7.2.2 Ejemplo de un plan programado 7.3 Movimiento de licencias y uso de nodos almacén

93 94 97 102 105 105 108 109

8

Conclusiones y Líneas Futuras 8.1 Conclusiones 8.2 Líneas futuras

111 111 111

Bibliografía

113

xv

ÍNDICE DE TABLAS Tabla 4-1 Especificaciones de las tarjetas WBBP

31

Tabla 4-2 Número de usuarios HSUPA y HSDPA soportados por una WBBP

32

Tabla 4-3 Especificaciones de Throughput de la tarjeta WBBP

32

Tabla 4-4 Consumo de CEs de los servicios R99

34

Tabla 4-5 Consumo de CEs UL de los servicios HSUPA

34

Tabla 4-6 Alarmas RF reportadas por el nodo

48

Tabla 4-7 Capacidad CNBAP en diferentes escenarios

54

Tabla 5-1 Configuraciones típicas de RRU3908V2

65

Tabla 5-2 Configuración PA1 y PA2 en RRU3908V2

66

Tabla 5-3 Configuraciones típicas de RRU3808V1

66

Tabla 6-1 Parámetros Tabla UMTS_RADIO_UCELL

84

Tabla 6-2 Configuración de portadoras de un NodoB

85

Tabla 6-3 Bastidores del nodo

85

Tabla 6-4 Tarjetas del nodo

86

Tabla 6-5 Grupos de recursos UL

86

Tabla 6-6 Grupos de recursos DL

87

Tabla 6-7 Asignación de celda a tarjeta

87

Tabla 7-1 Ejemplo de listado de consumos de CEs

97

Tabla 7-2 Consumo de potencia de un nodo a nivel de celda

97

Tabla 7-3 Consumo de potencia del nodo

98

Tabla 7-4 Ejemplo de listado de carga CNBAP

98

Tabla 7-5 Capacidad CNBAP de nodos

98

Tabla 7-6 Ejemplo de cuadro de mandos

99

Tabla 7-7 Ejemplo de tarjetas de un nodo

99

Tabla 7-8 Ejemplo de grupos de recursos

99

Tabla 7-9 Ejemplo de fallos por congestión de CEs

101

Tabla 7-10 Causas de congestión RRC

103

Tabla 7-11 Causas de congestión RAB

104

Tabla 7-12 Ejemplo de estimación de CEs

108

Tabla 7-13 Ejemplo de estimación de potencia

109

xvii

ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2-1 DynaTAC8000X

4

Figura 3-1 Analogía utilizada para describir la técnica CDMA

13

Figura 3-2 Técnicas de acceso en el dominio tiempo-frecuencia-potencia

14

Figura 3-3 Incremento de la banda por efecto del spreading

14

Figura 3-4 Reducción de las interferencias en la técnica CDMA

16

Figura 3-5 Árbol de secuencias de spreading

17

Figura 3-6 Arquitectura UTRAN

20

Figura 4-1 Recursos de la RNC, Nodo B y Celda

23

Figura 4-2 Estructura de la unidad banda base del Nodo B

26

Figura 4-3 Procedimientos de asignación de recursos de un grupo de recurso UL

27

Figura 4-4 Grupos de recurso en diferentes configuraciones (Escenario 1)

28

Figura 4-5 Grupos de recurso en diferentes configuraciones (Escenario 2)

28

Figura 4-6 Grupos de recurso en diferentes configuraciones (Escenario 3)

29

Figura 4-7 Ejemplo de compartición de recursos CE DL

30

Figura 4-8 Procedimientos de asignación de recursos de un grupo de recurso DL

30

Figura 4-9 Consumo de recursos DL de los servicios HSDPA

35

Figura 4-10 Asignación dinámica de los recursos de potencia

41

Figura 4-11 Procedimiento Common Measurement Report

43

Figura 4-12 Relación entre RTWP, incremento de ruido, y carga uplink

45

Figura 4-13 Número de usuarios equivalentes por servicio

46

Figura 4-14 Árbol de códigos OVSF

49

Figura 4-15 Asignación de códigos estática controlada por la RNC

49

Figura 4-16 Asignación de códigos dinámica controlada por la RNC

50

Figura 4-17 Asignación de códigos dinámica controlada por el NodoB

50

Figura 4-18 Ejemplo asignación canales OVSF

51

Figura 4-19 Medición de radio links recibidos

56

Figura 5-1 Solución de producto de la serie BTS3900

60

Figura 5-2 Configuración típica de BBU3900 en modo GSM+UMTS

61

Figura 5-3 Distribución de slots/tarjetas en la BBU3900

61

Figura 5-4 Tarjeta GTMU

62

Figura 5-5 Tarjeta WMPT

62

Figura 5-6 Tarjeta UMPT

62

Figura 5-7 Tarjeta WBBP

63

Figura 5-8 Tarjeta UBRI

63

Figura 5-9 Tarjeta UTRP

63

Figura 5-10 Tarjeta UPEU

64

Figura 5-11 Tarjeta UEIU

64

Figura 5-12 Modelos de RRU

65

Figura 5-13 MRFU

67

Figura 5-14 BTS3900 Indoor

68

Figura 5-15 BTS3900A Outdoor

68

Figura 5-16 Configuración Indoor GSM900 + DCS1800

69

Figura 5-17 Configuración Indoor GSM900 + U900 + U2100

70

Figura 5-18 Configuración Indoor GSM900 + U900 + U2100 con 4 sectores

70

Figura 5-19 Configuración Indoor GSM900 + DCS1800 + U900 +U2100

71

Figura 5-20 Configuración Indoor GSM900 + DCS1800 + U900 +U2100 con 4 sectores

72

Figura 5-21 Configuración Outdoor GSM900 + DCS1800 + U900 + U2100

72

Figura 5-22 Escenarios en configuración compacta

73

Figura 5-23 Configuración Indoor compacta GSM900 + DCS1800 + U900 + U2100

73

Figura 6-1 Arquitectura M2000

75

Figura 6-2 Arquitectura de PRS

76

Figura 6-3 Página Principal de PRS

77

Figura 6-4 Consulta de PRS

77

Figura 6-5 Selección de contadores en PRS

78

Figura 6-6 Selección del período temporal en PRS

79

Figura 6-7 Resultado de consulta en PRS

79

Figura 6-8 Funciones de Business Objects

80

Figura 6-9 Ventana Principal de Business Objects

81

Figura 6-10 Ventana de Consulta de Bussines Objects

81

Figura 6-11 Panel de Consulta de Business Objects

82

Figura 6-12 Resultado de Consulta de Business Objects

83

Figura 6-13 Base de Datos con tablas de parámetros de la red

84

Figura 6-14 Ventana Principal Base de Datos del Visor

88

Figura 6-15 Formulario Visor CEs

89

Figura 6-16 Formulario Visor Potencia

89

Figura 6-17 Gráfica de consumo de CEs

90

Figura 6-18 Gráficas Potencia DL

90

Figura 6-19 Gráfica Usuarios y Potencia UL

91

Figura 7-1 Nodo con crecimiento de tráfico continuo

93

Figura 7-2 Nodo con crecimiento de tráfico estacional

94

Figura 7-3 Nodo con crecimiento eventual

94

Figura 7-4 Proceso Reactivo

95

Figura 7-5 Cálculo de promedios semanales

95

Figura 7-6 Nodo con tráfico de Fin de Semana

96 xix

Figura 7-7 Nodo con tráfico de No-Fin de Semana

96

Figura 7-8 Ejemplo de consumo de CEs de un nodo

100

Figura 7-9 Consumo de CEs a nivel de grupo

101

Figura 7-10 Planes programados

105

Figura 7-11 Ejemplo filtrado nodo estival I

106

Figura 7-12 Ejemplo filtrado nodo estival II

107

Figura 7-13 Ejemplo filtrado nodo estival III

107

Figura 7-14 Ejemplo filtrado nodo estival IV

107

Figura 7-15 Evolución anual del consumo de CEs

108

xxi

Glosario

AMPS ARQ BBU BSC BSS BTS CDPC CE CNBAP CPRI CS CSSR DECT DL DPU EDGE ENU ETSI FACH FDD FDMA GPRS GSM GTMU HSDPA HSPA HSUPA KPI LMPT LTE MPU MRFU MSC NMT OFDMA

Advanced Mobile Phone System Automatic Repeat Request BaseBand Unit Base Station Controller Base Station Subsystem Base Transceiver Station Cellular Digital Packet Data Channel Element Common Node B Application Part Common Public Radio Interface Circuit Switching Call Setup Success Rate Digital Enhanced Cordless Telecommunications Down Link Data Processing Unit Enhanced Data Rates for GSM Evolution Equivalent Number of Users European Telecommunications Standards Institute Forward Access Channel Frequency Division Duplexing Frequency Division Multiple Access General Packet Radio System Global System for Mobile communications GSM Transmission & Management Unit for BBU High Speed Downlink Packet Access High Speed Packet Access High Speed Uplink Packet Access Key Performance Indicator LTE Main Processing & Transmission unit Long Term Evolution Main Processing Unit Multi-mode Radio Frequency Unit Mobile Switching Centre Nordic Mobile Telephone Orthogonal Frequency Division Multiple Access

OLAP OSI OVSF PCH PDC PRS PS PSTN RACH RF RNC RNS RoT RRU RTWP SF SGSN SIM SMS SPU TCP TDD TDMA UBRI UE UL UMPT UMTS UTRA UTRAN UTRP WBBP WCDMA WMPT

On-Line Analytical Processing Open System Interconnection Orthogonal Variable Spreading Factor Paging Channel Personal Digital Cellular Performance Surveillance Packet Switching Public Switched Telephone Network Random Access Channel Radio Frequency Radio Network Controller Radio Network Subsystem Rise Over Thermal Radio Remote Unit Received Total Wideband Power Spreading Factor Serving GPRS Support Node Subscriber Identity Module Short Message Service Signaling Processing Unit Transmitted Carrier Power Time Division Duplexing Time Division Multiple Access Universal Baseband Radio Interface Board User Equipment Up Link Universal Main Processing and Transmission unit Universal Mobile Telecommunications System UMTS Terrestrial Radio Access UMTS Terrestrial Radio Access Network Universal Transmission Processing unit WCDMA Baseband Process Unit Wideband Code Division Multiple Access WCDMA Main Processes and Transmission Unit

xxiii

1 OBJETIVO Y ESTRUCTURA DEL PROYECTO

E

l objetivo general de este proyecto es mostrar cómo se lleva a cabo la monitorización y la gestión de la capacidad en la interfaz radio de una red UMTS que está en funcionamiento, desplegada con equipamiento Huawei, que es el utilizado en el operador en el que he desarrollado mi actividad profesional. Debido al crecimiento que ha experimentado en los últimos años el uso del móvil, así como el aumento del tráfico de datos tras la aparición de los smartphones, es necesario llevar a cabo ampliaciones de las redes móviles desplegadas, para poder absorber todo ese tráfico. De lo contrario el servicio que se les proporciona a los clientes de un operador se iría degradando, lo cual provocaría la pérdida de dichos clientes. Mediante la monitorización de los recursos podremos detectar los nodos que están empezando a congestionar, de forma que podremos lanzar las ampliaciones en los nodos que sean necesarias.

1.1 Objetivos del proyecto Para mostrar cómo se monitoriza y gestiona la interfaz radio de una red móvil UMTS Huawei trataremos de alcanzar los siguientes objetivos: 

Mostrar cuáles son los recursos con los que cuenta un nodo para dar servicio a los usuarios de la red.



Recopilar los indicadores de red o contadores que hay que monitorizar asociados a la capacidad de los nodos.



Describir el equipamiento Huawei y sus posibles configuraciones.



Conocer las herramientas que hay disponibles para obtener los indicadores de red, así como generar una base de datos que nos permita mantener un histórico y representar gráficamente los indicadores, para analizar el comportamiento y la evolución de los nodos.



Definir los procesos que nos permitan detectar los nodos congestionados y aquellos que, por su comportamiento estacional, puedan llegar a congestionar en una determinada época del año. Todo ello teniendo en cuenta las limitaciones presupuestarias que tiene un operador móvil, y que condicionan las ampliaciones que se ejecutan en función de las estrategias que adopte.

1.2 Estructura del proyecto El documento se ha estructurado en ocho capítulos, utilizando este primer capítulo para presentar los objetivos y la estructura del proyecto. Para situarnos en el contexto en el que nos encontramos, en el capítulo 2 veremos la evolución que han sufrido las redes móviles, desde la aparición de la telefonía móvil analógica hasta la última tecnología que se está desplegando en la actualidad, el LTE o 4G. En el capítulo 3 se dará una visión general del funcionamiento de la red UMTS y de su arquitectura, a modo de reseña tecnológica, centrándonos en la interfaz radio, cuya ampliación es la que nos ocupa, es decir, básicamente la ampliación de un Nodo B. No será objetivo del proyecto entrar en los detalles profundos del funcionamiento de la red UMTS, lo cual nos llevaría a un documento mucho más extenso, y tampoco es 1

2

Objetivo y estructura del proyecto

estrictamente necesario para conseguir nuestro objetivo. Para monitorizar la red, primero debemos saber qué hay que monitorizar. Será en el capítulo 4 donde mostraremos los recursos que tienen los nodos de la red, así como la información que nos proporciona la red para saber qué recursos tenemos y cómo se están usando. En el capítulo 5 se explicarán cómo son los equipos Huawei, así como sus posibles configuraciones, para mostrar cómo es una red en la realidad, y entender en qué se traduce en campo el despliegue y la ampliación de un nodo de red. La información del estado de la red se obtiene a partir de ciertas herramientas que veremos en el capítulo 6. Se explicará cómo se emplean de cara a obtener los datos que necesitamos. Además mostraremos una aplicación implementada que nos permite mantener un histórico de los indicadores de red, así como representarlos de forma gráfica para poder analizarlos más fácilmente. En el capítulo 7 se definirán las metodologías y procesos que se llevan a cabo en un operador para determinar las ampliaciones necesarias tanto en el crecimiento continuado de la red, como en los crecimientos estacionales que se producen a lo largo del año. Por último, en el capítulo 8, se mostrarán las conclusiones y se indicarán algunas posibles extensiones al proyecto, o posibles líneas futuras de investigación.

2 EVOLUCIÓN DE LAS REDES MÓVILES

E

n los últimos años las Comunicaciones Móviles han evolucionado a gran velocidad por ello se hace necesario detallar en primer lugar en qué ha consistido esta evolución.

2.1 Los inicios de la red móvil Como es habitual en nuestra historia, es en situaciones de conflicto donde se llevan a cabo los avances más significativos. Durante la Segunda Guerra Mundial, la empresa norteamericana Motorola lanzó al mercado su primer modelo de Handie Talkie, el H12-16, dispositivo basado en la transmisión de información mediante ondas de radio que trabajaba en el espectro de 550 MHz y que supuso una revolución en las comunicaciones. Basados en estos equipos en los años 50 comenzaron a desarrollarse nuevos aparatos para la comunicación a distancia, conocidos como Walkie Talkie, destinados sobre todo a su utilización por los servicios públicos, tales como taxis, ambulancias, policía o bomberos, e instalados en sus vehículos dadas las grandes dimensiones de estos artefactos. La red de radio celular como concepto se inventó en 1947 en los laboratorios Bell, en la empresa norteamericana AT&T, donde se propuso integrar estos aparatos en los coches de policía. Sin embargo, la invención del teléfono móvil como tal data de 1973. Se considera a Martin Cooper como el inventor del primer móvil no asociado a un vehículo. El 3 de abril de 1973, Cooper (empleado de Motorola), realizó la primera llamada con un móvil en la historia. El receptor de esta primera llamada fue su rival en los laboratorios Bell, John Engel. Seis años más tarde, en 1979, se puso a la venta el primer teléfono comercial por parte del gigante japonés de las telecomunicaciones, NTT, mientras que no fue hasta 1983 cuando en Chicago, Washington D.C. y Baltimore se dan los primeros lanzamientos de sistemas comerciales de telefonía celular en Estados Unidos con los resultados del proyecto DynaTAC 8000X, que es presentado oficialmente en 1984. El DynaTAC 8000X, en la Figura 2-1, con pantalla LED y con cerca de 1 kg de peso, tenía un tamaño de 33,02x4,445x8,89 centímetros y una autonomía de una hora de comunicación y ocho horas en reposo.

3

Evolución de las Redes Móviles

4

Figura 2-1 DynaTAC8000X El objetivo de las redes de telefonía móvil es ofrecer servicios de telecomunicaciones a través de una infraestructura fija (BTSs o NodosB según la tecnología empleada) a usuarios que no se encuentran conectados por cable a ella. Además, el servicio que prestan es orientado al público en general, diferenciándose así de las redes utilizadas por los servicios de policía, bomberos, ejército o el teléfono inalámbrico del hogar. Previo al concepto de red celular se concebía el sistema con un número mínimo de antenas para proporcionar el servicio. Dichas estaciones debían emitir a gran potencia para llegar lo más lejos posible, y a su vez los terminales debían emitir a gran potencia para ser “oídos”, con la consiguiente repercusión en tamaño y autonomía que aquello suponía. Con el concepto de telefonía celular se consiguió solucionar importantes problemas que se planteaban con este modelo: 

Incremento en la capacidad de tráfico y mejora de la cobertura. Al ser el número de frecuencias disponibles limitado, también lo son los canales que se pueden asignar al tráfico de los usuarios. La reutilización de dichas frecuencias a distancias razonablemente lejanas soluciona este tema.



Reducción de la potencia emitida. La estación base y el equipo terminal que se encuentra en su área de servicio están a menor distancia, con lo cual la potencia de emisión necesaria para unos niveles de recepción aceptables se ven reducidos.

2.2 Telefonía móvil analógica (1G) Hasta hace no mucho tiempo todos los sistemas funcionaban de forma analógica, es decir, la información –la voz en este caso- se traducía a impulsos eléctricos de mayor o menor intensidad, que generaban ondas electromagnéticas en el aire. Éstas llegaban a un receptor y provocaban en sus circuitos señales eléctricas de mayor o menor intensidad que excitaban el altavoz del teléfono donde se oía el mensaje. La ventaja es la sencillez de construcción de estos equipos pero había muchas desventajas: 

Cualquier alteración de la señal en el aire se percibía como “ruido” que el aparato receptor no podía eliminar.



Cada transmisión ocupaba muchísimo espacio en el espectro, lo que provocaba que el servicio fuera caro y exclusivo.

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

5



Los equipos debían transmitir señales de mucha potencia, por lo que consumían mucha más batería.



Con el móvil sólo se podía hablar.



Baja seguridad, la cual hacía posible a una persona escuchar llamadas ajenas con un simple sintonizador de radio o incluso hacer uso de las frecuencias cargando el importe de las llamadas a otras personas.



El diseño de la red era mucho más complicado y caro, ya que cuando se ideó este modo de comunicación no se pensó que se podría llegar a que cada persona tuviera un teléfono móvil.

Con respecto a los estándares más utilizados cabe mencionar:

2.2.1

NMT (NORDIC MOBILE TELEPHONE)

Se trata de un sistema celular analógico desarrollado en un principio para operar en países nórdicos tales como Finlandia, Dinamarca o Noruega, y que tuvo relativo éxito debido a su más que correcta implementación. Este sistema operaba en las bandas 450 MHz y 900 MHz.

2.2.2

AMPS (ADVANCED MOBILE PHONE SYSTEM)

Se trata de un sistema de comunicación celular analógica concebido para móviles de primera generación y desarrollado a comienzos de los 80 por los laboratorios Bell, y que proporciona una cobertura a nivel nacional, mucho más extensa incluso que la ofrecida por las redes digitales (aunque con la desventaja ya mencionada de que sólo puede ser utilizada para transmitir voz). Su uso es muy común en su país de origen (en el cual sigue siendo muy utilizado tanto en su versión analógica como en la digital), aunque también se extendió con ligeras modificaciones a otros países tales como Inglaterra (TACS y ETACS) o Japón (MCS-L1 o JTAC). AMPS consta de 832 canales dobles de subida-bajada, utilizando cada uno de ellos un ancho de 30 kHz, abarcando un espectro de frecuencias que va desde los 800 MHz hasta los 900 MHz. Se utiliza la mitad del espectro para subida y la otra mitad para bajada. Además, algunas de las frecuencias son reservadas para funciones de control y gestión de la red. Aparece el concepto de “Handover”, consistente en cambiar de una celda de cobertura a otra cuando los niveles de señal o la configuración de los equipos así lo exijan. AMPS dejaba pendiente dos cuestiones importantes. Por un lado solucionar la coexistencia de varios estándares, y por otro la integración de nuevos servicios que complementaran al mero tráfico de voz. Con estos precedentes se llegaba a la segunda generación de telefonía móvil.

2.2.3

CDPC (CELLULAR DIGITAL PACKET DATA)

Opera en la banda de 800 MHz a 900 MHz y consigue velocidades de transferencia de hasta 19,2 kbps. Desarrollado en 1990, su implantación se vio mermada por su elevado coste frente a alternativas más económicas (y lentas) como son Mobitex y DataTac.

2.2.4

MOBITEX

Es un estándar libre basado en el modelo de referencia OSI que comenzó a ser operativo en el año 1986. Creado a principios de los 80 por la sueca Televerket, y desarrollado a partir de 1988 por Eritel (colaboración de Ericsson-Televerket). Uno de sus objetivos fue asegurar comunicaciones seguras y fiables.

2.2.5

DATATAC

Es una tecnología de red inalámbrica originalmente desarrollada por Motorola y desplegada en Estados Unidos bajo el nombre de red ARDIS. A mediados de los 90 también se desplegó en Australia una red basada en DataTac. En Canadá Bell Mobility soporta una red basada en esta tecnología para dar servicio a los comúnmente conocidos como “buscas”. Tanto en Canadá como en Estados Unidos opera en la banda de 800 MHz y ofrece una capacidad de tráfico de 19,2 kbps sobre canales de 25 kHz. Como característica destacable decir que es una red “a prueba de desastres”, no presentando indisponibilidad de los servicios ofrecidos por sobrecarga de la red.

5

Evolución de las Redes Móviles

6

2.3 Segunda Generación (2G) Al contrario de lo que pasa en otras generaciones, la denominada “segunda generación” no es un estándar concreto, sino que marca el paso de la telefonía analógica a la digital, que permitió, mediante la introducción de una serie de protocolos, la mejora del manejo de llamadas, más enlaces simultáneos en el mismo ancho de banda y la integración de otros servicios adicionales al de la voz, de entre los que destaca el Servicio de Mensajes Cortos o SMS (Short Message Service). Estos protocolos fueron implementados por diversas compañías, siendo este hecho el origen de uno de los principales problemas de esta generación: la incompatibilidad entre protocolos. Debido a estos problemas, el radio de utilización del teléfono quedaba limitado al área en el que su compañía le diera soporte. Respecto a los estándares más utilizados podemos hablar de varios, cada uno contribuyendo de una forma distinta al desarrollo de esta segunda generación de móviles. Estos son:

2.3.1

GSM

Inicialmente GSM eran las siglas de “Groupe Spécial Mobile”, un equipo francés de ingenieros del que surgió el primer sistema celular de telefonía móvil. Al internacionalizarlo se le cambió el nombre a “Global System for Mobile communications”. El sistema GSM es el más utilizado a nivel mundial. Su expansión comenzó en Europa, extendiéndose posteriormente y por razones lógicas a las antiguas colonias del viejo continente en todo el mundo: Sudamérica por Telefónica y África por France Telecom. Actualmente es raro el país donde no exista al menos un sistema GSM. La principal ventaja del GSM es que es un sistema digital, es decir, la información viaja transformada en ‘0’ y ‘1’. Es fácil deducir, por tanto, que la robustez –probabilidad de no perder información- de una comunicación así es mucho mayor. Además, ofrece la posibilidad de transportar no sólo una conversación de voz, sino cualquier tipo de información digitalizada (imágenes, conexión entre ordenadores, vídeo, sonido, alarmas, coordenadas de posición, etc). Sus características clave son: 

Permite el roaming, es decir, que todas las redes GSM del mundo “hablen” entre sí para poder aceptar temporalmente usuarios de otras redes.



Permite el handover, que no es otra cosa que lograr que todas las BTS de una red se comuniquen entre sí para transferirse llamadas sin que se corten cuando el teléfono móvil se encuentra en movimiento.



Es una red celular, lo que implica que para diseñarla se divide el territorio en celdas –o célulashexagonales, cada una con una capacidad para cursar llamadas. Si el número de usuarios de una célula crece, es posible subdividir esa célula en otras más pequeñas simplemente instalando más BTSs dentro de ella.



La potencia emitida por estas antenas y la de los propios teléfonos dentro de la celda se autorregulan, para que la señal tenga el alcance exacto y no sobrepase los nuevos límites, más reducidos, y así no interferir con las llamadas del resto de células. Esto permite aumentar la capacidad de la red con unos costes muy reducidos.



Como consecuencia de esta regulación de potencia que se produce en los móviles, la batería dura más, ya que si la BTS está cerca emite menos energía para llegar a ella.

El rango de frecuencias utilizado varía, debido sobre todo al país del que estemos hablando, dando lugar a distintos tipos de protocolos GSM: 

GSM-1800: sistema celular GSM que funciona en la banda de frecuencias 1800 MHz. Utilizado principalmente en zonas urbanas de Europa.



GSM-1900: sistema celular GSM que funciona en la banda de frecuencias 1900 MHz. Utilizado principalmente en zonas urbanas de Estados Unidos (ya que las otras frecuencias disponibles se utilizan con fines militares), Canadá y Latinoamérica junto con la modalidad GSM-850.



GSM-900: red celular digital que opera en el rango de 900 MHz, que, en términos generales es el más

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7

utilizado en todo el mundo (más de 100 países han adoptado este estándar, pudiéndose así proporcionar un servicio a nivel internacional). El hecho de que en otros países haya proliferado el uso de los dos tipos de GSM anteriores, ha favorecido la aparición de los teléfonos denominados “tribanda”. La consecuencia del éxito que obtuvo el GSM no fue otra que permitir que cada persona disponga de su teléfono móvil privado. Así, el teléfono pasó de ser una herramienta de comunicación a un accesorio personal a medida, necesario para el día a día de cualquier persona. La separación entre la línea de teléfono –recogida en la tarjeta SIM- y el terminal, permitió la aparición de un sinfín de equipos, orientados a captar gustos y tendencias de todos los consumidores, creando modas, desplegando increíbles campañas de marketing y generando un consumismo probablemente jamás visto, donde los usuarios tiraban los equipos a los pocos meses de uso por el mero hecho de probar otro más nuevo.

2.3.2

GPRS (GENERAL PACKET RADIO SYSTEM)

Una vez que se disponía de una red digital era lógico aprovecharla para enviar algo más que voz. Lo que inicialmente se ideó como un servicio auxiliar de envío de texto de poca capacidad terminó colapsando las redes. Los mensajes cortos (SMS, Short Messages Service) se transmitían inicialmente por canales auxiliares de señalización interna, diseñados para transmitir muy poca información. Esto obligó a modificar el estándar GSM, creando lo que se conoce como Sistema Radio General de Paquetes (GPRS, General Packet Radio System). GPRS es una mejora de GSM, por ello a veces toma el nombre de 2,5G. Utiliza la misma red pero se le añaden algunos equipos y configuraciones para que puedan transmitir también datos del usuario por los canales de voz. Esto solucionó la saturación de SMS que pasaron a enviarse por canales de voz, con mucha más capacidad que los canales auxiliares. Además permitió que los usuarios se conectaran a Internet desde el móvil, aunque al principio casi nadie lo hacía porque ni los terminales estaban adaptados ni había servicios pensados para el móvil. El servicio GPRS permitió a la red GSM transmitir datos por conmutación de paquetes. Este tipo de conmutación, a diferencia de la conmutación de circuitos GSM (donde el circuito queda reservado durante el tiempo total de la comunicación, se esté utilizando o no), está basado en necesidades, por lo que si no se está enviando ningún dato, las frecuencias quedan libres para su uso por parte de otros usuarios aunque la comunicación no haya acabado. Entre las ventajas obtenidas gracias al uso de este estándar destaca el hecho de poder asignar más de un canal a cada comunicación sin miedo a saturar la red, el abaratamiento de las tarifas ya que GPRS posibilita la tarificación por información cursada (no por tiempo de conexión), y la simplificación y bajo coste del proceso de migración de una red GSM a otra UMTS, dado que los cambios a realizar en una estación para pasar de GSM a GPRS serían mínimos además de compartidos en un futuro por el protocolo UMTS. Los dispositivos móviles que incorporan GPRS también suelen traer consigo algún tipo de medio que permita la comunicación terminal-computador para posibilitar la transferencia de datos (esto es lógico, ya que la capacidad de emisión-recepción de un móvil con tecnología GPRS es más que considerable).

2.3.3

EDGE (ENHANCED DATA RATES FOR GSM EVOLUTION)

Se considera una evolución de GPRS, y funciona sobre cualquier red GSM que posea GPRS. Con EDGE se consigue triplicar la capacidad a la hora de transportar datos con respecto a GPRS, la posibilidad de aumentar el número de usuarios de una operadora, o añadir capacidad extra al servicio de llamadas de voz. Se utilizará la misma estructura de trama TDMA (Time Division Multiple Access – Acceso Múltiple por División en el Tiempo), mismo canal lógico y mismo ancho de portadora (200 kHz) que para el estándar GSM, lo que permite mantener intacto el plan celular de la red sobre la que se implementa. Con EDGE estamos un paso más cerca del estándar UMTS y las redes 3G, introduciendo, además de mayores tasas de transferencia de información, un nuevo esquema de modulación: 8-PSK. EDGE se suele considerar un sistema 2,75G. Más que nuevos servicios, este estándar es una mejora del existente GPRS mediante la introducción de una nueva capa física. La implementación de EDGE por los operadores de red ha sido diseñada para ser simple. Sólo será necesario añadir a cada celda un transceptor adecuado, siendo en la mayoría de los casos posible realizar la actualización SW de forma remota. Este nuevo transceptor funcionará de manera correcta en modo GSM, conmutando a EDGE cuando el servicio solicitado lo requiera. 7

Evolución de las Redes Móviles

8

2.4 Tercera generación (3G): la banda ancha móvil Esta tecnología es el producto de la necesidad creciente de una red de comunicaciones móviles con mayor velocidad y más oferta de servicios. Aunque para el usuario la diferencia radica en un mayor ancho de banda para poder acceder a Internet –no sólo a portales específicos para teléfonos móviles sino desde su propio PC mediante un módem-, esta tecnología utiliza una red completamente independiente de la red GSM, donde las estaciones donde se ubican las antenas se denominan NodoB en lugar de BTS.

2.4.1

UMTS (UNIVERSAL MOBILE TELECOMMUNICATIONS SYSTEM)

La tecnología 3G se denomina técnicamente UMTS y, aunque el funcionamiento es muy parecido a GSM, tiene algunas particularidades interesantes: 

Las frecuencias utilizadas se sitúan en un intervalo de frecuencias más altas que GSM. Esto básicamente implica que la señal se comporta de un modo más parecido a los rayos de luz que, por ejemplo, a la señal FM de la radio: menor capacidad de atravesar obstáculos, especialmente metálicos, que actúan como espejo, y menor alcance, ya que la señal se atenúa más rápidamente en el espacio.



Mayor ancho de banda: inicialmente 384 kbps –frente a los típicos 48 kbps de GPRS-, pero en la actualidad la red ha evolucionado a velocidades muy superiores mediante técnicas complementarias (3,6 Mbps en España).



Servicio de videollamada: es posible llamar a una persona y, además de hablar con ella, verla mediante la cámara de su teléfono.

Conviene considerar algunos aspectos de las redes móviles de banda ancha: 

La red está optimizada para el uso de datos a alta velocidad, por lo que no se aprecia un incremento en los servicios de voz o SMS tradicionales.



Las conexiones de datos son asimétricas, es decir, el ancho de banda o capacidad de enviar un volumen de información en un tiempo determinado es diferente si queremos enviar (subir) o recibir (bajar) desde nuestro dispositivo.

2.4.2

HSPA (HIGH SPEED PACKET ACCESS)

Se trata de una serie de protocolos para redes de telefonía móvil cuyo objetivo es mejorar una red UMTS existente. Se comentan a continuación. 

HSDPA: Las últimas versiones del estándar de telefonía móvil de tercera generación UMTS (release 5), introducen un nuevo salto tecnológico con la introducción de la funcionalidad HSDPA (High Speed Downlink Packet Access). Los principales objetivos de HSDPA son incrementar la tasa de transferencia por usuario, mejorar la calidad de servicio ofrecido y, en general, mejorar la eficiencia espectral, especialmente para los servicios de datos, asimétricos y con tráfico a ráfagas, como son la mayoría de servicios de Internet. El funcionamiento de este sistema se basa en la colaboración de múltiples técnicas y algoritmos, como la modulación y codificación adaptativa (AMC), el ARQ híbrido y complejos mecanismos de scheduling (proceso a través del cual se decide cómo comprometer los recursos disponibles ante cierto número de tareas que los necesitan), muchos de ellos en fase de desarrollo. Este nuevo sistema se integra en un entorno ya complejo por sí mismo y existen muchas interacciones entre los diversos protocolos que son potencialmente optimizables.



HSUPA: Se trata de otra vuelta de tuerca más para acercar la red UMTS al 4G, y se considera como la generación 3,75 (3,75G ó 3,5G+), desarrollado en el proyecto UMTS de 3GPP en su Release 6. HSUPA es un protocolo de acceso de datos para redes de telefonía móvil con alta tasa de transferencia de subida, pensado para mejorar el HSDPA potenciando la conexión de subida de UMTS/WCDMA. Con HSUPA se mitiga el efecto de la asimetría en las capacidades entre DL y UL (downlink y uplink), haciendo posible la oferta de servicios avanzados “P2P”. Para conseguirlo se requiere un nuevo canal dedicado para el enlace ascendente, el E-DCH (enhanced Dedicated Channel), sobre el que se usaran métodos similares a los empleados para HSDPA.



HSPA+: Es el estándar de banda ancha definido en el Release 7 del foro 3GPP. Se espera conseguir

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con él un incremento significativo tanto en UL como en DL frente a los ya conseguidos con HSDPA y HSUPA, aunque el incremento teórico dista mucho del que realmente se consigue en casos prácticos (se consigue en torno a un 20% de incremento de capacidad de tráfico). HSPA+ introduce la posibilidad de utilizar una arquitectura totalmente IP. Las estaciones base se conectan a la red a través de una conexión Gigabit Ethernet al Proveedor de Servicios de Internet (ISP) que está a su vez conectado a Internet (o a otro ISP en modo peering). Con esto se consigue hacer la red más rápida, fácil de desplegar y más operativa. A pesar de que la arquitectura UMTS existente (NodoB-RNC-SGSN) puede seguir siendo utilizada, la posibilidad de interconectar directamente la estación base (NodoB) con el SGSN IP es un gran paso hacia el proyecto LTE de 3GPP: 4G. La implantación de redes de tercera generación ha permitido la incorporación de nuevos servicios móviles. En la actualidad se ha extendido el uso del correo electrónico en el móvil, así como aplicaciones de mensajería instantánea y redes sociales. En paralelo, otras compañías se han adaptado al negocio móvil, como Google y Yahoo, incorporando una versión móvil del famoso Google Maps o el acceso a su portal adaptado a los formatos de pantalla de un móvil. Otros servicios, como la videoconferencia o el acceso a Internet móvil, no han tenido la repercusión que inicialmente se pensó, y demuestran que muchas veces la tecnología se aplica de una manera radicalmente diferente a aquello para lo que fue concebida.

2.5 Cuarta generación (4G) Técnicamente se le denomina LTE, siglas de “Long Term Evolution” (Evolución a largo plazo). El aspecto principal es que se trata de una red 100% IP, es decir, que puede interoperar de manera integrada con el resto de redes IP que configuran Internet. Eso significa un abaratamiento importante de costes, que posiblemente permite que casi cualquier cosa de la vida cotidiana disponga de una conexión a Internet: el coche, el ordenador y la vivienda, pero también nuestras maletas, zapatos, electrodomésticos, las papeleras de la calle, semáforos, farolas, alcantarillas y todo lo que sea susceptible de enviar o recibir contenidos o alertas en un determinado momento. La evolución a la cuarta generación va acompañada de un incremento importante en el ancho de banda. El objetivo es disponer de velocidades mínimas de acceso de 100 Mbps en movimiento y de hasta 1 Gbps en reposo, y que el tiempo medio que necesita la red para transportar la información entre dos puntos lejanos (denominado latencia) sea muy pequeño, comparable al de las actuales redes de área local que se instalan en las oficinas. Esto permite descargas de vídeo de alta definición y música HiFi en tiempo real. Las investigaciones para el desarrollo de estos equipos van parejas al descubrimiento de baterías de menos tamaño y peso, y mayor duración, ya que se espera un incremento del consumo por parte de estos dispositivos.

9

3 ACCESO RADIO DEL SISTEMA UMTS The fundamental problem of communication is that of reproducing at one point either exactly or approximately a message selected at another point.

Claude Shannon, 1948

N los sistemas de telefonía móvil las señales de los usuarios se transmiten utilizando portadoras de radiofrecuencia. Debido a que el espectro electromagnético que los distintos operadores tienen a su disposición es limitado, hay que conseguir que el recurso radio se pueda utilizar con la mayor eficiencia posible. La gestión del recurso radio se efectúa mediante técnicas de acceso múltiple. Para ello, es posible compartir el recurso común (el espectro) entre varios usuarios, garantizando la calidad del servicio. Una parte integrante de las técnicas de acceso está constituida por los procedimientos de transmisión y de recepción de la señal del usuario (acceso radio). El nivel físico de la torre de protocolos OSI define las modalidades con las cuales se accede al recurso radio. Los protocolos de nivel físico más los protocolos de nivel 2 y 3 de la torre OSI constituyen la interfaz radio del sistema UMTS.

E

El proceso de definición de la interfaz radio del UMTS, se inició en el ETSI a partir de 1997 con la creación de algunos grupos de trabajo cuyo objetivo era el desarrollo de las distintas soluciones, para la interfaz radio, presentadas por las distintas compañías. En un principio, las alternativas examinadas por la ETSI, para realizar la interfaz radio del UMTS, eran cuatro: la técnica W-CDMA (Wideband-Code Division Multiple Access), la técnica TD-CDMA (Time DivisionCode Division Multiple Access), una técnica basada en la transmisión por división en el tiempo, denominada W-TDMA (Wideband-Time Division Multiple Access) semejante a la utilizada por el GSM pero que presenta una velocidad de transmisión mucho mayor, y finalmente una técnica multiportadora denominada OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access). En el verano de 1997 ya resultaba evidente que sólo las dos primeras soluciones tenían las propiedades adecuadas para el nuevo sistema que se quería realizar. En Enero de 1998, ETSI llegó a un acuerdo sobre la técnica de acceso radio a utilizar para el UMTS. La solución, identificada como UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access), se basa en las dos propuestas WCDMA y TD-CDMA. Concretamente, la decisión prevé que: 

En las bandas pareadas (con duplexing FDD) el sistema adopte la técnica W-CDMA.



En las bandas no pareadas (con duplexing TDD) el sistema adopte la técnica de acceso TD-CDMA.



La especificación del acceso radio sea la adecuada para garantizar la posibilidad de desarrollar terminales de bajo coste, garantizando al mismo tiempo terminales dual mode UMTS/GSM y FDD/TDD.



El componente FDD permita que un operador pueda proporcionar los servicios UMTS con una asignación mínima de banda igual a 2x5 MHz.

La asignación de las bandas para UMTS no establece la modalidad de duplexing (TDD o FDD) que, no obstante, depende de la solución radio escogida por el sistema. Sin embargo, queda implícito el recurso a soluciones ya adoptadas en sistemas existentes como la aproximación FDD cuando hay dos bandas separadas y simétricas para los dos enlaces (por ejemplo en el GSM) y TDD cuando hay una única porción de banda asignada al sistema (por ejemplo en el DECT). 11

12

Acceso Radio del Sistema UMTS

En el componente FDD, la transmisión entre el terminal móvil y la estación base (enlace uplink) se produce en una subbanda (generalmente la inferior) mientras que la transmisión entre la estación base y el terminal móvil (enlace downlink) se produce en la otra subbanda. Las operaciones de transmisión y recepción pueden tener lugar simultáneamente estando ambas señales separadas en frecuencia. Este tipo de transmisión está especialmente adaptado a la transmisión de servicios de tipo simétrico, en los que la velocidad de transferencia de la información del usuario en los dos enlaces es igual. En la componente TDD, se utiliza la misma subbanda para la transmisión en los enlaces uplink y downlink. En este caso, las operaciones de transmisión y de recepción están separadas en el tiempo. El instante de conmutación entre las operaciones de transmisión y recepción se puede seleccionar de forma adecuada para ofrecer servicios de tipo asimétrico, en los que la velocidad de transferencia de la información del usuario puede ser muy distinta entre ambos enlaces. Un ejemplo de este tipo de servicios es el acceso a una base de datos donde se hacen solicitudes breves y posteriormente se leen importantes cantidades de información.

3.1 La técnica de acceso W-CDMA Los sistemas radio transmiten y reciben utilizando un recurso común que es la fracción del espectro electromagnético asignada al propio sistema por los organismos reguladores. La utilización de un recurso común, por parte de varios usuarios del mismo sistema, produce en general situaciones de conflicto si dos o más usuarios transmiten sin ninguna clase de precaución en la misma frecuencia y en el mismo instante. Para resolver las posibles interferencias entre usuarios y ampliar al máximo la capacidad del sistema, es decir, el número de usuarios a los que el sistema puede atender con una calidad de servicio preestablecida, se han introducido las técnicas de acceso múltiple. Las técnicas de acceso clásicas intentan repartir, de la manera más eficiente posible, los recursos de transmisión representados por frecuencia (o banda) y el tiempo, entre los usuarios que desean acceder al servicio. Estas técnicas se denominan respectivamente FDMA (Frequency Division Multiple Access) y TDMA (Time Division Multiple Access). La técnica FDMA consiste en subdividir la banda asignada al sistema en un determinado número de partes denominadas “canales”, centradas en una frecuencia portadora. Por consiguiente, con esta técnica el recurso elemental se puede identificar con la portadora radio. A cada usuario se le asigna un canal (o portadora) para toda la duración de la conversación. Esta técnica se utiliza en los sistemas analógicos de primera generación como el TACS (Total Access Communication System) y el AMPS (Advanced Mobile Phone Service). La técnica TDMA se caracteriza por el reparto del recurso de transmisión en fracciones temporales denominadas “time slot”. Varios usuarios pueden utilizar la banda asignada a la comunicación en instantes o slots distintos. En este caso, el recurso elemental es identificado por el time slot asignado a la comunicación. En general, se adoptan técnicas mixtas TDMA-FDMA en las que la banda asignada a un operador se subdivide entre varias portadoras FDMA, y cada una de ellas es compartida por los usuarios con técnica TDMA. Por consiguiente, el recurso elemental es el conjunto time slot-portadora radio. La técnica TDMA/FDMA se utiliza en sistemas móviles digitales de segunda generación como el GSM y el PDC (Personal Digital Cellular). La técnica CDMA se diferencia de las anteriores porque permite que los usuarios transmitan en la misma frecuencia y al mismo tiempo. La separación entre los distintos usuarios se obtiene asignando a cada uno un “código” (o secuencia) distinto. Las secuencias se utilizan para codificar de manera unívoca la información de usuario a transmitir, para poderla distinguir de la de los demás usuarios. Esta operación, en lenguaje técnico, se denomina spreading. El recurso elemental es la secuencia asociada a cada señal de usuario. En este caso, también son posibles aproximaciones híbridas con las técnicas mencionadas anteriormente. El recurso elemental según las combinaciones que se hagan, se puede identificar con parejas o ternas de parámetros. La operación de spreading, prevé que a cada señal a transmitir en el canal radio vaya asociada, con una operación de multiplicación, una secuencia numérica (código) con velocidad de transmisión (chip rate) mucho mayor que la velocidad de la información a transmitir. Los bit obtenidos tras esta operación, se definen en el lenguaje técnico como chip. Las secuencias de código asignadas a los usuarios que comparten el mismo canal son distintas entre ellas y se escogen de manera que haya poca correlación entre ellas. Esto hace que en condiciones ideales, en recepción la operación dual (despreading) anule el efecto de las interferencias mutuas y permita extraer la señal deseada.

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En condiciones de propagación reales, las distorsiones y las interferencias que sufren las señales a lo largo del canal de comunicación degradan las condiciones de ortogonalidad y por ello, el número de señales que se pueden superponer en el mismo canal es limitado. Por consiguiente, el límite de la capacidad del sistema viene dado por el nivel de interferencia residual tras la operación de despreading. Por lo tanto, es fundamental reducir al mínimo el nivel de interferencia residual. Evidentemente, la banda ocupada por la señal transmitida es mayor que la que sería estrictamente necesaria para transmitir la información. La aparente pérdida de eficiencia espectral, queda en realidad compensada por la posibilidad de superponer más señales en el mismo canal radio. Cuanto mayor es la relación entre la velocidad de transmisión en el aire y la velocidad de transferencia de la información de usuario, más fuerte es la robustez frente a la interferencia y, por consiguiente, mayor el número de usuarios que pueden transmitir simultáneamente en el mismo canal. La robustez, frente a la interferencia, es tan elevada que se puede utilizar la misma frecuencia portadora en todas las celdas de una red de telefonía móvil. Una sencilla analogía, permite explicar la técnica CDMA: supongamos que estamos en una sala de conferencias en la cual tres ponentes están efectuando una presentación y que cada uno utiliza un sistema distinto, por ejemplo, el inglés, el francés y el español. En el supuesto de que haya un hipotético oyente en la sala y de que conozca únicamente la lengua española, éste conseguirá seguir, hasta cierto punto, solo la lengua española, mientras que percibirá las otras lenguas como un ruido de fondo (ver Figura 3-1). Sucede lo mismo con el sistema CDMA en el cual la secuencia de información “encriptada” con el código utilizado por el receptor se recupera, mientras que las secuencias que utilizan los demás códigos se cancelan o, en condiciones reales, se atenúan considerablemente.

Figura 3-1 Analogía utilizada para describir la técnica CDMA La Figura 3-2 expone esquemáticamente las tres técnicas de acceso en el dominio tiempo-frecuencia-potencia.

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Acceso Radio del Sistema UMTS

Figura 3-2 Técnicas de acceso en el dominio tiempo-frecuencia-potencia

3.1.1

Spreading y despreading

La técnica CDMA se caracteriza por el notable incremento de la banda de la señal transmitida respecto a la que sería estrictamente necesaria. El efecto del spreading en la banda queda ilustrado gráficamente en la Figura 3-3 en la que b(t) es la señal de información, c(t) es el código asignado al usuario y B(f) y C(f) son las densidades espectrales de potencia correspondientes.

Figura 3-3 Incremento de la banda por efecto del spreading

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Es importante señalar que para ensanchar la banda se pueden utilizar secuencias con buenas propiedades de ortogonalidad (utilizadas para distinguir las distintas señales de usuario), pero también técnicas de repetición de la información y códigos de corrección de error. Cuantitativamente, el incremento total de banda es igual al Processing Gain (PG) definido como la relación entre la banda de la señal transmitida (fc) y la banda de la señal de información (fb). Como en general fc es mucho mayor que fb, el incremento de la banda puede variar desde algunas unidades hasta cientos de veces. Se define además el Spreading Factor, como el número de chips con el cual se representa cada bit a la entrada del bloque que efectúa la operación de spreading. En el sistema UMTS, éste coincide con la longitud de la secuencia utilizada para distinguir señales de usuario distintas. Es importante señalar la diferencia entre processing gain y spreading factor. El primero incluye todo el procesado que está presente entre la fuente de información y la antena transmisora y que contribuye a ensanchar la banda. Por ejemplo, los códigos de corrección de errores están incluidos en el processing gain. En cambio, el segundo comprende sólo la operación de spreading (es decir, la multiplicación de la señal por una secuencia utilizada para distinguir al usuario). El processing gain está relacionado con la capacidad de la técnica CDMA de reducir la interferencia (interference rejection), mientras que el spreading factor está relacionado con el número de secuencias disponibles y por consiguiente, regula el número de usuarios que pueden ser atendidos. En la recepción, para recuperar la señal de información útil, se multiplica la señal recibida por el mismo código c(t) asignado al usuario (operación de despreading). Mediante un filtro paso bajo se selecciona el componente útil de la señal. Por consiguiente, para poder efectuar la operación de despreading el código debe ser conocido por el receptor: por ejemplo, se le puede notificar al terminal móvil por medio de la señalización en fase de negociación de la conexión. Además, es necesario que el código c(t) aplicado en recepción esté sincronizado con el utilizado en transmisión. Supongamos ahora que a la señal transmitida se le ha superpuesto una señal interferente de banda estrecha. La operación de despreading permite eliminar el código y recuperar la información. Sin embargo, al mismo tiempo, la interferencia, se ve multiplicada por una secuencia de elevada tasa binaria con el consiguiente ensanchamiento de la banda y reducción de la densidad espectral de potencia. Por medio de un filtro (con banda fb) se recupera la señal útil y además, se reduce la potencia de la señal de interferencia en una cantidad igual al processing gain. Este concepto queda ilustrado gráficamente en la Figura 3-4. El ejemplo que se acaba de exponer sigue siendo válido incluso en el caso de interferencia de banda ancha. Por ejemplo, se puede suponer que el problema sea la señal de un segundo usuario a quien le ha sido asignado un código c’(t) distinto de c(t). Efectuando la operación de despreading la interferencia permanece ensanchada ya que el producto c’(t)·c(t) aún es una secuencia con banda fc ensanchada. En este caso, la operación de filtrado también elimina el componente de señal de interferencia (interferente) que queda fuera de la banda útil.

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Acceso Radio del Sistema UMTS

Figura 3-4 Reducción de las interferencias en la técnica CDMA

3.1.1.1

Asignación de las secuencias de spreading

Para transmitir señales con tasa binaria variable, es preciso utilizar secuencias de spreading de longitud variable (en efecto, la velocidad de transmisión en el aire es constante e igual a 3,84 Mchip/s). El campo de variación de la longitud de las secuencias es distinto para las modalidades FDD y TDD. En el caso FDD, la longitud puede variar entre un mínimo de 4 y un máximo de 512; mientras que en caso TDD, la longitud varía entre 1 y 16. Para reducir el nivel de interferencia entre varios usuarios, debe asociarse a cada señal transmitida una secuencia ortogonal a las otras ya asignadas (es decir, con correlación cruzada igual a cero). Esto se puede obtener adoptando una asignación de las secuencias basada en una estructura de árbol, en la que las secuencias situadas en las ramas son generadas por una raíz común (Figura 3-5). Las secuencias de igual longitud y aquellas de distinta longitud pero generadas de distintas raíces del árbol son ortogonales entre sí. Como el número de las secuencias de que se dispone limita el número de señales transmitidas simultáneamente, es preciso garantizar que la gestión de las secuencias se efectúa cuidadosamente. En general, es preciso revisar con cierta frecuencia la asignación de las secuencias a las distintas señales para optimizar la utilización de los recursos, y por tanto, su capacidad.

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Figura 3-5 Árbol de secuencias de spreading

3.1.2

La capacidad de los sistemas

Recordamos que la técnica CDMA en la que las diferentes señales se caracterizan por códigos distintos, teóricamente hace que la interferencia de las distintas señales se anule totalmente. En realidad, no obstante, las condiciones de propagación reducen las propiedades de ortogonalidad de las secuencias utilizadas. Por consiguiente, el número de conversaciones se ve limitado por la interferencia mutua. Contrariamente a los sistemas de primera y segunda generación, no existe una limitación preestablecida de los recursos (número de portadoras o número de time slots): cada vez que se acepta una nueva llamada la calidad de todos los usuarios presentes en el sistema sufre una ligera degradación. Se pueden aceptar nuevas llamadas hasta que el nivel de interferencia sea tal que ya no garantice el nivel de calidad deseado. Nada impide que en caso de emergencia se puedan aceptar durante un tiempo limitado un número de llamadas superior al establecido por puros criterios de calidad. Por todos estos motivos, se dice que los sistemas CDMA se caracterizan por tener una degradación de la calidad gradual (soft degradation). La limitación de capacidad debida a la interferencia también puede explicarse recurriendo a la analogía de la Figura 3-1. Aunque las distintas personas hablen entre ellas a un nivel normal, el ruido de fondo es tal que dificulta la comprensión de las palabras, si el número de conversaciones aumenta demasiado. Volvamos a considerar el ejemplo de la Figura 3-1. Todas las parejas que están hablando entre ellas en distintos idiomas (códigos) consiguen continuar la conversación si todas hablan a un nivel normal. Para entenderse mejor, una pareja podría decidir empezar a gritar. Sin embargo, de esta manera el ruido sería tan elevado que impediría que todos los demás pudieran conversar. De ahí que el uso de una potencia exagerada respecto a lo necesario tenga el efecto práctico de anular la capacidad de la celda. Un ejemplo práctico de este fenómeno es el del caso en el que se pone un móvil muy cerca de la estación base. Si no se toman medidas y el móvil transmite a su potencia máxima (“grita”), todas las señales de los demás usuarios que llegan atenuadas debido a una distancia mayor, no pueden ser recibidas correctamente. En la literatura especializada se denomina a este problema con el término near-far. En general, es fundamental que en enlace uplink todas las señales relacionadas con un mismo servicio lleguen a la estación de radio base con igual nivel de potencia. Este resultado puede obtenerse por medio de un mecanismo conocido como control de potencia que tiene por objeto regular el nivel de transmisión de las diferentes señales. Tomando como ejemplo la pareja que grita, mencionada anteriormente, se puede deducir que el efecto principal de un control de potencia poco cuidadoso produce una considerable reducción de capacidad. El control de potencia es importante tanto en uplink como en downlink. Seguramente, es más crítico en uplink, 17

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en el que muchos usuarios transmiten simultáneamente hacia una única estación base. En este caso la interferencia debida a los usuarios de una misma celda depende de la distancia de los mismos con respecto a la estación base. En cambio, en downlink el control de potencia es menos crítico ya que hay un único transmisor (la estación base) que engloba las distintas señales de los usuarios y las transmite simultáneamente hacia los terminales móviles. En este caso, un terminal móvil recibirá siempre las distintas contribuciones (la útil y las dirigidas hacia los demás móviles) con un nivel de potencia teóricamente igual. Por consiguiente, la interferencia debida a usuarios de una misma celda no depende de la distancia a la estación base. A partir de todas estas consideraciones, queda claro que la valoración de un sistema CDMA debe basarse en una valoración precisa del nivel de interferencia del sistema. La relación señal/interferencia (C/I) del servicio cuya capacidad se desea valorar es un parámetro de fundamental importancia. 3.1.2.1

La capacidad del enlace uplink

Consideramos el caso de una celda perfectamente aislada con control de potencia (todas las señales se reciben con la misma potencia). Siendo N el número de usuarios y C el valor de potencia útil de la comunicación de referencia, los usuarios restantes (N-1) contribuirán con un valor de interferencia igual a C(N-1). Por consiguiente, la relación C/I es:

𝐶 𝐶 1 = = 𝐼 𝐶 ∙ (𝑁 − 1) 𝑁 − 1

(3–1)

Para poder garantizar la calidad de servicio deseada es preciso garantizar una determinada relación señal/ruido. En general, se recurre a la relación Eb/Io, definida como relación entre la energía del bit de información y la densidad espectral de interferencia (en la hipótesis de que el ruido térmico sea despreciable). Esto se puede escribir como sigue:

𝐸𝑏 𝐶 ⁄𝑅 𝑊 𝐶 𝑊 1 = = = 𝐼𝑜 𝐼 ⁄𝑊 𝑅 𝐼 𝑅 𝑁−1

(3–2)

Donde W es la velocidad de transmisión en el aire de la señal y R la tasa binaria de la fuente de información. Recordamos que la relación W/R es el processing gain. El número de usuarios N al que la celda puede atender

𝑁≅

𝑊 1 𝑅 𝐸𝑏 𝐼𝑜

(3–3)

Tal y como se puede observar son dos los factores que determinan el número de usuarios: el processing gain y la relación Eb/Io. Concretamente, toda técnica que permita disminuir la relación Eb/Io, conlleva automáticamente una ganancia en términos de capacidad. Teniendo en cuenta que el proceso de spreading consiste en una multiplicación entre la señal binaria de información y la señal asociada al código de spreading, durante las pausas de transmisión, la potencia radiada es teóricamente nula. Por consiguiente, siendo d la fracción de tiempo durante la cual está activo un transmisor en media, el valor de capacidad se ve incrementado por un factor 1/d. En el caso de la voz, un valor típico es d=0,38. Además, si en vez de una antena omnidireccional se piensa utilizar una antena directiva, la interferencia recibida por un sector será igual a 1/GS (GS= número de sectores o ganancia de sectorización). Se

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19

define emplazamiento como el conjunto de varias celdas ubicadas en el mismo lugar geográfico cada una de las cuales utiliza una antena sectorial. La capacidad de un lugar dividido en GS sectores es:

𝑁≅

𝑊 1 1 𝐺 𝑅 𝐸𝑏 ⁄𝐼𝑜 𝑑 𝑠

(3–4)

Se considera ahora el caso de una cobertura multicelular en la que los usuarios están distribuidos de manera uniforme y todos requieren el mismo servicio. El efecto de interferencia de las celdas externas se tiene en cuenta aumentando el valor de interferencia en un factor (normalmente indicado con f o i) definido como la relación entre la interferencia recibida de las otras celdas y la producida dentro de la celda a la cual está conectado el móvil. La capacidad, por consiguiente, se ve reducida en un factor (que también se conoce como un factor de reúso de frecuencias del sistema CDMA) igual a (1+f).

𝑁≅

𝑊 1 1 1 𝐺𝑠 𝑅 𝐸𝑏 ⁄𝐼𝑜 𝑑 1 + 𝑓

(3–5)

En esta expresión el elemento más crítico es precisamente el factor f que no es fácil de determinar. En un entorno macro-celular son valores típicos: 0,5 – 0,6. Sin embargo, varían con el entorno en el cual se opera. La expresión obtenida puede generalizarse al caso en que haya usuarios con diversos tipos de servicio. Cabe indicar que en cada caso, la fórmula proporcionada es aproximada y se basa en valores medios. Una valoración más precisa debe basarse en un análisis estadístico que tenga en cuenta todos los componentes aleatorios significativos presentes en el sistema. En general, para obtener indicaciones precisas es necesario recurrir a técnicas de simulación. 3.1.2.2

La capacidad del enlace downlink

La capacidad del downlink, aunque también se puede estimar con un cálculo de relación C/I, no se puede traducir fácilmente en fórmulas aproximadas. Los siguientes puntos sintetizan los conceptos básicos relativos al downlink: 

Transmisión de una fuente hacia muchos receptores; la interferencia es recibida por pocas fuentes concentradas y de mayor intensidad (las estaciones base) en lugar de por un número elevado de móviles repartidos por un área extensa.



Las propiedades de las secuencias de spreading reducen mucho (teóricamente deberían eliminarla) la interferencia generada dentro de la celda.

El cálculo de la capacidad se reduce pues, a la valoración de la relación señal/interferencia para un usuario genérico y a la verificación que la estación base servidora tiene suficiente potencia.

3.2 Arquitectura UTRAN UMTS presenta una arquitectura en la cual se describen tres elementos principalmente, el UE o equipo de usuario, UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) y la red central (Core Network). UTRAN permite a los equipos de usuario acceder al núcleo de red de UMTS. En UTRAN, el acceso al núcleo de red de UMTS se realiza vía radio, a través de una serie de elementos de red interconectados entre sí y con el núcleo de red mediante interfaces de transporte terrestres. La interfaz Uu se encuentra entre el UE y la red UTRAN, y entre la red UTRAN y la red central o Core Network se encuentra la interfaz lu. La interfaz entre el UE y la red UTRAN es la tecnología WCDMA, es decir, la conexión entre el equipo de usuario y la red de acceso de radio para UMTS es mediante la tecnología WCDMA. 19

20

Acceso Radio del Sistema UMTS

La red UTRAN consiste de varios elementos, entre los que se encuentran los RNC (Radio Network Controller) que se encargan de controlar la red de acceso radio y los Nodo B, que corresponden a las estaciones base donde se sitúan las antenas y elementos de transmisión radio. Ambos elementos juntos forman el RNS (Radio Network Subsystem). Las interfaces internas de UTRAN incluyen la interfaz lub la cual se encuentra entre el Nodo B y el RNC y la interfaz lur que conecta a los RNC entre sí.

Figura 3-6 Arquitectura UTRAN

Equipo de usuario (UE): El equipo de usuario o UE, también llamado móvil, es el equipo que el usuario trae consigo para lograr la comunicación con una estación base en el momento que lo desee, y en el lugar donde exista cobertura. Éste puede variar en su tamaño y forma, sin embargo debe estar preparado para soportar el estándar y los protocolos para los que fue diseñado. Interfaz Uu: La interfaz Uu se encuentra entre el equipo de usuario y la red UTRAN. RNC (Radio Network Controller): El RNC controla a uno o varios Nodos B. El RNC se conecta con el MSC mediante la interfaz luCS o con un SGSN mediante la interfaz luPs. La interfaz entre dos RNC’s es la interfaz lur. Si comparamos al RNC con la red de GSM, éste es comparable con el BSC (Base Station Controller). Algunas de las funciones ejecutadas por RNC son: 

Manejar los recursos de transporte de la interfaz lu.



Manejo de la información del sistema y de la sincronización de la información del sistema.



Manejo de tráfico en los canales comunes.



Combinación en la Macro diversidad y división de las tramas de datos transferidas sobre muchos Nodos B.



Asignación de códigos de canalización en el enlace de bajada.



Control de admisión.

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS 

21

Manejo del tráfico en los canales compartidos.

Nodo B: El Nodo B crea, mantiene y envía un enlace de radio en cooperación con el terminal. Es decir, es el componente responsable de la transmisión y recepción radio entre el terminal móvil y una o más celdas UMTS. Algunas de las funciones ejecutadas por Nodo B son: 

Transmisión de los mensajes de información del sistema de acuerdo con el sincronismo determinado por el RNC.



Reportar las mediciones de la interferencia en el enlace de subida y la información de la potencia en el enlace de bajada.



Combinación para la Macro diversidad y división de las tramas de datos internas al Nodo B.

Interfaz lu: Esta interfaz conecta a la red central con la red de acceso de radio de UMTS. Es la interfaz central y la más importante para el concepto de 3GPP. La interfaz lu puede tener dos diferentes instancias físicas para conectar a dos diferentes elementos de la red central, todo dependiendo si se trata de una red basada en conmutación de circuitos o basada en conmutación de paquetes. En el primer caso, es la interfaz lu-CS la que sirve de enlace entre UTRAN y el MSC, y es la interfaz lu-PS la encargada de conectar a la red de acceso de radio con el SGSN de la red central.

Red Central (Core Network): La red central se forma por varios elementos, los dos de mayor interés son el MSC, pieza central en una red basada en conmutación de circuitos y el SGSN, pieza central en una red basada en conmutación de paquetes. MSC (Mobile Switching Center): Como ya se mencionó, el MSC es la pieza central de una red basada en la conmutación de circuitos. El mismo MSC es usado tanto por el sistema GSM como por UMTS, es decir, la BSS (Base Station Subsystem) de GSM y el RNS de UTRAN se pueden conectar con el mismo MSC. Esto es posible ya que uno de los objetivos del 3GPP fue conectar a la red UTRAN con la red central de GSM/GPRS. El MSC tiene diferentes interfaces para conectarse con la red PSTN, con el SGSN y con otros MSC’s.

SGSN (Serving GPRS Support Node): El SGSN es la pieza central en una red basada en la conmutación de paquetes. El SGSN se conecta con UTRAN mediante la interfaz lu-PS y con el GSM-BSS mediante la interfaz Gb.

21

4 RECURSOS EN EL INTERFAZ RADIO

E

n el capítulo 2 se ha dado una visión general del sistema WCDMA, y se han empezado a intuir algunos de los parámetros que pueden determinar la capacidad de una red UMTS en el interfaz radio, como pueden ser la potencia o los códigos de spreading. En este capítulo intentaremos profundizar en cada uno de los recursos que hay que tener en consideración a la hora de analizar y gestionar la capacidad de una red en funcionamiento. El dimensionamiento de una red radio WCDMA es el proceso mediante el cual se estiman el número de elementos de red necesarios y las posibles configuraciones de los mismos, basándose en los requerimientos de cobertura, capacidad y calidad de servicio. En este caso nos centraremos en la capacidad, aunque tiene un claro compromiso con la cobertura y la calidad. Hoy en día, cada vez son más los recursos requeridos para soportar el incremento de tráfico en una red de telecomunicaciones. Estos recursos incluyen los recursos de procesado de la señalización, recursos de transmisión y los recursos en el interfaz aire. Recursos insuficientes en la red afectarán a la experiencia de usuario, bien por su imposibilidad de acceso a la red o bien por transmisiones a velocidades inferiores a las esperadas. Por tanto, la monitorización en tiempo real, la detección de cuellos de botella y la apropiada expansión de la red son críticas para conseguir una buena experiencia de usuario en una red móvil de telecomunicaciones. Pues bien. ¿Cuáles son esos recursos que hay que monitorizar? Veamos en la siguiente figura de forma genérica los recursos a nivel UTRAN, es decir, en la RNC, el Nodo B, y la celda.

Figura 4-1 Recursos de la RNC, Nodo B y Celda Los recursos monitorizados en la RNC son los siguientes: 

Unidad de procesado de la señalización (SDU). La unidad de procesado de la señalización procesa los servicios UMTS en el plano de control. Los recursos de la SDU son los que más probablemente llegan a ser insuficientes en una RNC 23

24

Recursos en el Interfaz Radio 

Unidad principal de procesado (MPU). La MPU gestiona el plano de control, el plano de usuario y los recursos de transmisión.



Unidad de procesado de datos (DPU). Procesa los datos del plano de usuario. El rápido crecimiento de los servicios móviles de banda ancha requieren de una experiencia de usuario mejor y tasas de throughput mayores en cualquier momento y en cualquier lugar. Los recursos de la DPU pueden llegar a ser un cuello de botella en la RNC y no cumplir con los requisitos de servicio.



Interfaces de la RNC. Las tarjetas interfaz de la RNC proporcionan recursos y puertos de transmisión, mensajes de procesado de transporte de la red, e intercambio de datos internos y datos externos. La sobrecarga de recursos en las tarjetas interfaz incrementan el ratio de pérdida de paquetes, interrumpe las comunicaciones, y afecta a la experiencia de usuario.

Los recursos monitorizados en el nodo B son los siguientes: 

Channel Element. Los Channel elements (CE) son los recursos de procesado en banda base. Normalmente los CEs son los más probables en congestionar en una red. En las primeras fases de despliegue de una red los operadores sólo adquieren una pequeña cantidad de CEs, lo cual reduce sus inversiones iniciales.



CNBAP. La carga CNBAP, protocolo de señalización responsable del control de los Nodos B por la RNC, se usa para evaluar la capacidad de procesado del nodo B. La sobrecarga CNBAP disminuye la capacidad de procesado del sistema, lo cual afecta a los KPIs relativos al NodoB, sus indicadores clave de desempeño.



Recursos del interfaz Iub. El interfaz Iub es un interfaz entre el NodoB y la RNC, el cual usa ATM o transmisión IP dependiendo del medio de transmisión. Un ancho de banda insuficiente en el interfaz Iub provoca fallos de admisión, deterioro de los KPIs de transmisión (tales como retraso y pérdida de paquetes) y un empeoramiento de la calidad de servicio UMTS (QoS).

Los recursos monitorizados en las celdas son los siguientes: 

Potencia total recibida de banda ancha (RTWP). RTWP incluye el ruido recibido, la interferencia radio externa y la potencia en el uplink. RTWP se usa para monitorizar la carga en el uplink.



La potencia de portadora transmitida (TCP). La TCP hace referencia a la potencia total de portadora transmitida por una celda. Se usa para monitorizar la carga en downlink. El valor TCP está limitado por la máxima potencia de transmisión del amplificador de potencia en un NodoB y la máxima potencia de transmisión configurada en una celda.



Códigos OVSF (Orthogonal variable spreading factor). Hace referencia a los recursos de spreading en el downlink. La insuficiencia de recursos OVSF afecta al acceso de los usuarios a la red.



Canal de Paging (PCH). El uso de PCH viene determinado por la planificación de las áreas de localización y las áreas de enrutado o encaminamiento (location areas y routing areas). La sobrecarga PCH reduce el éxito de paging.



Random Access channel y Forward Access channel (RACH y FACH). Estos canales transportan señalización y algunos datos del plano de usuario. Su sobrecarga reduce el éxito de acceso y afecta a la experiencia de usuario.

En términos generales, cuando el uso de un recurso excede un umbral máximo definido, habrá que verificar si otros recursos también exceden sus umbrales máximos. 

Si es que sí, la celda o el NodoB está sobrecargado y es necesaria una ampliación de capacidad.



Si es que no, la celda o el nodo no estarán necesariamente sobrecargados y la ampliación de capacidad no será obligatoria. El problema podría solucionarse haciendo otros ajustes u optimizaciones.

Por ejemplo, cuando el uso de CEs supera el 70% pero el uso de otros recursos como RTWP, TCP y OVSF están dentro de los rangos permitidos, los CEs son considerados insuficientes, pero la celda no está sobrecargada. Para solucionar el problema, se puede incrementar las licencias de CEs o las tarjetas de procesado de banda base, en vez de aumentar la capacidad del NodoB.

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

25

En las siguientes secciones entraremos a analizar en más detalle los recursos del NodoB y de la celda, que son los que nos ocupan en este proyecto, centrándonos sobre todo en los CEs y la potencia de transmisión, que son los recursos más críticos en una operación normal de red. Se hará teniendo en cuenta que los equipos desplegados en la red son los de la serie 3900 de Huawei.

4.1 Recursos de banda base Los Channel Elements (CEs) son los recursos de banda base proporcionados por los Nodos B y miden la capacidad de banda base de los Nodos B. Cuanto más CEs soporte un Nodo B mayor será la capacidad de procesado de servicios del Nodo B. Si los CEs disponibles son insuficientes, el Nodo B rechazará una nueva petición de llamada. Además los CEs se estructuran dentro del nodo en los llamados grupos de recursos (resource groups) que veremos más adelante. Un channel element es una unidad usada para indicar la capacidad banda base y los recursos ocupados por el procesado del servicio. Los CEs pueden clasificarse en UL CEs (Uplink CEs) y DL CEs (Downlink CEs): 

UL CE: Un UL CE hace referencia a los recursos banda base usados por un servicio de voz de 12.2 kbit/s (SF=64) más 3.4 kbit/s de señalización.



DL CE: Un DL CE hace referencia a los recursos banda base usados por un servicio de voz de 12.2 kbit/s (SF=128) más 3.4 kbit/s de señalización.

En los equipo Huawei los recursos banda base residen en la BBU3900, y concretamente en las tarjetas WBBP. La BBU3900 es la unidad banda base de la serie 3900 de estaciones base de Huawei. Esta unidad proporciona las siguientes funciones: 

Transmite las señales entre las estaciones base y la controladora de estaciones base.



Proporciona el reloj del sistema.



Gestiona toda la estación base en términos de O&M (Operación y Mantenimiento) y procesado de la señalización.



Proporciona un canal O&M que se conecta al LMT o M2000 (sistemas de supervisión de red de Huawei).

La WBBP es la unidad de procesado de banda base de la BBU3900. Esta unidad proporciona las siguientes funciones: 

La tarjeta WBBPb proporciona tres puertos CPRI para comunicación con los módulos RF.



La tarjeta WBBPd proporciona seis puertos CPRI para comunicación con los módulos RF.



La tarjeta WBBPf proporciona seis puertos CPRI para comunicación con los módulos RF.



Procesa las señales banda base uplink y downlink.

La tarjeta WBBP puede simultáneamente procesar las señales banda base UL/DL y las señales CPRI. El estándar CPRI define la interfaz entre la BBU y los módulos RF. El procesado de la señal banda base UL implica la demodulación, el control de acceso aleatorio y la decodificación. El procesado de la señal banda base DL implica la codificación, el ensanchamiento de frecuencia y la modulación. Una tarjeta WBBP puede planificar servicios HSDPA y HSUPA mientras procesa servicios CS y PS. La siguiente figura muestra la estructura de la unidad de banda base de un Nodo B.

25

26

Recursos en el Interfaz Radio

Figura 4-2 Estructura de la unidad banda base del Nodo B Huawei mide la capacidad de procesado HSDPA mediante el HSDPA code word, no por los CEs. Un HSDPA code Word es igual a los recursos DL banda base que se necesitan para procesar un HS-PDSCH (SF = 16). Un máximo de 15 code words pueden ser usados en una celda.

4.1.1

Procedimientos de asignación de los recursos banda base

Los grupos de recursos banda base en los Nodos B de la serie 3900 pueden ser clasificados en grupos de recursos UL y grupos de recursos DL. Los procedimientos de asignación son los siguientes: 

Un UE puede ocupar recursos banda base UL en cualquier tarjeta WBBP dentro de un grupo de recursos UL y los recursos de un grupo de recursos UL pueden ser compartidos entre todas las tarjetas WBBP del grupo.



Una celda puede ocupar recursos banda base DL en cualquier tarjeta WBBP en un grupo de recursos DL, y todos los UEs de una misma celda pueden ocupar recursos en la misma tarjeta WBBP. Los recursos en un grupo de recursos DL pueden ser compartidos dentro de una tarjeta WBBP. En RAN13.0 y anteriores, el grupo de recursos DL permite compartición de recursos sólo dentro de una tarjeta. En RAN14.0, un grupo de recursos DL puede condicionalmente permitir compartir CEs entre tarjetas del grupo. La terminología RAN hace referencia a la versión de software de los equipos Huawei.

4.1.1.1

Grupo de recurso UL

El grupo de recurso UL es un fondo común de canales UL que soporta compartición de carga. En RAN12.0 una BBU soporta un máximo de 4 grupos de recurso UL. En RAN13.0 una BBU soporta un máximo de 6 grupos de recurso. En RAN14.0 una BBU soporta un máximo de 8 grupos de recurso UL y dos BBU interconectadas soportan un máximo de 12 grupos de recurso UL. Un grupo de recurso UL puede tener múltiples tarjetas. Los UEs pueden ocupar los recursos en cualquier tarjeta del grupo de recurso UL. 

Una WBBPb o WBBPd puede pertenecer sólo a un grupo de recurso UL



Hay cuatro tipos de WBBPf: WBBPf1, WBBPf2, WBBPf3 y WBBPf4. La WBBPf1 y la WBBPf2 pueden pertenecer sólo a un grupo de recurso UL. La WBBPf3 y la WBBPf4 tienen dos unidades de procesado uplink, y cada unidad de procesado uplink puede pertenecer a un grupo de recurso UL.

Un grupo de recurso UL puede dar servicio a un máximo de seis celdas 1T2R (1 transmisión y 2 recepciones) o tres celdas 1T4R. Esta termilología se usa para indicar el número de antenas transmisoras y receptoras en los sistemas MIMO (Multiple Input Multiple Output), para conseguir diversidad. Si el número de celdas en UTRAN supera el máximo, los recursos UL deben ser divididos en varios grupos. Los recursos CE pueden ser

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

27

compartidos dentro de un grupo de recurso UL. Se recomienda que las celdas intra-frecuencia estén configuradas en el mismo grupo de recurso UL. Esto se debe a que el softer handover sólo se puede llevar a cabo entre celdas que estén en el mismo grupo de recurso UL. En versiones anteriores a RAN14.0, los hard handovers son sólo soportados entre grupos de recurso UL. En RAN 14.0 y versiones posteriores, los soft handovers también son soportados entre grupos de recurso UL, sin embargo, el consumo de CEs se duplica y el ancho de banda en el interfaz Iub se incrementa en 1.7 veces. La siguiente figura muestra los procedimientos de asignación de recursos de un grupo de recurso UL.

Figura 4-3 Procedimientos de asignación de recursos de un grupo de recurso UL Si tenemos un NodoB con seis celdas, por ejemplo en una configuración 3x2 o 2+2+2, es decir, tres sectores y cada uno de ellos con dos portadoras, y tenemos dos tarjetas WBBP, podríamos tener configuradas ambas tarjetas en el mismo grupo de recurso UL. Pero si el NodoB es ampliado y pasamos a una configuración 3x4 o 4+4+4 será necesario reconfigurar los grupos de recurso UL ya que de lo contrario tendríamos más de seis celdas en el mismo grupo. Veamos algunos escenarios posibles: Escenario1: La capacidad de las tarjetas WBBP es suficiente. Se recomienda que las dos tarjetas WBBP se dividan en dos grupos. De esta forma, el NodoB puede soportar 12 celdas, como se muestra en la siguiente figura.

27

28

Recursos en el Interfaz Radio

Figura 4-4 Grupos de recurso en diferentes configuraciones (Escenario 1) Escenario 2: La capacidad de las tarjetas WBBP es insuficiente y es necesario añadir más CEs. Se recomienda añadir una tarjeta WBBPf4 para soportar un grupo de recurso UL, como se muestra en la siguiente figura.

Figura 4-5 Grupos de recurso en diferentes configuraciones (Escenario 2) Escenario 3: La tarjeta WBBPf4 se divide lógicamente en dos grupos de recurso para soportar 12 celdas, como se muestra en la siguiente figura.

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

29

Figura 4-6 Grupos de recurso en diferentes configuraciones (Escenario 3)

4.1.1.2

Grupo de recurso DL

En RAN12.0 una BBU soporta un máximo de 4 grupos de recurso DL, en RAN13.0 una BBU soporta un máximo de 6 grupos de recurso DL, y en RAN14.0 una BBU soporta un máximo de 6 grupos de recurso DL. Dos BBUs interconectadas soportan un máximo de 11 grupos de recurso DL. En RAN13.0 y anteriores versiones, el grupo de recurso DL soporta compartición de recursos sólo dentro de una tarjeta. Aunque dos tarjetas estén formando un grupo de recurso DL, los recursos CE son sólo compartidos a nivel de tarjeta en lugar de a nivel de las celdas de todas las tarjetas configuradas en el grupo. Se recomienda que las celdas de todas las tarjetas se configuren en un grupo de recurso. De esta forma los recursos DL de celda pueden ser gestionados por el mecanismo de gestión interno al sistema. En RAN12.0 y anteriores versiones, el softer handover no es soportado entre grupos de recurso DL. En RAN13.0 y posteriores versiones, sí se soportan softer handovers entre grupos de recurso DL. En RAN14.0, los grupos de recurso DL soportan compartición de CEs entre tarjetas del grupo, lo que mejora la capacidad de compartición DL. Sin embargo, el máximo número de CEs que pueden ser compartidos por cada tarjeta está limitado por las capacidades hardware de la tarjeta. Si los servicios son establecidos en una WBBPb o una WBBPd, el máximo número de CEs compartidos es 384. Si los servicios son establecidos en una WBBPf1, WBBPf2 o WBBPf3 el número máximo es 512. Y si los servicios son establecidos en una WBBPf4 el número máximo es 768. En cualquier caso, el máximo número de CEs que pueden ser compartidos en un grupo de recurso DL no puede superar la suma del número de CEs de cada tarjeta del grupo. La WBBPa no soporta compartición de CEs con otras tarjetas. La siguiente figura utiliza como ejemplo un grupo DL con una tarjeta WBBPb3 y una tarjeta WBBPb4. Si las celdas F1 se configuran en la tarjeta WBBPb3 y las celdas F2 se configuran en la tarjeta WBBPb4, las celdas F1 y F2 pueden compartir un máximo de 384 CEs de forma independiente. Sin embargo, el número de CEs compartidos por todas las celdas F1+F2 no puede superar el número total de CEs compartidos por las dos tarjetas, es decir, las celdas F1+F2 pueden compartir un máximo de 640 CEs.

29

30

Recursos en el Interfaz Radio One DL resource group

F1

WBBPb3 256 CEs

F2

WBBPb4 384 CEs

F1 cells can share a maximum of 384 CEs. F2 cells can share a maximum of 384 CEs. F1+F2 cells can share a maximum of 640 (256+384) CEs.

Figura 4-7 Ejemplo de compartición de recursos CE DL En los escenarios normales, una WBBPb o WBBPd es configurada con tres celdas y comparte un máximo de 384 CEs DL. Cada celda usa un máximo de 128 CEs. Los recursos de banda base son asignados a los módulos DL en base al nivel de celda como muestra la siguiente figura.

Figura 4-8 Procedimientos de asignación de recursos de un grupo de recurso DL

4.1.2 4.1.2.1

Especificaciones de producto Capacidad de la BBU

En RAN13.0 y anteriores versiones, una BBU soporta un máximo de veinticuatro celdas 2Rx o doce celdas 4Rx. En RAN14.0 se añaden la UMPTa1, WBBPf y la UTRPc. Una BBU soporta un máximo de veinticuatro celdas 2Rx y un máximo de veinticuatro celdas 4Rx. En RAN14.0, dos BBUs pueden ser interconectadas. Un máximo de 11 tarjetas banda base pueden ser soportadas debido a que hay que configurar una UCIU la cual ocupa un slot de banda base. La tarjeta UCIU

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

31

permite la interconexión de dos BBUs. En el escenario de interconexión de BBUs, un máximo de cuarenta y ocho celdas 2Rx son soportadas, y un máximo de treinta y seis celdas 4Rx. En RAN14.0, una BBU soporta un máximo de veinticuatro celdas 1Tx o dieciocho celdas 2Tx MIMO. Dos BBUs interconectadas soportan un máximo de cuarenta y ocho celdas 1Tx o treinta y seis celdas 2Tx MIMO.

4.1.2.2

Capacidad de la tarjeta WBBP

Basándose en su capacidad de procesado, las tarjetas WBBP se clasifican en once modelos: WBBPb1, WBBPb2, WBBPb3, WBBPb4, WBBPd1, WBBPd2, WBBPd3, WBBPf1, WBBPf2, WBBPf3 y WBBPf4. En la siguiente tabla podemos ver las especificaciones de cada tarjeta WBBP. Tabla 4-1 Especificaciones de las tarjetas WBBP Board Type

Introduced In

Number of Cells

UL R99 CEs + HSUPA Ces

DL R99 CEs

HSDPA Capacity

WBBPb1

RAN10.0

3

64 CEs

64 CEs

45 HS-PDSCH code words

WBBPb2

RAN10.0

3

128 CEs

128 CEs

45 HS-PDSCH code words

WBBPb3

RAN10.0

6

256 CEs

256 CEs

90 HS-PDSCH code words

WBBPb4

RAN10.0

6

384 CEs

384 CEs

90 HS-PDSCH code words

WBBPd1

RAN12.0

6

192 CEs

192 CEs

90 HS-PDSCH code words

WBBPd2

RAN12.0

6

384 CEs

384 CEs

90 HS-PDSCH code words

WBBPd3

RAN12.0

6

256 CEs

256 CEs

90 HS-PDSCH code words

WBBPf1

RAN14.0

6

192 CEs

256 CEs

90 HS-PDSCH codes

WBBPf2

RAN14.0

6

256 CEs

384 CEs

90 HS-PDSCH codes

WBBPf3

RAN14.0

6

384 CEs

512 CEs

90 HS-PDSCH codes

WBBPf4

RAN14.0

6

512 CEs

768 CEs

90 HS-PDSCH codes



La WBBPf4 puede soportar dos grupos de recurso UL y cada grupo de recurso UL puede soportar un máximo de 6 celdas.



Los CEs consumidos durante el softer handover no están incluidos en las especificaciones, debido a que el 20% de los recursos CE de las tarjetas WBBP son reservados para softer handovers.



Los soft handovers consumen CEs extra. Por tanto, hay que considerar el consumo de los soft handovers basado en la proporción de soft handovers durante la planificación de red. 31

32

Recursos en el Interfaz Radio 

4.1.2.3

La WBBPb, WBBPd, WBBPf1, WBBPf2 y WBBPf3 soportan tres celdas MIMO, y la tarjeta WBBPf4 soporta seis celdas MIMO.

Número de usuarios HSUPA y HSDPA soportados por una tarjeta WBBP

En la siguiente tabla podemos ver el número de usuarios HSUPA y HSDPA que soporta una tarjeta WBBP. Tabla 4-2 Número de usuarios HSUPA y HSDPA soportados por una WBBP Board Type

Number of HSDPA Users

Number of HSUPA Users (10 ms TTI, SRB over HSUPA)

Number of HSUPA Users (2 ms TTI, SRB over HSUPA)

WBBPb1

64

64

16 (RAN12.0)

WBBPb2

96

72 (RAN11.0)

32 (RAN12.0)

128 (RAN12.0)

96 (RAN12.0)

WBBPb3

144

72 (RAN11.0) 96 (RAN12.0)

64 (RAN12.0)

WBBPb4

144

72 (RAN11.0) 96 (RAN12.0)

80 (RAN12.0)

WBBPd1

128

96

48 (RAN12.0)

WBBPd2

144

96

80 (RAN12.0)

WBBPd3

144

96

64 (RAN12.0)

Los usuarios HSUPA en celdas servidas por la misma tarjeta pueden compartir los recursos de la tarjeta. Sin embargo, el número total de usuarios en todas las celdas servidas por la misma tarjeta no puede superar el número máximo de usuarios soportados por la tarjeta. Por ejemplo, el número total de usuarios HSUPA en las seis celdas servidas por una tarjeta WBBPd2 no puede superar 96, ya que una WBBPd2 soporta un máximo de 96 usuarios HSUPA. Algo equivalente podemos decir para los usuarios HSDPA.

4.1.2.4

Especificaciones de Throughput de la tarjeta WBBP

A continuación podemos ver las especificaciones de throughput para una tarjeta WBBP. Tabla 4-3 Especificaciones de Throughput de la tarjeta WBBP Board Type

Throughput DL

UL

WBBPb1

63 Mbit/s

5.76 Mbit/s

WBBPb2

63 Mbit/s

11.52 Mbit/s

WBBPb3

63 Mbit/s (RAN11.0), 84 Mbit/s (RAN12.0)

23 Mbit/s

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS Board Type

Throughput DL

UL

WBBPb4

63 Mbit/s (RAN11.0), 84 Mbit/s (RAN12.0)

23 Mbit/s

WBBPd1

84 Mbit/s (RAN12.0), 126 Mbit/s (RAN13.0)

23 Mbit/s

WBBPd2

84 Mbit/s (RAN12.0), 126 Mbit/s (RAN13.0)

46 Mbit/s

WBBPd3

84 Mbit/s (RAN12.0), 126 Mbit/s (RAN13.0)

46 Mbit/s

WBBPf1

126 Mbit/s

34 Mbit/s

WBBPf2

126 Mbit/s

46 Mbit/s

WBBPf3

126 Mbit/s

69 Mbit/s

WBBPf4

252 Mbit/s

69 Mbit/s

33

Los valores anteriores de throughput son los obtenidos en tests cuando los recursos UL y DL del interfaz aire son suficientes.

4.1.3 4.1.3.1

Consumo de los recursos de banda base Consumo de los canales communes

Los canales comunes DL de una celda son principalmente los P-CCPCHs (BCH) y S-CCPCHs (FACH/PCH) y los canales comunes UL son principalmente los PRACHs. La serie 3900 reserva recursos CE para los canales comunes. La reserva de recursos CE no está incluida en las especificaciones de una tarjeta. En cada celda se reservan 2 CEs para el uplink y 5 CEs para el DL para canales comunes. Por ejemplo, una WBBPb4 soporta seis celdas y 384 CEs tanto para el UL como para el DL. Por tanto, la WBBPb4 reserva 12 CEs en el uplink y 30 en el downlink. Cuando los canales comunes necesitan más CEs de los reservados, consumirán otros CEs de la tarjeta.

4.1.3.2

Consumo de otros canales

Los siguientes canales no consumen recursos CE: HS-DPCCH, E-RGCH, E-HICH, F-DPCH, CPICH, AICH, PICH, SCH, E-AGCH, HS-SCCH, HS-PDSCH, MICH, F-DPCH, E-FACH.

4.1.3.3

Consumo de servicios R99

La Tabla 4-4 lista el consumo de CEs de los servicios R99.

33

34

Recursos en el Interfaz Radio Tabla 4-4 Consumo de CEs de los servicios R99 Service Type

UL

DL

Spreading Factor

Number of CEs

Spreading Factor (SF)

Number of CEs

AMR 12.2 kbit/s

SF64

1

SF128

1

32 kbit/s

SF32

1.5

SF64

1

64 kbit/s

SF16

3

SF32

2

128 kbit/s

SF8

5

SF16

4

384 kbit/s

SF4

10

SF8

8

El tráfico y la señalización asociada al canal de un usuario de R99 son transportados en el mismo DCH. Por tanto, el consumo de CEs de los TCHs de R99 incluye el consumo de CEs de la señalización. El consumo indicado en la tabla incluye el consumo de los 3.4 kbit/s de señalización asociada al canal.

4.1.3.4

Consumo de servicios HSUPA

El consumo de recursos de los servicios HSUPA se mide en CEs. Los CEs UL son compartidos entre los servicios R99 y los servicios HSUPA. La Tabla 4-5 lista el consumo de CEs UL para los servicios HSUPA. Tabla 4-5 Consumo de CEs UL de los servicios HSUPA RLC Rate (kbit/s)

4.1.3.5

2RX Spreading Factor

RAN11.0

RAN12.0

(WBBPb)

(WBBPd)

CAT5 10 ms

CAT6 2 ms

≤ 32

N/A

SF32

1

1

32–64

N/A

SF16

2

2

64–128

N/A

SF8

4

4

128–672

640

SF4

8

8

672–1376

640–1280

2*SF4

16

16

1376~1888

1280–2720

2*SF2

32

32

N/A

2720–5440

2*SF2 + 2*SF4

48

48

4000–10880

2*M2+2*M4

Not supported

64

Consumo de servicios HSDPA

En la serie 3900 los recursos para el procesado de los servicios HSDPA y aquellos para el procesado de los servicios R99 son independientes. Por tanto, ningún CE DL de R99 es consumido para los servicios HSDPA. La capacidad DL de una tarjeta WBBPb4 es de 384 CEs de R99 más 90 code words HSDPA, como se

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

35

muestra en la Figura 4-9.

Figura 4-9 Consumo de recursos DL de los servicios HSDPA

4.1.4

Ampliación de recursos banda base

La capacidad banda base de un NodoB se puede ampliar de las siguientes maneras: 1. Si la capacidad hardware es insuficiente habría que añadir una nueva tarjeta WBBP. Las tarjetas WBBP soportan la función plug and play. Esto quiere decir que los servicios no son interrumpidos al instalar una WBBP. 2. Si la capacidad hardware es suficiente habría que añadir licencias, ya sean licencias de CEs o licencias de códigos HSDPA. Un tema importante a tener en cuenta es la diferencia entre la capacidad hardware que tenga un nodo y la capacidad “software”. Esta capacidad software se traduce en el número de licencias que se hayan adquirido al suministrador. Normalmente cuando se despliega un nodo se hace una estimación inicial de las licencias que va a necesitar. Una vez que el nodo está funcionando, en base al consumo que tenga de recursos, será necesario ir ampliando si así lo requiere. Inicialmente no se compran todas las licencias que el hardware puede soportar ya que si no la inversión inicial sería muy elevada. Los procedimientos de asignación de recursos difieren de los procedimientos de asignación de licencias. Como hemos visto anteriormente los recursos de las tarjetas se asocian a unos grupos, frecuencias y celdas concretas, mientras que las licencias pueden ser compartidas entre las distintas celdas y portadoras. Las ampliaciones de CEs se pueden realizar en UL y DL de forma separada, y se realizan en pasos de 16 CEs. Las ampliaciones de code words HSDPA se realizan en pasos de 5 code words. Una celda soporta un máximo de 15 code words.

4.1.5

Contadores asociados a los recursos banda base

La red nos proporciona los siguientes contadores para poder monitorizar el consumo de CEs por nodo. 

Consumo de CEs en el DL

35

36

Recursos en el Interfaz Radio

Counter ID

Counter Name

Description

50332562

VS.LC.DLMean.LicenseGroup.Shared Average number of shared DL CEs consumed by an operator

50342562

VS.LC.DLMax.LicenseGroup.Shared

Maximum number of shared DL CEs consumed by an operator

50342567

VS.LC.DLMin.LicenseGroup.Shared

Minimum Number of Shared DL CEs Consumed by an Operator

Descripción: Este contador mide el número de CEs consumidos en downlink por un operador. Este contador se usa en operadores con RAN sharing. El concepto de RAN Sharing hace referencia a la situación en la que con un mismo nodo se da servicio a dos operadores distintos, es decir, dos operadores comparten la misma red. En tal situación es factible definir recursos dedicados para un operador, así como recursos compartidos para los operadores. En el caso que nos ocupa todos los recursos serán compartidos entre los operadores. Puntos de medición: Este contador se muestrea cada cinco segundos. Al final del período de medida, el promedio de CEs consumidos por un operador se obtiene dividiendo el valor acumulado en el período entre el número de muestras. El máximo de esos resultados de muestras se define como el máximo número de CEs downlink consumidos por un operador, y el mínimo de esos resultados de muestras se define como el mínimo número de CEs downlink consumidos por un operador. Funcionalidades asociadas: Counter Name

Feature ID

Feature Name

VS.LC.DLMean.LicenseGroup.Shared

WRFD-020101

Admission Control

VS.LC.DLMax.LicenseGroup.Shared

WRFD-020101

Admission Control

VS.LC.DLMin.LicenseGroup.Shared

WRFD-020101

Admission Control



Consumo de CEs en el UL

Counter ID

50332561

Counter Name

Description

VS.LC.ULMean.LicenseGroup.Shared Average number of shared UL CEs consumed by an

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

Counter ID

Counter Name

37

Description

operator

50342561

VS.LC.ULMax.LicenseGroup.Shared

Maximum number of shared UL CEs consumed by an operator

50342568

VS.LC.ULMin.LicenseGroup.Shared

Minimum Number of Shared UL CEs Consumed by an Operator

Descripción: Este contador mide el número de CEs consumidos en uplink por un operador. Este contador se usa en operadores con RAN sharing. Puntos de medición: Este contador se muestrea cada cinco segundos. Al final del período de medida, el promedio de CEs consumidos por un operador se obtiene dividiendo el valor acumulado en el período entre el número de muestras. El máximo de esos resultados de muestras se define como el máximo número de CEs uplink consumidos por un operador, y el mínimo de esos resultados de muestras se define como el mínimo número de CEs uplink consumidos por un operador. Funcionalidades asociadas: Counter Name

Feature ID

Feature Name

VS.LC.ULMean.LicenseGroup.Shared

WRFD-020101

Admission Control

VS.LC.ULMax.LicenseGroup.Shared

WRFD-020101

Admission Control

VS.LC.ULMin.LicenseGroup.Shared

WRFD-020101

Admission Control



CEs configurados en el DL

Counter ID

50332560

Counter Name

VS.LC.DLCreditAvailable.Shared

Description

Number of DL CEs configured for a shared group

Descripción: Este contador mide el número de CEs downlink configurado para un grupo compartido dentro del período de medida. Este contador se usa en operadores con RAN sharing. Si sólo un operador está disponible en el nodo, este contador se puede usar para evaluar las licencias totales de CEs configuradas en el nodo.

37

38

Recursos en el Interfaz Radio

Puntos de medición: Este contador se muestrea cada cinco segundos. Al final del período de medida, el número de CEs downlink configurados para un grupo compartido se obtiene dividiendo el valor acumulado en el período entre el número de muestras. Funcionalidades asociadas: Counter Name

VS.LC.DLCreditAvailable.Shared



Feature ID WRFD-020101

Feature Name Admission Control

CEs configurados en el UL

Counter ID

50332559

Counter Name

VS.LC.ULCreditAvailable.Shared

Description

Number of UL CEs configured for a shared group

Descripción: Este contador mide el número de CEs uplink configurado para un grupo compartido dentro del período de medida. Este contador se usa en operadores con RAN sharing. Si sólo un operador está disponible en el nodo, este contador se puede usar para evaluar las licencias totales de CEs configuradas en el nodo. Puntos de medición: Este contador se muestrea cada cinco segundos. Al final del período de medida, el número de CEs uplink configurados para un grupo compartido se obtiene dividiendo el valor acumulado en el período entre el número de muestras. Funcionalidades asociadas: Counter Name

VS.LC.ULCreditAvailable.Shared



Feature ID WRFD-020101

Feature Name Admission Control

CEs DL hardware del nodo

Counter ID

Counter Name

Description

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

Counter ID

50332565

Counter Name

VS.HW.DLCreditAvailable

39

Description

Number of Available Downlink Hardware CEs

Descripción: Este contador mide el número de CEs hardware disponibles en downlink en el NodoB dentro del período de medida. Puntos de medición: Este contador se muestrea cada cinco segundos. Al final del período de medida, el máximo de los resultados de muestras se define como el valor de este contador. Funcionalidades asociadas: Counter Name

WRFD-020101

VS.HW.DLCreditAvailable



Feature ID

Feature Name Admission Control

CEs UL hardware del nodo

Counter ID

50332566

Counter Name

VS.HW.ULCreditAvailable

Description

Number of Available Uplink Hardware CEs

Descripción: Este contador mide el número de CEs hardware disponibles en uplink en el NodoB dentro del período de medida. Puntos de medición: Este contador se muestrea cada cinco segundos. Al final del período de medida, el máximo de los resultados de muestras se define como el valor de este contador. Funcionalidades asociadas: Counter Name

VS.HW.ULCreditAvailable

Feature ID WRFD-020101

39

Feature Name Admission Control

40

Recursos en el Interfaz Radio

Además de los contadores anteriores se definen cuatro KPIs adicionales apoyados sobre dichos contadores, que muestran el porcentaje de consumo downlink y uplink respecto a las licencias disponibles en el nodo:

𝐷𝐿_𝐶𝐸_𝑀𝑎𝑥_𝑅𝑎𝑡𝑖𝑜 =

𝑉𝑆. 𝐿𝐶. 𝐷𝐿𝑀𝑎𝑥. 𝐿𝑖𝑐𝑒𝑛𝑠𝑒𝐺𝑟𝑜𝑢𝑝. 𝑆ℎ𝑎𝑟𝑒𝑑 × 100 𝑉𝑆. 𝐿𝐶. 𝐷𝐿𝐶𝑟𝑒𝑑𝑖𝑡𝐴𝑣𝑎𝑖𝑙𝑎𝑏𝑙𝑒. 𝑆ℎ𝑎𝑟𝑒𝑑

(4–1)

𝐷𝐿_𝐶𝐸_𝑀𝑒𝑎𝑛_𝑅𝑎𝑡𝑖𝑜 =

𝑉𝑆. 𝐿𝐶. 𝐷𝐿𝑀𝑒𝑎𝑛. 𝐿𝑖𝑐𝑒𝑛𝑠𝑒𝐺𝑟𝑜𝑢𝑝. 𝑆ℎ𝑎𝑟𝑒𝑑 × 100 𝑉𝑆. 𝐿𝐶. 𝐷𝐿𝐶𝑟𝑒𝑑𝑖𝑡𝐴𝑣𝑎𝑖𝑙𝑎𝑏𝑙𝑒. 𝑆ℎ𝑎𝑟𝑒𝑑

(4–2)

𝑈𝐿_𝐶𝐸_𝑀𝑎𝑥_𝑅𝑎𝑡𝑖𝑜 =

𝑉𝑆. 𝐿𝐶. 𝑈𝐿𝑀𝑎𝑥. 𝐿𝑖𝑐𝑒𝑛𝑠𝑒𝐺𝑟𝑜𝑢𝑝. 𝑆ℎ𝑎𝑟𝑒𝑑 × 100 𝑉𝑆. 𝐿𝐶. 𝑈𝐿𝐶𝑟𝑒𝑑𝑖𝑡𝐴𝑣𝑎𝑖𝑙𝑎𝑏𝑙𝑒. 𝑆ℎ𝑎𝑟𝑒𝑑

(4–3)

𝑈𝐿_𝐶𝐸_𝑀𝑒𝑎𝑛_𝑅𝑎𝑡𝑖𝑜 =

𝑉𝑆. 𝐿𝐶. 𝑈𝐿𝑀𝑒𝑎𝑛. 𝐿𝑖𝑐𝑒𝑛𝑠𝑒𝐺𝑟𝑜𝑢𝑝. 𝑆ℎ𝑎𝑟𝑒𝑑 × 100 𝑉𝑆. 𝐿𝐶. 𝑈𝐿𝐶𝑟𝑒𝑑𝑖𝑡𝐴𝑣𝑎𝑖𝑙𝑎𝑏𝑙𝑒. 𝑆ℎ𝑎𝑟𝑒𝑑

(4–4)

4.2 Recursos de potencia 4.2.1

Carga en el downlink

La capacidad downlink de una celda está limitada por su potencia total de transmisión disponible, la cual está determinada por la capacidad del amplificador de potencia del nodo y la potencia configurada en la celda. La potencia transmitida en downlink se compone de lo siguiente, tal como se muestra en la Figura 4-10: 

La potencia de los canales comunes (CCH).



La potencia no-HSPA sin los canales comunes.



La potencia HSPA.



El margen de potencia.

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

41

Figura 4-10 Asignación dinámica de los recursos de potencia Los recursos de potencia downlink se asignan de la siguiente forma: 1. Los recursos de potencia downlink son reservados en primer lugar para los canales físicos comunes y asignados al DPCH. Los recursos de potencia restantes estarán disponibles para HSPA, incluyendo HSUPA y HSDPA. 2. Los recursos de potencia HSPA se asignan en primer lugar a los canales de control downlink HSUPA, incluyendo el E-AGCH, E-RGCH, y E-HICH. Los recursos de potencia restantes estarán disponibles para HSDPA. 3. Los recursos de potencia HSDPA son asignados en primer lugar al canal de control downlink HSSCCH. Los recursos de potencia restantes estarán disponibles para el canal de tráfico HS-PDSCH. El consumo de potencia downlink está relacionado con la cobertura de la celda, la ubicación de los móviles UE, y la carga de tráfico en la celda. Coberturas grandes de celda, UEs alejados del centro de la celda, y altas cargas de tráfico contribuyen a un consumo de potencia elevado. Por tanto, la sobrecarga de potencia en el downlink es más probable que ocurra en hotspots (nodos de alto tráfico de forma regular en el tiempo) y en celdas con zonas de cobertura grandes. Cuando la potencia de transmisión downlink es insuficiente ocurre lo siguiente: 

La cobertura de la celda se encoge.



El throughput de los datos decrece.



La calidad del servicio desciende.



Las solicitudes de nuevos servicios es posible que sean rechazadas.

4.2.1.1

Contadores asociados a la potencia en downlink

En las RNCs Huawei se definen los siguientes contadores asociados a la potencia total de portadora transmitida: 

VS.MeanTCP: potencia media transmitida de la portadora de una celda.



VS.MeanTCP.NonHS: potencia media transmitida no-HSDPA de una celda. 41

42

Recursos en el Interfaz Radio 

VS.HSDPA.MeanChThroughput: throughput medio downlink HSDPA de una celda.

Para indicar la carga downlink de la celda se define el índice de uso medio (mean utility ratio) de la potencia de portadora transmitida por una celda. 

El índice de uso medio de la potencia de portadora transmitida para usuarios no-HSPA en una celda (incluyendo los usuarios no-HSPA en CCHs) se calcula con la siguiente fórmula: 𝑀𝑒𝑎𝑛𝑁𝑜𝑛𝐻𝑆𝑇𝐶𝑃 𝑈𝑡𝑖𝑙𝑖𝑡𝑦 𝑅𝑎𝑡𝑖𝑜 =



𝑀𝑒𝑎𝑛𝑁𝑜𝑛𝐻𝑆𝑇𝐶𝑃 × 100 𝑀𝐴𝑋𝑇𝑋𝑃𝑂𝑊𝐸𝑅

(4–5)

El índice de uso medio de la potencia de portadora transmitida para todos los usuarios en una celda se calcula con la siguiente fórmula: 𝑀𝑒𝑎𝑛𝑇𝐶P Utility Ratio =

MeanTCP × 100 MAXTXPOWER

(4–6)

Además de la potencia media también se puede monitorizar el máximo y el mínimo para tener una información más completa del comportamiento de la celda. Veamos el detalle de estos contadores: 

Potencia transmitida de portadora para una celda

ID

Counter

Description

67199618

VS.MeanTCP

Mean Transmitted Power of Carrier for Cell

67199682

VS.MaxTCP

Maximum Transmitted Power of Carrier for Cell

67199683

VS.MinTCP

Minimum Transmitted Power of Carrier for Cell

Descripción: Estos contadores proporcionan los valores medidos de TCP de una celda en la RNC. Punto de medición: La medida se lanza en el punto A tal como se muestra en la Figura 4-11, cuando la RNC obtiene el TCP de la celda después de recibir del NodoB un mensaje COMMON MEASUREMENT REPORT que contiene los valores TCP de la celda.

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

Figura 4-11 Procedimiento Common Measurement Report Unidades: dBm 

Potencia transmitida de portadora no-HSDPA para una celda

ID

Counter

Description

67202902

VS.MeanTCP.NonHS

Mean Non-HSDPA Transmitted Carrier Power for Cell

67202900

VS.MaxTCP.NonHS

Maximum Non-HSDPA Transmitted Carrier Power for Cell

67202901

VS.MinTCP.NonHS

Minimum Non-HSDPA Transmitted Carrier Power for Cell

Descripción: Estos contadores proporcionan los valores medidos de TCP no-HSDPA de una celda en la RNC. Punto de medición: La medida se hace de forma equivalente a lo comentado para la potencia TCP. Unidades: dBm 

Promedio de potencia de CPICH de una celda 43

43

44

Recursos en el Interfaz Radio

Este contador hace referencia a la potencia del canal piloto. Dicha potencia va a determinar el radio de cobertura de la celda. Como veremos en los siguientes capítulos es un valor a tener en cuenta en la monitorización de la capacidad de un nodo e incluso será un valor a modificar en situaciones de congestión. Counter ID

67202921

Counter Name

VS.CPICH.MeanPwr

Counter Description

Average CPICH Power for Cell

Descripción: Este contador proporciona el promedio de potencia del P-CPICH en una celda. Punto de medición: La RNC toma muestras de la potencia del P-CPICH de una celda cada cinco segundos. Al final del período de medida el promedio de la potencia del P-CPICH se obtiene dividiendo la potencia acumulada entre el número de muestras Unidades: dBm

4.2.1.2

Ampliaciones de capacidad recomendadas

Huawei recomienda realizar ampliaciones de capacidad en los siguientes escenarios, aunque los criterios en último lugar son definidos por el operador. 

Si el MeanNonHSTCP Utility Ratio es mayor que el 70% durante la hora cargada en tres días consecutivos en una semana.



Si el MeanTCP Utility Ratio es mayor que el 85% y el valor del contador VS.HSDPA.MeanChThroughput es inferior del valor requerido por los usuarios (por ejemplo 300 kbit/s) durante la hora cargada para tres días consecutivos en una semana.

Los métodos de ampliación de capacidad serían los siguientes: 

Para celdas con alto tráfico, añadir una portadora al sector si es posible, añadir un nuevo NodoB o dividir el sector si el número de portadoras en el sector ha alcanzado su máximo, o aumentar la potencia de las portadoras si es posible.



Para celdas con poco tráfico o cobertura pobre, añadir un nuevo NodoB.

4.2.2

Carga en el uplink

En redes WCDMA, para medir la capacidad uplink de la celda se usa el RTWP, la potencia total de banda ancha recibida. RTWP incluye el ruido de fondo, la interferencia interna al sistema, y la interferencia RF. La interferencia interna al sistema incluye la señales uplink de los UEs en la celda servidora y en las vecinas. La interferencia RF incluye la interferencia de fuentes externas y la interferencia RF interna al sistema (por ejemplo, la interferencia de intermodulación producida por los componentes hardware). El NodoB mide la RTWP en cada canal recibido en cada celda. La RTWP de la celda obtenida por la RNC es

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

45

el promedio lineal de las RTWPs medidas en los canales recibidos en una celda bajo un NodoB. La RTWP refleja la interferencia a un NodoB e indica la fuerza de la señal en el puerto de recepción del módulo RF. La capacidad uplink de una celda está limitada por la elevación sobre el ruido térmico (RoT), la cual es igual al RTWP menos el ruido de fondo de la celda. 𝑅𝑜𝑇(𝑑𝐵) = 𝑅𝑇𝑊𝑃(𝑑𝐵𝑚) − 𝑃𝑁(𝑑𝐵𝑚)

(4–7)

Si no hay interferencia RF, el RoT es generado por la interferencia interna al sistema. Bajo esta condición, el RoT es usado como un criterio para evaluar la carga uplink. La relación entre el RoT y el factor de carga uplink ηUL es la siguiente: 1 𝑅𝑜𝑇 = 10𝑙𝑜𝑔( ) 1 − 𝜂𝑈𝐿

(4–8)

Por ejemplo, un incremento de ruido de 3 dB se corresponde con un 50% de la carga uplink, y un incremento de ruido de 6 dB se corresponde a un 75%.

Figura 4-12 Relación entre RTWP, incremento de ruido, y carga uplink Un valor alto de RTWP en una celda puede ser causado por un exceso de tráfico, un fallo hardware (por ejemplo, una baja calidad de las antenas o de los conectores), o por una interferencia externa. Si el RTWP es demasiado elevado la cobertura de la celda se reduce, la calidad de los servicios admitidos decae, o las nuevas solicitudes pueden ser rechazadas. Huawei introduce otro concepto para medir la carga uplink de una celda, lo que denomina ENU (Equivalent Number of Users). ENU es el indicador que mapea cada tipo de servicio en una carga de celda normalizada.

45

46

Recursos en el Interfaz Radio

Figura 4-13 Número de usuarios equivalentes por servicio

4.2.2.1

Contadores asociados a la potencia en uplink

La RTWP y el número de usuarios equivalentes (ENU) vienen indicados por los siguientes contadores: 

VS.MeanRTWP: promedio de RTWP en una celda.



VS.MinRTWP: mínimo RTWP en una celda.



VS.RAC.UL.EqvUserNum: número de ENUs uplink en todos los canales dedicados de una celda.

En la celda se define un número máximo de usuarios equivalentes mediante el parámetro UlTotalEqUserNum. El ratio uplink ENU se calcula usando la siguiente fórmula: 𝑈𝐿 𝐸𝑁𝑈 𝑅𝑎𝑡𝑖𝑜 = 𝑉𝑆. 𝑅𝐴𝐶. 𝑈𝐿. 𝐸𝑞𝑣𝑈𝑠𝑒𝑟𝑁𝑢𝑚⁄𝑈𝑙𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙𝐸𝑞𝑈𝑠𝑒𝑟𝑁𝑢𝑚

(4–9)

En algunas áreas, el ruido de fondo se incrementa hasta -106 dBm o más debido a la interferencia externa o por defectos hardware. Si esto ocurre, el valor del contador VS.MinRTWP (el valor obtenido de RTWP cuando la celda no lleva tráfico) se considera como el ruido de fondo. El RTWP de una celda se considera alto cuando el valor del contador VS.MeanRTWP es superior a -100 dBm en las horas no-pico o superior a -90 dBm en las horas pico (hora cargada) durante dos o tres días consecutivos en una semana. Una celda se considera altamente cargada si el Ratio UL ENU supera el 75% durante las horas pico de dos o tres días consecutivos en una semana. Los contadores en detalle: 

Potencia total de banda ancha recibida por una celda

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

ID

Counter

47

Description

67199617

VS.MeanRTWP

Mean Power of Totally Received Bandwidth for Cell

67199680

VS.MaxRTWP

Maximum Power of Totally Received Bandwidth for Cell

67199681

VS.MinRTWP

Minimum Power of Totally Received Bandwidth for Cell

Descripción: Estos contadores proporcionan los valores medidos de RTWP de una celda en una RNC. Punto de medición: La medida se hace de forma equivalente a lo comentado para la potencia TCP. Unidades: dBm 

Número de usuarios equivalentes ID

Counter

Description

67199663

VS.RAC.UL.EqvUserNum

Mean Number of UL Equivalent Voice UEs in CEL_DCH State for Cell

67199664

VS.RAC.DL.EqvUserNum

Mean Number of DL Equivalent Voice UEs in CEL_DCH State for Cell

Descripción: Estos contadores proporcionan el número medio de UEs equivalentes de voz UL y DL en el estado CELL_DCH. Punto de medición: En un período de medida, el número de UEs equivalentes se muestrea cada cinco segundos. Al final del período de medida, la RNC divide los valores acumulados entre el número de muestras.

4.2.2.2

Ampliaciones de capacidad recomendadas

Huawei recomienda realizar ampliaciones de capacidad en los siguientes escenarios, aunque, al igual que en el 47

48

Recursos en el Interfaz Radio

uplink, los criterios en último lugar son definidos por el operador: 

Si el valor del contador VS.MinRTWP es superior a -100 dBm o inferior a -110 dBm durante las horas no pico de tres días consecutivos en una semana, podrían existir fallos hardware o interferencias externas. Sería necesario localizar y rectificar los fallos. En la siguiente tabla se listan las alarmas RF reportadas por el NodoB. Tabla 4-6 Alarmas RF reportadas por el nodo Alarm ID ALM-26522 ALM-26521 ALM-26532 ALM-26752 ALM-26758 ALM-26755 ALM-26757 ALM-26541 ALM-26529

Alarm Name RF Unit RX Channel RTWP/RSSI Unbalanced RF Unit RX Channel RTWP/RSSI Too Low RF Unit Hardware Fault ALD Hardware Fault TMA Running Data and Configuration Mismatch TMA Bypass RET Antenna Running Data and Configuration Mismatch ALD Maintenance Link Failure RF Unit VSWR Threshold Crossed



Si el valor del contador VS.MeanRTWP es mayor que -90 dBm en las horas pico durante tres días consecutivos en una semana, puede haber un fallo hardware o una interferencia externa. Localizar y corregir el fallo. Si el valor del contador VS.MeanRTWP sigue siendo superior a -90 dBm tras corregir los fallos, habría que añadir más portadoras. Si no hay más portadoras disponibles habría que añadir un nuevo nodo.



Si el número de ENUs es insuficiente y la cantidad de potencia uplink es suficiente habría que aumentar el valor del parámetro UlTotalEqUserNum.

4.3 Recursos de códigos OVSF En las redes WCDMA, los canales se distinguen por códigos. Cada canal usa dos tipos de códigos: códigos de scrambling y los códigos ortogonales de spreading factor variable (OVSF). En el uplink, a cada móvil se le asigna un código de scrambling único. En downlink, a cada celda se le asigna un código de scrambling único. Esto es, todos los UEs en una celda usan el mismo código de scrambling pero a cada uno se le asigna un código OVSF único. Por tanto, los códigos OVSF distinguen los canales físicos downlink de los diferentes UEs en una celda. En una celda WCDMA, los datos de los diferentes usuarios se distinguen mediante la técnica CDMA, y todos los datos de usuario son transmitidos sobre la misma frecuencia central al mismo tiempo. Los códigos OVSF proporcionan ortogonalidad perfecta, minimizando la interferencia entre los distintos usuarios. La Figura 4-14 muestra un árbol de códigos OVSF.

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

49

Figura 4-14 Árbol de códigos OVSF En downlink, el factor de spreading máximo (SF) es 256. Un árbol de códigos OVSF puede ser dividido en 4 códigos SF4, 8 códigos SF8, 16 códigos SF16, …, 256 códigos SF256. Los códigos con distintos SFs pueden ser considerados como equivalentes a códigos con SF256. Por ejemplo, un código con SF8 es equivalente a 32 códigos con SF256. Usando este método, el uso de códigos OVSF puede ser calculado para un usuario o una celda. En una celda sólo hay disponible un árbol de códigos OVSF. En un árbol de códigos, los códigos hermanos son ortogonales entre sí, pero no son ortogonales con sus padres o con sus hijos. Como resultado de esto, una vez que un código es asignado a un usuario, ni sus códigos padre ni sus códigos hijo pueden ser asignados a otro usuario. Los recursos de códigos OVSF son limitados, por lo que si dichos recursos no son suficientes, las nuevas solicitudes de llamadas serán rechazadas. Tras la introducción del servicio HSDPA, los servicios HSDPA y los servicios R99 comparten los códigos OVSF. Existen funcionalidades para la gestión de los códigos tanto a nivel de RNC como a nivel de nodo. La Figura 4-15 muestra la asignación estática de códigos controlada por la RNC.

Figura 4-15 Asignación de códigos estática controlada por la RNC La Figura 4-16 muestra la asignación dinámica de códigos controlada por la RNC.

49

50

Recursos en el Interfaz Radio

Figura 4-16 Asignación de códigos dinámica controlada por la RNC El sistema reserva códigos para los servicios HSDPA, y estos recursos de códigos pueden ser compartidos entre los servicios HSDPA. Por tanto, los servicios HSDPA no requieren del control de admisión basado en los recursos de códigos de celda. La Figura 4-17 muestra la asignación dinámica de códigos controlada por el NodoB.

Figura 4-17 Asignación de códigos dinámica controlada por el NodoB La asignación de códigos dinámica controlada por el NodoB es más flexible que la controlada por la RNC, acorta el tiempo de respuesta y ahorra la señalización en Iub usada para la asignación de códigos.

4.3.1

Contadores asociados a los códigos OVSF

La RNC Huawei monitoriza el uso medio del árbol de código OVSF con el número de códigos equivalentes con SF256, el cual se mide con el contador VS.RAB.SFOccupy. Los códigos usados por DCH pueden ser calculados usando la siguiente fórmula:

DCH_OVSF_CODE = ( + ) x 64 ( + ) x 32 + ( ) x 16 + ( + ) x 8 ( + ) x 4 + ( ) x 2 + ( + )

+ + + +

(4–10)

El RAB hace referencia al servicio que se establece sobre una conexión. Podemos tener conexiones SingleRAB, con un único servicio, por ejemplo una llamada de voz, o MultiRAB, con varios servicios en paralelo, por ejemplo, una llamada de voz y cualquier servicio de datos. El máximo número de códigos disponibles para DCH puede ser calculado usando la siguiente fórmula:

DCH_OVSF_CODE_Ava = 256 – (Códigos ocupados por CCHs + Códigos ocupados por EAGCHs + Códigos ocupados por E-RGCHs y E-HICHs + Códigos reservados para HSPDSCHs + códigos HS-SCCH)

(4–11)

Por ejemplo, si tenemos las siguientes condiciones: 

Una celda que soporta HSPA es configurada con dos SCCPCH, un E-AGCH, un E-RGCH/E-HICH, y dos HS-SCCHs.

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS SF8

SF16

SF32

PS 384

PS 128

PS 64

SF64

SF128

SF256

AMR 0 0 1

0 2 1 3 0 4 2 5 1 6 3 7 0 8 4 9 2 10 5 11 1 12 6 13 3 14 7 15

51

2 HS-SCCH 0

CPICH (SF256,0)

1

PCCPCH y SCH (SF256,1)

2

AICH (SF256,2)

3

PICH (SF256,3)

4 5 6

SCCPCH 0: FACH (SF64,1)

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

SCCPCH 1: PCH (SF128,4) HS-SCCH 1 (SF128,5) HS-SCCH 2 (SF128,6) E-RGCH/E-HICH (SF128,7) E-AGCH (SF256,16)

17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

Figura 4-18 Ejemplo asignación canales OVSF 

Al menos un código reservado para servicios HSDPA.

Entonces, DCH_OVSF_CODE_Ava = 256 – (8 + 1 + 2 + 16 + 4) = 225. El uso de códigos OVSF se calcula de la siguiente forma:

𝑂𝑉𝑆𝐹_𝑈𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 = 𝑉𝑆. 𝑅𝐴𝐵. 𝑆𝐹𝑂𝑐𝑐𝑢𝑝𝑦⁄256 × 100%

(4–12)

𝐷𝐶𝐻_𝑂𝑉𝑆𝐹_𝑈𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 = 𝐷𝐶𝐻_𝑂𝑉𝑆𝐹_𝐶𝑂𝐷𝐸⁄𝐷𝐶𝐻_𝑂𝑉𝑆𝐹_𝐶𝑂𝐷𝐸_𝐴𝑣𝑎

(4–13)

Los contadores en detalle:  ID

Número de SingleRABs por tipo de SF Counter

67199698 VS.SingleRAB.SF4

Description

Number of single-RAB UEs that Occupy the DL R99 Codes with Spreading Factor (SF) of 4 for Cell

51

52

Recursos en el Interfaz Radio

ID

Counter

Description

67199699 VS.SingleRAB.SF8

Number of single-RAB UEs that Occupy the DL R99 Codes with Spreading Factor (SF) of 8 for Cell

67199700 VS.SingleRAB.SF16

Number of single-RAB UEs that Occupy the DL R99 Codes with Spreading Factor (SF) of 16 for Cell

67199701 VS.SingleRAB.SF32

Number of single-RAB UEs that Occupy the DL R99 Codes with Spreading Factor (SF) of 32 for Cell

67199702 VS.SingleRAB.SF64

Number of single-RAB UEs that Occupy the DL R99 Codes with Spreading Factor (SF) of 64 for Cell

67199703 VS.SingleRAB.SF128

Number of single-RAB UEs that Occupy the DL R99 Codes with Spreading Factor (SF) of 128 for Cell

67199704 VS.SingleRAB.SF256

Number of single-RAB UEs that Occupy the DL R99 Codes with Spreading Factor (SF) of 256 for Cell

Descripción: Estos contadores proporcionan el número medio de single-RAB de UE que usan SF 4/8/16/32/64/128/256 en una celda. Punto de medición: La RNC toma periódicamente muestras del número de Single-RAB UE que usan los distintos SF. Al final del período de medida divide el número acumulado entre el número de muestras.  ID

Número de multi-RABs por tipo de SF Counter

Description

67202942 VS.MultRAB.SF4

Number of multi-RAB UEs that Occupy the DL R99 Codes with the Spreading Factor (SF) of 4 for Cell

67199691 VS.MultRAB.SF8

Number of multi-RAB UEs that Occupy the DL R99 Codes with the Spreading Factor (SF) of 8 for Cell

67199692 VS.MultRAB.SF16

Number of multi-RAB UEs that Occupy the DL R99 Codes with the Spreading Factor (SF) of 16 for Cell

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

ID

Counter

53

Description

67199693 VS.MultRAB.SF32

Number of multi-RAB UEs that Occupy the DL R99 Codes with the Spreading Factor (SF) of 32 for Cell

67199694 VS.MultRAB.SF64

Number of multi-RAB UEs that Occupy the DL R99 Codes with the Spreading Factor (SF) of 64 for Cell

67202943 VS.MultRAB.SF128

Number of multi-RAB UEs that Occupy the DL R99 Codes with the Spreading Factor (SF) of 128 for Cell

67202944 VS.MultRAB.SF256

Number of multi-RAB UEs that Occupy the DL R99 Codes with the Spreading Factor (SF) of 256 for Cell

Descripción: Estos contadores proporcionan el número medio de multi-RAB de UE que usan SF 4/8/16/32/64/128/256 en una celda. Punto de medición: La RNC toma periódicamente muestras del número de multi-RAB UE que usan los distintos SF. Al final del período de medida divide el número acumulado entre el número de muestras.

ID

Counter

Description

67191657 VS.RAB.SFOccupy.MAX

Maximum Number of SFs that Have Been Occupied (Let the SFs that Have Been Occupied a Unitary SF of 256) for Cell

67203416 VS.RAB.SFOccupy

Mean Number of SFs that Have Been Occupied (Let the SFs that Have Been Occupied a Unitary SF of 256) for Cell

Descripción: Las medidas proporcionan el número medio y máximo de códigos ocupados en una celda. Los códigos ocupados son los códigos ocupados por los canales comunes, los usuarios R99, y HS-DSCH. El número de códigos está normalizado a SF256, es decir, convertido a códigos con SF256. La forma de normalizar a SF256 es multiplicar el código con SF=k por 256/k. Punto de medición: La RNC toma una muestra del número de códigos ocupados en una celda cada cinco segundos y normaliza el número a SF256. Entonces calcula la suma de números normalizados. Al final del período de medida divide el valor acumulado entre el número de muestras para obtener el valor medio, o toma el máximo para obtener el número máximo de códigos ocupados en el período de medida.

53

54

Recursos en el Interfaz Radio

4.3.2

Ampliaciones de capacidad recomendadas

Si el valor del contador DCH_OVSF_Utilization es mayor del 70% en las horas pico durante tres días consecutivos en una semana, la celda se queda sin códigos OVSF. Se recomiendan las siguientes medidas: 

Habilitar la funcionalidad de asignación dinámica de códigos basada en el NodoB. Preferentemente asignar los códigos idle a los UEs HSDPA para mejorar el throughput de los UEs HSDPA.



Añadir una portadora o dividir la celda.

4.4 Recursos CNBAP La carga de la parte de aplicación de control del NodoB (CNBAP) se usa para medir la capacidad de procesado del NodoB. La sobrecarga CNBAP provocará un fallo de establecimiento de radio link o rechazará una solicitud de establecimiento de radio link, y disminuirá significativamente el índice de éxito de establecimiento de conexiones RRC y RAB, conceptos que aclararemos más adelante.

4.4.1

Contadores asociados a los recursos CNBAP

Si el factor de soft handover es menos que 0.4, la siguiente ecuación es cierta: 𝐶𝑁𝐵𝐴𝑃 𝐿𝑜𝑎𝑑 𝑅𝑎𝑡𝑖𝑜 =

𝑉𝑆. 𝑅𝑎𝑑𝑖𝑜𝐿𝑖𝑛𝑘. 𝑅𝑒𝑐𝑣. 𝑀𝑒𝑎𝑛 𝐶𝑁𝐵𝐴𝑃 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑡𝑦 𝑜𝑓 𝑁𝑜𝑑𝑒𝐵

(4–14)

Si el factor de soft handover es mayor o igual a 0.4, se cumple la siguiente ecuación: 𝐶𝑁𝐵𝐴𝑃 𝐿𝑜𝑎𝑑 𝑅𝑎𝑡𝑖𝑜 =

𝑉𝑆. 𝑅𝑎𝑑𝑖𝑜𝐿𝑖𝑛𝑘. 𝑅𝑒𝑐𝑣. 𝑀𝑒𝑎𝑛 + 𝑉𝑆. 𝐷𝑒𝑑𝑖𝑐𝑀𝑒𝑎𝑅𝑝𝑡. 𝑀𝐸𝐴𝑁/12 𝐶𝑁𝐵𝐴𝑃 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑡𝑦 𝑜𝑓 𝑁𝑜𝑑𝑒𝐵

(4–15)

donde 

Vs.RadioLink.Recv.Mean: contador de NodoB que indica el número medio de recepciones de conexión radio link por segundo.



VS.DedicMeaRpt.MEAN: contador de NodoB que indica el número medio de informes de medición dedicada por segundo.



CNBAP Capacity of NodeB: depende de la configuración de las tarjetas principales de control, tarjetas de procesado banda base y tarjetas de extensión de transmisión, como se muestra en la Tabla 4-7. Tabla 4-7 Capacidad CNBAP en diferentes escenarios Main Control Board

Number of WBBPb or WBBPd Boards

Number of WBBPf Boards

CNBAP Capability

WMPT

1

0

60

WMPT

2

0

120

WMPT

>=3

0

170

WMPT

Any

>=1

170

WMPT+UTRP

1

0

60

WMPT+UTRP

2

0

120

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

55

Main Control Board

Number of WBBPb or WBBPd Boards

Number of WBBPf Boards

CNBAP Capability

WMPT+UTRP

3

0

180

WMPT+UTRP

4

0

240

WMPT+UTRP

5

0

250

WMPT+UTRP

0

1

200

WMPT+UTRP

>=1

>=1

250

UMPT

1

0

400

UMPT

2

0

460

UMPT

3

0

520

UMPT

4

0

580

UMPT

5

0

640

UMPT

6

0

700

UMPT

0

1

500

UMPT

1

1

560

UMPT

2

1

620

UMPT

3

1

680

UMPT

4

1

740

UMPT

5

1

800

UMPT

0

2

700

UMPT

1

2

760

UMPT

2

2

820

UMPT

3

2

880

UMPT

4

2

940

UMPT

0

3

900

UMPT

1

3

960

UMPT

2

3

1020

UMPT

3

3

1080

UMPT

0

4

1100

UMPT

1

4

1160

UMPT

2

4

1220

UMPT

0

5

1300

UMPT

1

5

1360

UMPT

0

6

1500

El factor de soft handover es un contador a nivel de celda. Se calcula usando la siguiente fórmula:

Soft handover factor = (( + + + + + )/( + /2+ /3+ /4+ /5+ /6)) - 1 donde 

VS.SHO.AS.1RL: número medio de UEs con un radio link por celda. 55

(4–16)

56

Recursos en el Interfaz Radio 

VS.SHO.AS.2RL: número medio de UEs con dos radio links por celda.



VS.SHO.AS.3RL: número medio de UEs con tres radio links por celda.



VS.SHO.AS.4RL: número medio de UEs con cuatro radio links por celda.



VS.SHO.AS.5RL: número medio de UEs con cinco radio links por celda.



VS.SHO.AS.6RL: número medio de UEs con seis radio links por celda.

El factor de soft handover del NodoB es igual al promedio del factor de soft handover de las celdas del nodo. El uso de los recursos CNBAP pueden ser monitorizados por alarmas. Si la capacidad hardware CNBAP se supera se genera la alarma ALM-28230 Base Station Service Overload. Los contadores en detalle: 

Radio links recibidos

Counter ID

Counter Name

Description

50332587

VS.RadioLink.Recv.Max

Maximum number of received radio links per second

50332590

VS.RadioLink.Recv.Mean

Average number of received radio links per second

Descripción: Este contador mide el número de radio links recibidos sobre el interfaz Iub. La fórmula para calcular este contador es la siguiente: Número de solicitudes de establecimiento de radio links recibidos + Número solicitudes de adición de radio links + 2x Número de reconfiguraciones de radio link. Punto de medición: La medida se realiza en el punto A como se indica en la siguiente figura.

Figura 4-19 Medición de radio links recibidos 

Mensajes Dedicated Measuremet Report

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

Counter ID

50332581

Counter Name

57

Description

VS.DedicMeaRpt.MEAN The average number of Dedicated Measurement Reporting per second

Descripción: Este contador proporciona el número promedio de mensajes DEDICATED MEASUREMENT REPORT enviados por el NodoB por segundo. Punto de medición: El número de mensajes se muestrea cada 5 segundos dentro del período de medida. Al final del período de medida, el promedio de esas muestras se usa como el valor del contador. Por ejemplo, si el período de medida es 15 minutos, hay 180 muestras.

4.4.2

Ampliaciones de capacidad recomendadas

Si la carga CNBAP del NodoB es superior al 60% en las horas pico durante tres días consecutivos en la semana, se considera que el NodoB está sobrecargado. Se recomiendan las siguientes medidas: 

Añadir una tarjeta UTRP, reemplazar la tarjeta WMPT por una UMPT, o reemplazar la WBBPb o WBBPd por una WBBPf.



Dividir el NodoB o añadir un NodoB si el problema de sobrecarga de CNBAP no se puede solucionar añadiendo o reemplazando tarjetas.

57

5 DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS HUAWEI

L

A solución Single RAN de Huawei facilita la convergencia en las redes de telecomunicaciones, permitiendo desplegar las distintas tecnologías GSM, DCS, UMTS y LTE.

Single RAN simplifica la elección de tecnologías y la evolución de las redes móviles, al permitir que la misma estación base opere en distintas modalidades. Para ello se utiliza un diseño modular, basado en tarjetas dedicadas, que permite añadir soporte para una tecnología concreta mediante la instalación de una de esas tarjetas. Con ello se consiguen las características esenciales que busca un operador: bajos costes de mantenimiento y operación, eficiencia energética, ahorro de espacio y facilidad de gestión.

5.1 BTS3900 La serie 3900 de Huawei presenta un diseño modular. Los módulos básicos son la unidad banda base BBU3900, las unidades radio remotas exteriores RRU y los módulos RF MRFU. La BBU3900 y los módulos RF (MRFU/RRU) se conectan mediante cables eléctricos u ópticos entre los puertos CPRI. 

BBU3900 (BBU, Base Band Unit): Se emplea para procesar señales en banda base y permite la interacción entre la BTS y la BSC.



RRU (Radio Remote Unit)/MRFU (Multi-Mode Radio Frequency Unit): Se trata de unidades de filtrado de radiofrecuencias que realizan modulaciones y demodulaciones entre señales en banda base y señales de radio frecuencia, además de procesar datos y combinar y dividir señales.

59

60

Descripción de los Equipos Huawei

Figura 5-1 Solución de producto de la serie BTS3900 Los dispositivos auxiliares de la serie multi-modo 3900 incluyen, el bastidor BTS3900, el bastidor exterior RFC, el bastidor exterior AC AAPM30H, el bastidor exterior DC TMC11H y los bastidores de baterías IBBS200T, IBBS200D y PS4890.

5.1.1

BBU3900

La BBU3900 de Huawei está basada en un diseño modular mediante el cual podemos configurar una estación base según nuestras necesidades de manera fácil, añadiendo simplemente nuevas tarjetas, ya sea para ampliar la capacidad de transmisión, la de proceso o para implementar una nueva tecnología en un nodo ya existente. La BBU3900 es la unidad de control de banda base que transfiere las señales entre el NodoB/BTS y la RNC/BSC. Realiza las siguientes funciones: 

Realiza la interacción de señal entre la estación base y la RNC/BSC.



Proporciona la señal de reloj.



Gestiona todo el sistema de la estación base en términos de Operación y Mantenimiento.



Procesamiento de la señalización.



Proporciona un canal OM conectado al LMT o al M2000.



Proporciona puertos CPRI para comunicación con los módulos RF.

En la Figura 5-2 podemos ver una configuración típica de tarjetas para una BBU trabajando con GSM+UMTS.

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

61

Figura 5-2 Configuración típica de BBU3900 en modo GSM+UMTS Y en la Figura 5-3 podemos ver la distribución de slots de la BBU3900.

Figura 5-3 Distribución de slots/tarjetas en la BBU3900

5.1.1.1

Tarjetas de la BBU3900

La BBU3900 puede ser configurada con las siguientes tarjetas: 

Tarjetas principales de control y transmisión: GSM Timing and Timing and Management (GTMU), WCDMA Main Processing and Transmission unit (WMPT), LTE Main Processing and Transmission Unit (LMPT), Universal Main Processing and Transmission Unit (UMPT).



Tarjetas de procesado banda base: WCDMA Baseband Processing Unit (WBBP) o LTE BaseBand Processing Unit (LBBP).



Universal Baseband Radio Interface Board (UBRI).



Universal Transmission Processing unit (UTRP).



Universal Power and Environment Interface Unit (UPEU).



Universal Environment Interface Unit (UEIU).



Satellite Card Clock Unit (USCU).



Unidades de protección contra sobre tensiones: Universal E1/T1 Lightning Protection unit (UELP), Universal FE Lightning Protection unit (UFLP).



Universal inter-Connection Infrastructure Unit (UCIU)

5.1.1.1.1

GTMU

La GTMU es la tarjeta principal de control y transmisión de la BBU3900 para el modo GSM.

61

62

Descripción de los Equipos Huawei

Figura 5-4 Tarjeta GTMU Sus principales funciones son: 

Proporciona 6 puertos CPRI para la conexión con los módulos RF.



Procesa las señales de reloj.



Proporciona la gestión OM para las red 2G



Proporciona cuatro E1s/T1s, un puerto FE eléctrico y un puerto FE óptico.

5.1.1.1.2

WMPT

La WMPT es la tarjeta principal de control y transmisión de la BBU3900 para el modo UMTS.

Figura 5-5 Tarjeta WMPT Sus principales funciones son: 

Procesa las señales de reloj y proporciona un reloj unificado para las tarjetas trabajando en modo UMTS.



Proporciona la gestión OM para la red UMTS.



Proporciona cuatro E1s/T1s, un puerto FE eléctrico y un puerto FE óptico.



Procesa la señalización y gestiona los recursos.

5.1.1.1.3

UMPT

La UMPT es una tarjeta universal de control principal y transmisión.

Figura 5-6 Tarjeta UMPT Sus funciones principales son: 

Controla y gestiona la estación base en términos de configuración, equipamiento, monitorización y recursos radio.



Procesa los mensajes de señalización.

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

63



Proporciona la referencia de reloj, puertos de transmisión, y un canal OM hacia el LMT o M2000.



Interconecta dos BBUs con la tarjeta UCIU e intercambia información de control, de transmisión, y de reloj entre ellas.

5.1.1.1.4

WBBP

La WBBP es la unidad de procesado de banda base en el modo UMTS.

Figura 5-7 Tarjeta WBBP Sus funciones principales son: 

Proporciona puertos CPRI para la conexión con los módulos RF.



Procesa las señales de banda base uplink y downlink.

Tal como vimos en el capítulo 3, existen diferentes versiones de la tarjeta WBBP. La versión define y limita el número de celdas y el número de channel elements (CEs) soportados en UL y DL. 5.1.1.1.5

UBRI

La tarjeta UBRI proporciona 6 puertos CPRI adicionales para facilitar la convergencia, distribución y transmisión de diferentes tecnologías entre la BBU y las RRU 900MHz. Los tres primeros puertos se configuran para el despliegue de U900, mientras que los tres últimos se configuran para la tecnología GSM

Figura 5-8 Tarjeta UBRI 5.1.1.1.6

UTRP

La UTRP es una tarjeta que permite ampliar la capacidad de la BBU3900. En los casos en los que se configuren más de 4 E1s, la tarjeta UTRP4 provee de 8 E1s soportando el protocolo IP.

Figura 5-9 Tarjeta UTRP 5.1.1.1.7

UPEU

La UPEU es el módulo de potencia de la BBU3900. Además proporciona dos puertos para ocho señales de tipo boolean que sirve para conectar la BBU a la caja de alarmas externas del site.

63

64

Descripción de los Equipos Huawei

Figura 5-10 Tarjeta UPEU 5.1.1.1.8

UEIU

La tarjeta UEIU se encarga de transmitir las señales de alarma y monitorización de los dispositivos externos a la tarjeta de control principal

Figura 5-11 Tarjeta UEIU Al igual que la UPEU proporciona dos puertos EXT-ALM que pueden transmitir cuatro señales booleanas cada uno. Por ello, la UEIU junto con la UPEU ofrecen la posibilidad de transmitir 16 alarmas externas en total (8 cada tarjeta). 5.1.1.1.9

FAN

La unidad FAN controla la velocidad de los ventiladores y reporta el estado de los mismos a la tarjeta de control principal, monitoriza la temperatura de la unidad y disipa el calor de la BBU.

5.1.2 5.1.2.1

Módulos RF RRU (Radio Remote Unit)

La RRU es el módulo RF empleado en configuraciones distribuidas, es decir, se monta cerca de la antena. Se emplea el modelo RRU3908V2 para la banda de 900 MHz (GSM+UMTS) y el modelo RRU3808 para la banda de 2100 MHz (UMTS). También existe el modelo RRU3908V1 para la banda de 1800 MHz, aunque el DCS se suele montar en configuración compacta mediante MRFUs, también para evitar que haya demasiadas RRUs en la torre.

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

65

Figura 5-12 Modelos de RRU La configuración distribuida mediante RRUs permite una mayor cobertura, un menor consumo de energía, menos módulos y no necesita de amplificadores adicionales en recepción para el balance de enlace. La RRU dispone de dos puertos RF TX/RX para conexión a la antena, dos puertos CPRI para conexión a la BBU y también un puerto para comunicación con el RET de la antena, para el tilt eléctrico remoto.

Tabla 5-1 Configuraciones típicas de RRU3908V2 Mode

GSM+UMTS

Total Total Output Output Number of Number of Power per Power per GSM UMTS GSM UMTS Carriers Carriers Carrier (W) Carrier (W)

1

1

40

40

2

1

20

40

3

1

13

40

4

1

10

40

5

1

6

20

1

2

40

20

2

2

20

20

3

2

13

20

4

2

10

20

65

66

Descripción de los Equipos Huawei

Tabla 5-2 Configuración PA1 y PA2 en RRU3908V2 PA1

PA2

Number of Output Number of Output Number of Output Number of Output GSM Power per UMTS Power per GSM Power per UMTS Power per Carriers GSM Carriers UMTS Carriers GSM Carriers UMTS Carrier Carrier Carrier Carrier (W) (W) (W) (W)

1

40

0

0

0

0

1

40

2

20

0

0

0

0

1

40

3

13

0

0

0

0

1

40

4

10

0

0

0

0

1

40

5

6

0

0

0

0

1

20

1

40

0

0

0

0

2

20

2

20

0

0

0

0

2

20

3

13

0

0

0

0

2

20

4

10

0

0

0

0

2

20

Tabla 5-3 Configuraciones típicas de RRU3808V1

Mode

UMTS

Number of PA1 Carriers

Number of PA2 Carriers

Output Power per UMTS Carrier (W)

1

0

40

2

0

20

1

1

40

2

2

20

Tal como se observa en la Tabla 5-2, la RRU posee dos amplificadores de potencia independientes, cada uno con una potencia máxima de 40 W, es decir 80 W para toda la RRU. Existen modelos que permiten llegar a los 60 W por amplificador, 120 W en total.

5.1.2.2

MRFU (Multi-Mode Radio Frequency Unit)

La MRFU es el modulo RF para configuraciones compactas, es decir, van montadas en el bastidor BTS3900 junto a la BBU. Se emplea el modelo MRFUV2 que permite las bandas de 900 y 1800 MHz, tanto para GSM/DCS como para UMTS, aunque sólo suele usarse para GSM/DCS.

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

67

Figura 5-13 MRFU La MRFU dispone de dos puertos RF para conexión a la antena, uno TX/RX y otro sólo RX, dos puertos CPRI para conexión a la BBU.

5.2 Tipos de emplazamiento Podemos hacer dos clasificaciones de los emplazamientos dependiendo de su ubicación y dependiendo del tipo de módulos RF elegidos. Tipos de emplazamiento según ubicación: 

Indoor: El equipo se encuentra dentro de una caseta.



Outdoor: El equipo se encuentra al aire libre.

Si el emplazamiento es indoor la BTS/NodoB recibe la denominación BTS3900 y si es outdoor se denomina BTS3900A.

67

68

Descripción de los Equipos Huawei

Figura 5-14 BTS3900 Indoor

Figura 5-15 BTS3900A Outdoor Tipos de emplazamientos según módulos RF: 

BTS distribuida: El escenario está formado por la BBU (Base Band Unit) y el sistema radiante que, en este caso, es a través de las RRUs (Remote Radio Unit).



BTS compacta: El escenario está formado por la BBU y el sistema radiante que, en este caso, es a través de las RFUs (Radio Frecuency Unit).

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

69

5.3 Escenarios Habituales Veamos los escenarios más habituales.

5.3.1

Indoor GSM900 + DCS1800

En este escenario el DCS va en configuración distribuida mediante MRFUs y el GSM en configuración compacta mediante RRUs. Al combinar el modelo distribuido con el modelo compacto, la GTMU se utilizará para gestionar las RFUs y se añadirá la tarjeta UBRI para gestionar las RRUs del 2G. El esquema de conexiones será el siguiente:

Figura 5-16 Configuración Indoor GSM900 + DCS1800 Esta configuración no lleva UMTS por lo que no son necesarias las tarjetas WMPT y WBBP.

5.3.2

Indoor GSM900 + U900 + U2100

En este caso nuestro escenario es completamente distribuido pero transmitimos tanto 2G como 3G. Como no se utiliza el modelo compacto conectaremos las RRUs del 2G a la GTMU (no utilizaremos UBRI en este escenario). Las RRUs del 3G se conectarán a la WBBP. Si se decidiese activar U900 se conectaría desde las RRUs de G900 (el GSM y el U900 comparten la RRU) a la WBBP, los tres primeros puertos para el U900 y los otros tres para el U2100. El esquema de conexiones será el siguiente:

69

70

Descripción de los Equipos Huawei

Figura 5-17 Configuración Indoor GSM900 + U900 + U2100 En el caso de que se tuviesen más de 3 sectores el esquema variaría ya que en la WBBP no entrarían el U900 y el U2100 juntos, por lo que se añadiría otra tarjeta WBBP para poner cada una de las tecnologías en una diferente.

Figura 5-18 Configuración Indoor GSM900 + U900 + U2100 con 4 sectores

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

5.3.3

71

Indoor GSM900 + DCS1800 + U900 + U2100

Ahora el escenario está formado por las tres bandas. En la parte 2G tenemos en configuración compacta el DCS y en distribuida el GSM por lo que nos hará falta utilizar la UBRI. Las RFUs irán conectadas a los puertos de la GTMU y las RRU de GSM a los puertos de la UBRI. El U2100 irá conectado a la WBBP, al igual que el U900. El esquema es el siguiente:

Figura 5-19 Configuración Indoor GSM900 + DCS1800 + U900 +U2100 Si en este escenario tuviésemos más de 3 sectores, el DCS en lugar de ir colocado en la GTMU en los puertos pares irían conectados en puertos consecutivos. El GSM iría igual salvo que con más sectores y, como no tenemos 8 puertos en la WBBP, colocaríamos otra tarjeta de este tipo, una para el U2100 y otra para el U900. Estos cambios quedan reflejados en la siguiente figura:

71

72

Descripción de los Equipos Huawei

Figura 5-20 Configuración Indoor GSM900 + DCS1800 + U900 +U2100 con 4 sectores

5.3.4

Outdoor GSM900 + DCS1800 + U900 + U2100

La configuración del conexionado de RRUs y MRFUs es la misma que para el caso Indoor. La diferencia entre los escenarios Indoor y Outdoor reside en que, al no estar dentro de una caseta con un generador eléctrico de respaldo, se necesitan colocar baterías.

Figura 5-21 Configuración Outdoor GSM900 + DCS1800 + U900 + U2100

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

5.3.5

73

Escenario cuando no se pueden usar RRUs

En el caso en el que no puedan usarse RRUs habrá que emplear la configuración compacta, y podrá llegar a ser necesario añadir un segundo cabinet.

Figura 5-22 Escenarios en configuración compacta El conexionado sería de la siguiente forma:

Figura 5-23 Configuración Indoor compacta GSM900 + DCS1800 + U900 + U2100

73

6 HERRAMIENTAS DE MONITORIZACIÓN

E

N el capítulo 4 se detallaron diferentes contadores que hay que monitorizar para determinar cuándo hay que realizar ampliaciones en la red. Esos contadores son recopilados por el sistema de supervisión de la red. En el caso de Huawei ese sistema de supervisión se denomina M2000.

En este capítulo se introducen dos herramientas que almacenan la información recopilada por M2000, para posteriormente ser analizada, procesada, emitir reportes, etc. Estas herramientas son PRS y Business Objects. También se presentará un visor de estadísticos desarrollado en Access, para acumular los contadores asociados al consumo de potencia y recursos de channel elements, y poder representarlos de una forma amigable. Este visor se alimenta de reportes generados por PRS o Business Objects. Aparte de monitorizar los contadores de la red, es necesario conocer la configuración de cada nodo para determinar si es necesaria la ampliación, y además saber qué tipo de ampliación hay que llevar a cabo. La configuración de la red se obtiene también a través del sistema de supervisión M2000. Se requiere por un lado conocer distintos parámetros de la red, y por otro, cuantas tarjetas o módulos posee cada nodo, así como el tipo. M2000 es una plataforma centralizada de gestión de redes móviles. En la Figura 6-1 podemos ver la arquitectura del sistema.

Figura 6-1 Arquitectura M2000

75

76

Herramientas de Monitorización

6.1 PRS PRS (Performance Surveillance) es una plataforma para analizar los datos de rendimiento de una red móvil, generar informes personalizados y visualizar informes. Monitoriza la red regularmente y muestra el rendimiento general de la red y el estado operativo en informes. Es aplicable a situaciones tales como construcción, mantenimiento y optimización regular de una red.

Figura 6-2 Arquitectura de PRS Algunas de las características de PRS son: 

PRS puede mostrar los KPIs en diferentes formas, tales como tablas y gráficas.



KPIs personalizados. PRS permite a los usuarios definir fórmulas personalizadas basadas en los KPIs originales, KPIs del sistema y KPIs predefinidos.



Reglas de hora cargada personalizadas. PRS permite a los usuarios personalizar las reglas de hora cargada e identificar las horas cargadas basándose en escenarios específicos.



Informes personalizados. PRS permite a los usuarios personalizar los informes, tales como informes simples, informes de comparación, informes combinados, etc. Los usuarios pueden modificar, borrar, mover, importar y exportar estos informes según sea necesario.



Formatos personalizados de informes. Relacionando los informes con plantillas XLS, PRS permite a los usuarios exportar los resultados de consultas usando plantillas XLS predefinidas. Los usuarios pueden también editar los informes usando las distintas funciones de Excel, tales como fuentes, gráficas, fórmulas y macros.



Generación y entrega de informes de forma planificada. PRS genera automáticamente informes según una fecha y período preestablecido. Una vez generados los informes pueden ser entregados a una dirección de correo electrónico o servidor FTP.

En nuestro caso usaremos PRS para obtener datos de consumo de CEs a nivel horario. PRS permite obtener datos casi en tiempo real, ya que muestra datos de hasta la hora anterior al momento en el que ejecutamos una

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

77

consulta.

6.1.1

Ejecución de una consulta en PRS

Para ilustrar el funcionamiento de PRS vamos a mostrar de forma resumida cómo ejecutar una consulta de datos, concretamente una consulta para obtener el consumo de CEs de los nodos de la red. Estos datos servirán para alimentar el visor de estadísticos Access que hemos comentado anteriormente. Tras introducir el usuario y contraseña necesarios para acceder a la herramienta, pasamos a la página principal del sistema que vemos en la Figura 6-3.

Figura 6-3 Página Principal de PRS En esta página podemos visualizar consultas que ya hayamos creado anteriormente, ver consultas generadas por otros usuarios, importar consultas o generar consultas nuevas. Nosotros nos centraremos en la sección “Report Management”, pero como podemos observar aparecen otras secciones disponibles, como “KPI Analysis” que nos permite analizar en detalle los KPIs, “KPI Management” que nos permite definir KPIs personalizados o “Busy Hour Rule” que nos permite definir reglas personalizadas de Hora Cargada. En la Figura 6-4 podemos observar el aspecto de la herramienta cuando accedemos a una consulta ya definida.

Figura 6-4 Consulta de PRS En la parte superior podemos ver la entidad y el objeto sobre el que se apoya la consulta. En nuestro caso la entidad sería la RNC y dentro de ella el objeto NodoB. También podemos ver las siguientes secciones: 77

78

Herramientas de Monitorización 

Select Object. En esta sección podremos elegir los objetos o elementos de red sobre los que se ejecutará la consulta. Podremos elegir a nivel de toda la red, de RNC, de NodoB o de celda. Así como elegir, por ejemplo, nodos de distintas RNCs. En nuestro caso no nos permitirá elegir a nivel de nodo debido a que los contadores elegidos en esta consulta son a nivel de nodo.



Select KPI. Nos permitirá seleccionar los contadores que queremos que salgan en la consulta, en nuestro caso los contadores asociados al consumo de CEs, así como las licencias y el Hardware disponibles en el nodo, tal como se ve en la Figura 6-5.

Figura 6-5 Selección de contadores en PRS 

Select Time. Nos permitirá seleccionar el período de tiempo sobre el que vamos a ejecutar la consulta, bien indicando la fecha inicial y final, o bien indicando un período a contar desde la fecha actual (un número de horas o días, una semana, etc). También se puede seleccionar a qué nivel de dimensión temporal se ejecuta la consulta, es decir, por ejemplo a nivel de hora o a nivel de día. En esta elección habrá que tener en cuenta la forma de agregación que tiene definida cada contador. Por ejemplo si elegimos un nivel de día, si la forma de agregación temporal del contador es la suma, para un día obtendremos la suma de todas las horas, si es el máximo, obtendremos el valor máximo de todas las horas.

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

79

Figura 6-6 Selección del período temporal en PRS Una vez seleccionados los elementos de red, los contadores/KPIs y el período de tiempo, podremos ejecutar la consulta pulsando en la opción “Query” que podemos ver en la parte inferior de la Figura 6-4. El resultado será el siguiente:

Figura 6-7 Resultado de consulta en PRS Tal como se aprecia en la parte superior de la Figura 6-7, la herramienta nos permite exportar los resultados obtenidos a un archivo Excel o a un archivo formato .csv. Para grandes cantidades de datos se recomienda la exportación a formato .csv, de hecho el sistema convierte el archivo exportado a formato .csv, aunque hayamos elegido el formato Excel, cuando detecta que la cantidad de datos es elevada. El resultado de la consulta se obtiene por defecto en forma de tabla, pero también es posible generar un gráfico a partir de los datos obtenidos.

6.2 Business Objects Business Objects permite a una organización el acceso a sus bases de datos y provee todo tipo de información a todo tipo de usuarios. Permite realizar consultas para extraer la información que interese. El formato de estos 79

80

Herramientas de Monitorización

datos se puede realizar según el gusto del usuario. Los usuarios también pueden analizar la información mediante las técnicas llamadas OLAP o proceso analítico online. Business Objects es una solución para implementar Sistemas de apoyo a la toma de decisiones (Decision support systems –DSS-). En otras palabras, Business Objects desarrolla y licencia un software que permite un fácil acceso a los datos para poder tomar decisiones apoyándose en los hechos y no en la intuición. Esto se hace mediante un sistema que permite consultar, analizar los resultados de la consulta y generar informes con los datos resultantes.

Figura 6-8 Funciones de Business Objects Ventajas de Business Objects: 

No tiene que depender de un departamento informático para generar los informes.



Su curva de aprendizaje es muy corta. No es necesario conocer Structure Query Language (SQL), una base de datos relacional (RDBMS) ni la estructura de los datos para empezar a hacer consultas.



Obtiene los datos de forma segura y el sistema es fácil de mantener.



La última ventaja, pero no la menos importante, es que permite una forma sencilla de acceder a los datos, conocida como capa semántica, que permite acceder a los datos utilizando términos de negocio.

Como hemos comentado, Business Objects es una herramienta genérica para acceder a las bases de datos de una empresa, es decir, es una plataforma externa al sistema se supervisión M2000 de Huawei. Los estadísticos recopilados por M2000 pueden ser exportados a ficheros los cuales pueden ser obtenidos por Business Objects mediante FTP/SFTP. En Business Objects aparecerá esta información disponible dentro de lo que se conoce como Universo. Podemos tener diferentes universos definidos, por ejemplo a nivel de tecnología o a nivel de agregación temporal. A diferencia de PRS, los datos más recientes que nos puede proporcionar Business Objects son los del día anterior. Además, la rapidez en la ejecución de consultas es bastante mayor en PRS que en Business Objects.

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

6.2.1

81

Ejecución de una consulta en Business Objects

Para ilustrar el funcionamiento de Business Objects vamos a mostrar de forma resumida cómo ejecutar una consulta de datos, concretamente una consulta para obtener el consumo de potencia de las celdas de la red. Estos datos servirán para alimentar el visor de estadísticos Access que hemos comentado anteriormente. Tras introducir el usuario y contraseña necesarios para acceder a la herramienta, pasamos a la página principal del sistema que vemos en la Figura 6-9.

Figura 6-9 Ventana Principal de Business Objects En el menú “Archivo” de la Barra de Menú podremos acceder a consultas ya predefinidas o generar nuevas consultas. Si abrimos la consulta de consumo de potencia veremos lo siguiente:

Figura 6-10 Ventana de Consulta de Bussines Objects En la parte izquierda de la Figura 6-10 aparece el Administrador de Informes donde se muestran los diferentes objetos (elementos de red, dimensiones temporales y contadores) que han sido seleccionados del Universo para ser mostrados en la consulta. En la barra de herramientas superior tenemos varios botones, entre los cuales se encuentra el botón para ejecutar la consulta (Actualizar los datos) y el botón para acceder al panel de definición de la consulta que podemos ver en la Figura 6-11.

81

82

Herramientas de Monitorización

Figura 6-11 Panel de Consulta de Business Objects En el Panel de Consulta se distinguen tres secciones: 

Clases y objetos. En esta sección se muestran todos los contadores disponibles de la red, agrupados en diferentes carpetas. También se muestran diferentes entidades de la red (RNC, Nodo, Celda) y entidades temporales (Hora, Día, Semana, etc.).



Objetos del resultado. Arrastrando objetos de la sección anterior a esta sección, seleccionaremos los datos que queremos mostrar en la consulta.



Condiciones. En esta sección se pueden definir condiciones para restringir o filtrar los datos que queremos obtener. Por ejemplo seleccionar una determinada RNC, unos determinados nodos o celdas o un determinado período de tiempo.

Los resultados obtenidos de una consulta se pueden mostrar en formato tabla o como gráfica, y pueden ser exportados a ficheros en diferentes formatos. En nuestro caso, para poder alimentar el visor de estadísticos que veremos posteriormente, exportaremos los datos en formato texto. En la siguiente figura podemos ver el resultado de la consulta sobre consumo de potencia para una celda concreta en formato tabla.

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

83

Figura 6-12 Resultado de Consulta de Business Objects

6.3 Bases de Datos de Parámetros y de Configuración Hardware Como ya hemos comentado, además de saber el valor de los diferentes contadores que va generando la red en su funcionamiento, necesitaremos conocer determinados parámetros definidos en la red, así como la configuración hardware que tiene cada nodo. En cuanto a parámetro nos referimos, por ejemplo, al valor de potencia que tiene disponible una celda, y en cuanto a configuración hardware nos referimos, por ejemplo, al número de tarjetas banda base que posee un nodo y su tipo. Ambas informaciones, parámetros y hardware, se obtienen también a través del sistema de supervisión M2000.

6.3.1

Base de Datos de Parámetros

Haciendo una exportación en M2000 se pueden obtener todos los parámetros definidos en la red. Esta información se estructura en tablas, las cuales están referenciadas, por ejemplo, a nivel de nodo o a nivel de celda. En el caso de la red Huawei, estamos hablando de más de 4000 parámetros estructurados en más de 200 tablas. Para poder manejar toda esta información, los datos obtenidos de M2000 se almacenan en una base de datos Access.

83

84

Herramientas de Monitorización

Figura 6-13 Base de Datos con tablas de parámetros de la red Necesitamos conocer la configuración de sectores, celdas y banda de frecuencia que posee cada nodo. Para ello se desarrolló una base de datos Access, que partiendo de una de las tablas comentadas anteriormente, nos generara un listado de todos los nodos de la red y su configuración. Concretamente partimos de la tabla UMTS_RADIO_UCELL que tiene el listado de todas las celdas de la red. Cada nodo se divide en sectores, y cada sector puede tener hasta cuatro portadoras, una en la banda de 900 MHz y tres en la banda de 2100 MHz. Cada una de las portadoras por sector es una celda. En la siguiente tabla vemos parte de la información suministrada por la tabla UMTS_RADIO_UCELL para un nodo determinado. Tabla 6-1 Parámetros Tabla UMTS_RADIO_UCELL Controller NODEBNAME Name RNC_1 RNC_1 RNC_1 RNC_1 RNC_1 RNC_1 RNC_1 RNC_1 RNC_1 RNC_1 RNC_1 RNC_1

NODO0001 NODO0001 NODO0001 NODO0001 NODO0001 NODO0001 NODO0001 NODO0001 NODO0001 NODO0001 NODO0001 NODO0001

CELLNAME

BANDIND

NODO0001U1A NODO0001U2A NODO0001U3A NODO0001U1B NODO0001U2B NODO0001U3B NODO0001U1C NODO0001U2C NODO0001U3C NODO0001V1A NODO0001V2A NODO0001V3A

0 0 0 0 0 0 0 0 0 7 7 7

CNOPGRP MAXTX UARFCN UARFCN INDEX POWER DOWNLINK UPLINK 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

460 460 460 460 460 460 460 460 460 460 460 460

10688 10688 10688 10663 10663 10663 10638 10638 10638 2959 2959 2959

9738 9738 9738 9713 9713 9713 9688 9688 9688 2734 2734 2734

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

85

Explicamos los parámetros de Tabla 6-1: 

ControllerName: Es la denominación de la RNC.



NODEBNAME: Es la denominación del NodoB.



CELLNAME: Es la denominación de la celda. En la codificación se identifica la banda, el sector y la portadora de cada celda. Los 8 primeros dígitos nos identifican el nodo. El noveno dígito nos indica la banda (U para 2100 y V para 900). El décimo dígito nos indica el sector. Normalmente los nodos suelen tener tres sectores, numerados según su azimut (orientación) y partiendo de 0º. El undécimo dígito nos indica la portadora dentro de la banda.



BANDIND: Identifica la banda (0 para 2100 MHz y 7 para 900 MHz).



CNOPGRPINDEX: Nos puede identificar distintos operadores que están soportados por el nodo.



MAXTXPOWER: Indica la potencia máxima de transmisión downlink de la celda. El parámetro viene expresado en 0.1 dBm. El valor por defecto es 430 (43 dBm = 20 W). En nuestro ejemplo el valor es 460 (46 dBm = 40 W).



UARFCNDOWNLINK y UARFCNUPLINK: Identifica los canales downlink y uplink de la banda UMTS.

La tabla UMTS_RADIO_UCELL contiene otros muchos parámetros, como por ejemplo, el código de scrambling de la celda o el LAC, el código del área de localización. Mediante la base de datos mencionada, y tras un procesamiento de los datos de la tabla UMTS_RADIO_UCELL obtenemos la siguiente tabla de configuración simplificada del nodo. Tabla 6-2 Configuración de portadoras de un NodoB NODEBNAME ControllerName NODO0001 RNC_1

U900 1+1+1

U2100 3+3+3

Dado que el U900 suele compartir la RRU con el GSM900, también necesitaremos conocer la configuración de los TRX de GSM900 para determinar la viabilidad de una ampliación en la banda de 900 MHz.

6.3.2

Base de Datos de Configuración Hardware

A través del sistema de supervisión M2000 podemos obtener también datos de configuración del nodo relativos a las tarjetas que tiene instaladas, tanto a nivel de banda base como de RF, el tipo o modelo de tarjeta, o los grupos de recursos definidos. Mientras que los parámetros se definen a nivel de RNC, la información de configuración se obtiene del nodo. La exportación de M2000 nos genera un fichero Excel con una serie de tablas. 

Bastidores Tabla 6-3 Bastidores del nodo NEType GSMBTS NodeB

NEName NODO0001 NODO0001

Rack No. 0 0

Tendremos un solo bastidor BTS3900 para GSM y UMTS. 

Tarjetas

85

Rack Type BTS3900 BTS3900

86

Herramientas de Monitorización Tabla 6-4 Tarjetas del nodo

NEType

NEName

Node_CN_SRN_SN

GSMBTS

NODO0001

NODO0001_0_0_2_0_-1_-1

GSMBTS

NODO0001

NODO0001_0_0_6_0_-1_-1

GSMBTS

NODO0001

NODO0001_0_4_0_0_-1_-1

GSMBTS

NODO0001

GSMBTS

Board Name

Board Type

RackNo

FrameNo

SlotNo

UBRI

WD53UBRI

0

0

2

GTMU

WD22GTMUb

0

0

6

MRFU

WD5MMRFU73B

0

4

0

MRFU GSM1800

NODO0001_0_4_2_0_-1_-1

MRFU

WD5MMRFU73B

0

4

2

MRFU GSM1800

NODO0001

NODO0001_0_4_4_0_-1_-1

MRFU

WD5MMRFU73B

0

4

4

MRFU GSM1800

GSMBTS

NODO0001

NODO0001_0_60_0_0_-1_-1

MRRU

WD5MJRUAC8E

0

60

0

RRU 900

GSMBTS

NODO0001

NODO0001_0_61_0_0_-1_-1

MRRU

WD5MJRUAC8E

0

61

0

RRU 900

GSMBTS

NODO0001

NODO0001_0_62_0_0_-1_-1

MRRU

WD5MJRUAC8E

0

62

0

RRU 900

GSMBTS

NODO0001

NODO0001_0_4_1_0_-1_-1

MRFU

WD5MJFUE830

0

4

1

MRFU GSM1800

GSMBTS

NODO0001

NODO0001_0_4_3_0_-1_-1

MRFU

WD5MJFUE830

0

4

3

MRFU GSM1800

GSMBTS

NODO0001

NODO0001_0_4_5_0_-1_-1

MRFU

WD5MJFUE830

0

4

5

MRFU GSM1800

NodeB

NODO0001

NODO0001_0_0_0_0_-1_-1

WBBP

QWL1WBBPF4

0

0

0

NodeB

NODO0001

NODO0001_0_0_1_0_-1_-1

WBBP

QWL1WBBPD2

0

0

1

NodeB

NODO0001

NODO0001_0_0_3_0_-1_-1

WBBP

QWL1WBBPD1

0

0

3

NodeB

NODO0001

NODO0001_0_0_7_0_-1_-1

UMPT

WD22UMPTa1

0

0

7

NodeB

NODO0001

NODO0001_0_60_0_0_-1_-1

MRRU

WD5MJRUAC8E

0

60

0

RRU 900

NodeB

NODO0001

NODO0001_0_61_0_0_-1_-1

MRRU

WD5MJRUAC8E

0

61

0

RRU 900

NodeB

NODO0001

NODO0001_0_62_0_0_-1_-1

MRRU

WD5MJRUAC8E

0

62

0

RRU 900

NodeB

NODO0001

NODO0001_0_80_0_0_-1_-1

MRRU

WD5MIRU281

0

80

0

RRU U2100

NodeB

NODO0001

NODO0001_0_81_0_0_-1_-1

MRRU

WD5MIRU281

0

81

0

RRU U2100

NodeB

NODO0001

NODO0001_0_82_0_0_-1_-1

MRRU

WD5MIRU281

0

82

0

RRU U2100

En esta tabla tenemos un listado de las tarjetas instaladas en el nodo, tanto para la parte GSM (GSMBTS) como para la parte UMTS (NodeB). Se indica el tipo de tarjeta y su ubicación física dentro del nodo, mediante el número de bastidor (Cabinet Number), la bandeja dentro del bastidor (Subrack Number) y el slot dentro de la bandeja (Slot Number). Tal como podíamos ver en la Figura 5-3 las tarjetas WBBP podían ir dentro de la BBU en los slots 0 al 4. En nuestro ejemplo tenemos una WBBPF4 en el slot 0, una WBBPD2 en el slot 1 una WBBPD1 en el slot 3. También tenemos una GTMU en el slot 6, una UBRI en el Slot 2 y una UMPT en el slot 7. Como podemos ver las RRU de 900 MHz son comunes al GSM y al UMTS, y en este caso, para el GSM1800 hay instaladas seis MRFUs y no tres, debido a que el nodo tiene también instalado el LTE1800 en configuración MIMO. 

Grupos de recursos banda base UL y DL Tabla 6-5 Grupos de recursos UL Node

Node_CN_SRN_SN

NODO0001 NODO0001_0_0_0 NODO0001 NODO0001_0_0_3 NODO0001 NODO0001_0_0_1

UL BB Group 0 0 1

CN SRN SN 0 0 0

0 0 0

0 3 1

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

87

Tabla 6-6 Grupos de recursos DL Node

Node_CN_SRN_SN

NODO0001 NODO0001_0_0_0 NODO0001 NODO0001_0_0_3 NODO0001 NODO0001_0_0_1

DL BB Group 0 0 1

CN SRN SN 0 0 0

0 0 0

0 3 1

Tendremos dos grupos. El grupo 0 tiene asociadas las tarjetas de los slots 0 y 3 (WBBPF4 y WBBPD1 según la Tabla 6-4). El grupo 1 tiene asociada la tarjeta 1 (WBBPD2 según la Tabla 6-4). 

Asociación entre celda y tarjeta Tabla 6-7 Asignación de celda a tarjeta Status

DL BB CN

DL BB SRN

DL BB SN

Board Type

DL BB Group

UL BB CN

UL BB SRN

UL BB SN

Board Type

UL BB Group

NODO0001 NODO0001U1A

Available

0

0

1

QWL1WBBPD2

1

0

0

1

QWL1WBBPD2

1

NODO0001 NODO0001U2A

Available

0

0

1

QWL1WBBPD2

1

0

0

1

QWL1WBBPD2

1

NODO0001 NODO0001U3A

Available

0

0

1

QWL1WBBPD2

1

0

0

1

QWL1WBBPD2

1

NODO0001 NODO0001U1B

Available

0

0

3

QWL1WBBPD1

0

0

0

3

QWL1WBBPD1

0

NODO0001 NODO0001U2B

Available

0

0

3

QWL1WBBPD1

0

0

0

3

QWL1WBBPD1

0

NODO0001 NODO0001U3B

Available

0

0

3

QWL1WBBPD1

0

0

0

3

QWL1WBBPD1

0

NODO0001 NODO0001U1C

Available

0

0

3

QWL1WBBPD1

0

0

0

3

QWL1WBBPD1

0

NODO0001 NODO0001U2C

Available

0

0

3

QWL1WBBPD1

0

0

0

3

QWL1WBBPD1

0

NODO0001 NODO0001U3C

Available

0

0

3

QWL1WBBPD1

0

0

0

3

QWL1WBBPD1

0

NODO0001 NODO0001V1A

Available

0

0

1

QWL1WBBPD2

1

0

0

1

QWL1WBBPD2

1

NODO0001 NODO0001V2A

Available

0

0

1

QWL1WBBPD2

1

0

0

1

QWL1WBBPD2

1

NODO0001 NODO0001V3A

Available

0

0

1

QWL1WBBPD2

1

0

0

1

QWL1WBBPD2

1

Node

UTRANCELL(T)

6.4 Visor de Estadísticos Aunque tanto PRS como Business Objects permiten representar los contadores de la red mediante gráficas, debido a la gran cantidad de contadores que manejan, presentan una limitación respecto al número de días que pueden acumular. Normalmente mantienen uno o dos meses de datos. Esto nos planteaba la necesidad de crear una herramienta adicional, que nos permitiera mantener un histórico de datos suficiente para analizar las necesidades de ampliación de los nodos. Además nos daba la opción de generar unas gráficas más personalizadas y adaptadas al usuario. Se eligió Microsoft Access para implementar la herramienta, que nos permite acumular gran cantidad de datos, definir consultas sobre esos datos y generar formularios con gráficas de una forma relativamente sencilla. Se definió una base de datos principal que se iría alimentado de datos extraídos mediante consultas de PRS y Business Objects. Este fichero se ubica en una unidad compartida para acceso de todos los usuarios. Además se generó una segunda base de datos, que es en realidad el visor, el cual está vinculado a las tablas de la base de datos principal. Este segundo fichero se ubica en el PC de cada usuario. Esto permite que la ejecución del visor no afecte de unos usuarios a otros, y que cada usuario pueda definir en su visor sus propias consultas e incluso personalizar las gráficas del visor. En las subsecciones 6.1.1 y 6.2.1 vimos como obteníamos consultas, del consumo de CEs y de potencia, de PRS y Business Objects respectivamente. Los resultados se almacenaban en un fichero .csv y en un fichero de 87

88

Herramientas de Monitorización

texto. Ambos ficheros están vinculados a la base de datos principal del visor. Los datos los tenemos a nivel horario, pero como en el visor sólo vamos a almacenar un valor por día, realizamos un procesado de los datos. Dicho procesado consiste en calcular para cada día la hora con el valor máximo de un determinado contador. En caso del consumo de channel elements es el contador VS.LC.DLMax.LicenseGroup.Shared para el downlink, y VS.LC.ULMax.LicenseGroup.Shared para el uplink. En el caso del consumo de potencia es el contador VS.MeanTCP.NonHS para el downlink, y VS.RAC.UL.EqvUserNum para el uplink. Una vez calculada la hora cargada, extraemos el valor del resto de contadores y los vamos acumulando. Extraemos también algunos parámetros de la base de parámetros, como son la potencia máxima de transmisión downlink de la celda MAXTXPOWER (de la tabla UMTS_RADIO_UCELL) o el número máximo de usuarios equivalentes ULTOTALEQUSERNUM (de la tabla UMTS_RADIO_UCELLCAC).

Figura 6-14 Ventana Principal Base de Datos del Visor Dentro del visor disponemos de dos formularios independientes, para representar los datos CEs y potencia. Ambos visores presentan en la parte superior un combo desplegable para poder seleccionar un nodo (en el caso de los CEs) o una celda (en el caso de la potencia). También incluyen un subformulario para poder definir el período de tiempo que se desea representar. Modificando las fechas inicial y final del subformulario podremos hacer un “zoom” en un período determinado.

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

89

Figura 6-15 Formulario Visor CEs En el visor de CEs se representan los datos de consumo downlink y uplink.

Figura 6-16 Formulario Visor Potencia En el caso del visor de potencia, al lado de cada gráfica, disponemos de un botón mediante el cual podemos mostrar en formato tabla los datos de dicha gráfica. Tenemos dos pestañas, una para los datos downlink y otra para los datos uplink. Veamos más en detalle las diferentes gráficas:

89

90

Herramientas de Monitorización 

Gráfica de consumo de channel elements.

Figura 6-17 Gráfica de consumo de CEs En esta gráfica representamos mediante barras el consumo máximo y medio de la hora cargada, y mediante áreas las licencias definidas en el nodo (en azul) y el hardware disponible en el nodo (en amarillo). En gráfico de líneas y referido al eje secundario tenemos el porcentaje de consumo. En este ejemplo podemos observar una ampliación de licencias temporal que se realizó en el nodo, para soportar el aumento de consumo previsto en un período determinado. Concretamente la Semana Santa de 2014. Como se ve en la Figura 6-15 en el formulario de CEs del visor hay una gráfica para el consumo DL y una para el consumo UL. 

Gráfica de consumo de potencia DL.

Figura 6-18 Gráficas Potencia DL

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

91

En el caso de la potencia se decidió separar los contadores en tres gráficas, para poder representarlos de una forma más clara. La selección en el formulario de potencia se realiza por celda y no por nodo como en el caso del formulario de CEs. En la primera gráfica se representan los valores de consumo medio y máximo en hora cargada para la potencia total y la potencia no-HSDPA, en dBm. También se representa mediante barras el número de fallos RRC y RAB en hora cargada. Por RRC entendemos las conexiones establecidas, y por RAB los servicios establecidos. Sobre un mismo RRC podemos tener varios RAB. Los RABs pueden ser de conexión de circuitos y de conexión de paquetes, y en consecuencia, podremos tener fallos de ambos tipos. En la segunda gráfica se representan los valores del CPICH y el valor de potencia de transmisión máximo definido en la celda. Modificando el valor del CPICH podemos “recortar” la celda en casos de congestión. El valor por defecto es 33 dBm. El valor por defecto de la potencia máxima que puede dar una celda es 43 dBm (20 W), pudiéndose ampliar a 46 dBm (40 W). Evidentemente previo pago de la licencia correspondiente. En la tercera gráfica se representa el porcentaje de carga no-HSDPA de la celda, así como de nuevo los fallos RRC y RAB, aunque en este caso los totales del día. El porcentaje de carga es el denominado índice de uso medio de la potencia de portadora transmitida que vimos en el capítulo 3. En este ejemplo podemos observar que cuando el porcentaje de carga está en torno al 70% el nodo empieza a presentar fallos. Para evitar la degradación se efectúa una disminución del CPICH, lo que provoca una caída del consumo de potencia y en consecuencia de la carga del nodo. En este caso el pico de tráfico coincidió con la Cabalgata de Reyes. 

Gráfica de usuarios equivalentes UL y potencia total recibida.

Figura 6-19 Gráfica Usuarios y Potencia UL En este caso los datos se separaron en dos gráficas, y la selección se hace también a nivel de celda. En la primera se representan los usuarios equivalentes en la hora cargada, los fallos RRC y RAB y el umbral definido en el control de admisión para los servicios de datos. En la segunda gráfica se representan los valores máximo, mínimo y medio de la potencia total recibida, así como los fallos totales del día. 91

92

Herramientas de Monitorización

Tal como comentamos en el capítulo 4, el valor mínimo de potencia recibida nos puede permitir detectar en la celda una interferencia externa o un fallo hardware cuando supera los -100 dBm o cuando cae de los -110 dBm. Además del número total de usuarios definidos en el nodo (UlTotalEqUserNum), se pueden definir en el control de admisión diferentes umbrales para cada tipo de servicio (servicios de voz AMR, servicios conversacionales no-AMR, handovers y servicios de datos). Estos umbrales se definen como un porcentaje respecto al número total de usuarios. Cuando un servicio accede a la celda, la RNC evalúa la carga de la celda si el servicio fuera admitido. Si la carga de la celda supera el umbral definido, dicho servicio será rechazado. De lo contrario será admitido. Si estos parámetros tienen un valor alto, serán admitidos más usuarios, pero en esta situación es fácil que el sistema congestione, afectando a la estabilidad de dicho sistema y a la calidad de los servicios activos. Si el valor es bajo, la capacidad de la celda para usuarios equivalentes será menor y el porcentaje de éxito en la admisión disminuirá. En esta situación se reduce la utilización de recursos del sistema.

7 MÉTODOS DE MONITORIZACIÓN Y GESTIÓN

A

lo largo del documento se han ido mostrando los recursos disponibles en una red UMTS. El uso de los smartphones y la demanda creciente de datos por parte de los usuarios, hace que el tráfico en las redes móviles siga aumentando, especialmente en el uso de datos. Este aumento de tráfico puede llegar a consumir los recursos de la red, que inicialmente se desplegó con una capacidad concreta. Por tanto es necesario implementar procesos para detectar aquellos nodos que están llegando a congestionarse, para poder llevar a cabo su ampliación, de forma que la calidad del servicio no se degrade, y el cliente se vea afectado. Además hay que tener en cuenta que los operadores no disponen de un presupuesto ilimitado para ampliar continuamente la red. Es por ello que habrá que intentar conseguir la máxima eficiencia en el aprovechamiento de los recursos, y valorar la degradación permitida en la red antes de realizar una nueva ampliación. Hay dos métodos de monitorizar los recursos del sistema y detectar posibles cuellos de botella: 

Proceso Reactivo. Proceso continuo que cubre las necesidades detectadas mediante la monitorización de la ocupación de recursos.



Planes programados. Cubren las necesidades estacionales de la red.

Estos métodos tendrían su correspondencia con los tipos de comportamiento de tráfico que podemos encontrarnos en los nodos de una red: 

Nodos con crecimiento continuo de tráfico. Sería el comportamiento normal de un nodo de interior.

Figura 7-1 Nodo con crecimiento de tráfico continuo

93

94

Métodos de monitorización y Gestión 

Nodos con crecimiento estacional. Sería el comportamiento de un nodo de costa.

Figura 7-2 Nodo con crecimiento de tráfico estacional 

Nodos con crecimiento eventual. Sería el comportamiento de un nodo que da cobertura en una zona de eventos deportivos, ferias o cualquier otra concentración elevada de usuarios. Estos nodos experimentan un crecimiento muy alto de tráfico en períodos de tiempo muy concretos.

Figura 7-3 Nodo con crecimiento eventual El método reactivo serviría para monitorizar y ampliar nodos con un crecimiento continuo, mientras que los planes programados se emplean para cubrir las necesidades de los nodos con un crecimiento estacional o eventual.

7.1 Proceso Reactivo Como hemos comentado, este método se basa en la monitorización continua de la ocupación de los recursos

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

95

de la red. Cuando se detecta que el uso de los recursos supera de forma continua unos umbrales, será necesario acometer ampliaciones de capacidad para aliviar la congestión de la red. El proceso reactivo incluye tanto la comprobación de los criterios de dimensionado que se definen para cada indicador de consumo de recursos, como la aplicación de un criterio adicional de priorización de inversiones basado en el éxito de establecimiento de llamada. Lo que se conoce como CSSR (Call Setup Success Rate). En la siguiente figura se muestran un ejemplo de los pasos a seguir para implementar un proceso de monitorización reactivo.

Figura 7-4 Proceso Reactivo Al comienzo de cada semana se genera un fichero con la ocupación de los nodos de la red, o lo que se conoce como cuadro de mando. A partir del fichero anterior se obtiene un listado de los nodos infradimensionados. Se realizará un filtrado, eliminando del listado aquellos nodos cuya congestión se pueda haber producido por posibles incidencias en la red. También se filtrarán aquellos nodos afectados por algún evento o estacionalidad. Estos nodos deberán ser cubiertos por los planes programados. En el caso de los eventos, posiblemente, aunque lanzáramos la ampliación dentro del proceso reactivo, su implementación llegaría tarde. En función de los criterios de priorización y de la disponibilidad presupuestaria se definirá finalmente el listado de ampliaciones priorizadas. A continuación se realizará el lanzamiento de los pedidos al suministrador. Estos pedidos pueden implicar la instalación de nuevo hardware en el nodo, como nuevas tarjetas en la BBU o unidades RF de mayor potencia, o simplemente la carga de nuevas licencias software, como ampliaciones de channel elements, ampliaciones de portadoras o ampliaciones de potencia sobre las portadoras existentes. Un tema importante a la hora de definir el fichero con la ocupación de los nodos es la forma en la que agregamos los contadores que estamos monitorizando. Los indicadores serán periódicamente monitorizados empleando una base semanal. El valor significativo semanal de un determinado indicador se obtendrá de la siguiente forma: Para cada indicador, se reunirán los valores máximos de las horas cargadas para los siete días de la semana. Se estimarán dos promedios a partir de estos valores, el primero se corresponderá con los cinco valores desde el lunes al viernes, y el segundo basado en los tres valores desde el viernes al domingo.

Figura 7-5 Cálculo de promedios semanales 95

96

Métodos de monitorización y Gestión

El valor significativo para la semana bajo análisis será el máximo de los dos promedios anteriores. Esta forma de trabajar se debe a que los nodos pueden presentar dos tipos de comportamientos “extremos”. Por un lado, nodos que cubren zonas donde la gente se desplaza los fines de semana. Sería el caso típico de los nodos de costa. Su perfil de tráfico sería por tanto el siguiente:

Figura 7-6 Nodo con tráfico de Fin de Semana Por otro lado, el caso que suele ser más usual, donde el tráfico se concentra fundamentalmente en los días laborables. Su perfil de tráfico sería el siguiente:

Figura 7-7 Nodo con tráfico de No-Fin de Semana Evidentemente habrá nodos con comportamientos intermedios entre los dos anteriores, o que incluso varían su comportamiento según la época del año. En cualquier caso, esta operativa nos garantiza que la media semanal obtenida sea representativa del valor de tráfico del nodo, y en consecuencia de sus indicadores de capacidad. Si por ejemplo, para un nodo de playa hiciéramos el promedio para toda la semana, el valor obtenido se vería atenuado por los valores de lunes a

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

97

jueves, por lo que el análisis de sus necesidades en cuanto a capacidad sería erróneo.

7.1.1

Cuadro de mandos del proceso reactivo

La elaboración del fichero de ocupación de los nodos se basará en la monitorización semanal de los indicadores de capacidad. Estos indicadores serán el consumo de CEs en el nodo, el consumo de potencia DL en las celdas y la carga de procesado del nodo, que son fundamentalmente los que generan la necesidad de una ampliación en un nodo. Para cada uno de ellos generaremos un fichero con el consumo de cada nodo. Los indicadores se extraerán semanalmente de las herramientas de monitorización, tales como PRS o Business Objects. En la siguiente tabla mostramos un grupo de nodos extraído del fichero de consumo de CEs en el uplink. Tabla 7-1 Ejemplo de listado de consumos de CEs L

M

X

J

V

S

D

Promedio L-V CE

Promedio V-S-D CE

Max Promedio CE

CE UL Lic

CE UL HW

% Ocupación

Fuera de umbral UL

NODO0001

213,73

194,49

61,47

192,62

181,92

132,32

72,62

168,85

128,95

168,85

1408

1408

11,99%

No

NODO0002

205,80

185,73

118,80

197,19

207,66

169,62

134,85

183,04

170,71

183,04

2048

2048

8,94%

No

NODO0003

97,60

93,49

68,46

96,33

87,30

66,56

62,72

88,64

72,19

88,64

960

960

9,23%

No

NODO0004

133,93

122,16

75,20

111,49

105,08

76,74

71,83

109,57

84,55

109,57

1280

1280

8,56%

No

NODO0005

90,98

65,00

52,39

66,82

56,98

70,98

67,88

66,44

65,28

66,44

1280

1280

5,19%

No

NODO0006

280,40

295,24

293,11

305,18

324,55

325,46

309,72

299,70

319,91

319,91

400

1472

79,98%

Sí

NODO0007

404,10

412,77

421,60

403,79

464,14

388,99

450,18

421,28

434,43

434,43

496

1664

87,59%

Sí

NODO0008

362,44

376,77

389,03

342,89

389,97

324,70

374,15

372,22

362,94

372,22

448

1344

83,08%

Sí

El porcentaje de ocupación uplink, o el UL_CE_Mean_Ratio tal como vimos en la sección 4.1.5, lo obtendremos dividiendo el máximo promedio semanal entre las licencias disponibles en el nodo. En el caso de que el porcentaje de consumo sea superior al 70%, se considerará que el nodo está fuera de umbral. El hecho de no apurar toda la capacidad para considerar que el nodo está fuera de umbral, proporciona un margen de tiempo para que, en el caso de que el consumo siguiera creciendo, la ampliación llegara antes de alcanzar la capacidad máxima. Para el consumo downlink se generaría un listado similar. Para el consumo de potencia de cada nodo obtenemos primero el consumo a nivel de celda, tal como muestra la siguiente tabla: Tabla 7-2 Consumo de potencia de un nodo a nivel de celda L

M

X

J

V

S

D

Sector

Promedio L-V

Promedio V-S-D

Max Promedio Pot

Potencia Ref

% Ocupación

Fuera de umbral

NODO0001U1A

37,58

37,60

37,55

37,52

37,60

37,43

37,30

1

37,57

37,44

37,57

19,95

0,29

No

NODO0001U1B

37,30

37,32

37,38

37,38

37,34

37,16

37,20

1

37,34

37,23

37,34

19,95

0,27

No

NODO0001U1C

36,84

37,00

36,95

36,88

36,85

36,71

36,65

1

36,90

36,74

36,90

19,95

0,25

No

NODO0001U2A

37,86

37,86

37,79

37,97

37,88

36,67

36,54

2

37,87

37,03

37,87

19,95

0,31

No

NODO0001U2B

37,49

37,48

37,41

37,50

37,61

36,41

36,35

2

37,50

36,79

37,50

19,95

0,28

No

NODO0001U2C

36,73

36,77

36,77

36,76

36,89

36,74

36,23

2

36,78

36,62

36,78

19,95

0,24

No

NODO0001U3A

42,03

42,07

42,22

42,60

42,31

38,41

38,17

3

42,25

39,63

42,25

19,95

0,84

Sí

NODO0001U3B

41,12

41,25

41,33

41,83

41,57

38,15

37,81

3

41,42

39,18

41,42

19,95

0,69

No

NODO0001U3C

40,90

41,00

41,12

41,33

40,86

37,43

36,98

3

41,04

38,43

41,04

19,95

0,64

No

NODO0001V1A

37,43

37,46

37,64

37,65

37,67

37,89

38,14

1

37,57

37,90

37,90

19,95

0,31

No

NODO0001V2A

38,44

38,45

38,47

38,76

38,77

38,30

38,47

2

38,58

38,51

38,58

19,95

0,36

No

NODO0001V3A

39,13

39,34

39,30

39,83

39,69

37,49

37,50

3

39,46

38,22

39,46

19,95

0,44

No

97

98

Métodos de monitorización y Gestión

Habrá que comparar el promedio semanal de cada celda con su potencia definida. En este caso todas las celdas del nodo están definidas a 43 dBm (19,95 W). El umbral de potencia considerado será también del 70%. Se considerará que el consumo de potencia del nodo vendrá dado por el consumo máximo de sus sectores. A su vez, el consumo de cada sector será el promedio de los consumos de sus celdas. Teóricamente las celdas de un sector se parametrizan para que haya un balanceo de carga entre todas ellas. Si no es así será necesario revisar y optimizar el sector para intentar conseguir alcanzar ese balanceo, de forma que se aproveche al máximo la potencia disponible en todo el sector. A partir de la tabla anterior llegaremos al consumo a nivel de nodo: Tabla 7-3 Consumo de potencia del nodo Emplazamiento % Ocupación Fuera de umbral

65,36%

NODO0001

No

Como vemos, aunque una de las celdas del nodo presentaba un consumo fuera de umbral, no se considera todavía que el nodo también esté fuera de umbral. Para la carga CNBAP de los nodos podremos tener un fichero de la siguiente forma: Tabla 7-4 Ejemplo de listado de carga CNBAP L

M

X

J

V

S

D

Capacidad CNBAP

Carga CNBAP L

Carga CNBAP M

Carga CNBAP X

Carga CNBAP J

Carga CNBAP V

Carga CNBAP S

Carga CNBAP D

Fuera de umbral

NODO0010

144

146

140

124

132

106

118

170

84,66%

86,08%

82,40%

72,70%

77,70%

62,21%

69,46%

Sí

NODO0011

95

126

124

116

95

77

81

180

52,78%

69,77%

69,03%

64,49%

52,69%

42,55%

45,14%

Sí

NODO0012

106

160

115

107

123

118

113

170

62,35%

93,82%

67,89%

63,19%

72,55%

69,26%

66,62%

Sí

Nodo

En este caso, se considerará que un nodo está fuera de umbral cuando supera el 60% de carga CNBAP durante tres días consecutivos. Obtendremos el porcentaje de carga mediante las fórmulas (4-14) y (4-15) que ya vimos en el capítulo 4, aunque por simplicidad en el cálculo se empleará la fórmula (4-15), que es la más restrictiva. Necesitaremos conocer la capacidad CNBAP de cada nodo, que como vimos dependía del tipo de tarjetas que tuviera instaladas. En el caso del ejemplo: Tabla 7-5 Capacidad CNBAP de nodos WMPT

UTRP

UTRPc

UMPT

WBBPb

WBBPd

WBBPf

Capacidad CNBAP

NODO0010

1

0

0

0

0

4

0

170

NODO0011

1

1

0

0

0

3

0

180

NODO0012

1

0

0

0

0

3

1

170

Nodo

A partir de toda la información anterior podremos elaborar el cuadro de mandos, al que incorporaremos el dato del CSSR, que veremos con más detalle en el siguiente apartado. De esta forma, un ejemplo de cuadro de mandos podría ser el siguiente:

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

99

CSSR PS semana N-2

CSSR PS semana N-3

CSSR PS semana N-4

CSSR mes

Peor Sector

%Ocupación Potencia semana N-1

%Ocupación Potencia semana N-2

%Ocupación Potencia semana N-3

%Ocupación Potencia semana N-4

%Ocupación CE_UL semana N-4

%Carga CNBAP fuera de umbral

99,67%

99,68%

99,76%

98,66%

99,59%

2

59%

57%

51%

59%

72%

67%

59%

71%

SI

CE+CNBAP

99,61%

99,64%

99,54%

99,27%

99,57%

1

38%

36%

36%

42%

290%

283%

281%

254%

SI

NODO0012

CNBAP

99,22%

99,40%

99,30%

98,74%

99,24%

2

56%

57%

60%

61%

64%

63%

58%

59%

SI

NODO0013

POT

98,28%

99,21%

98,94%

98,93%

98,76%

1

72%

22%

19%

28%

25%

18%

14%

30%

NO

NODO0014

CE

98,47%

98,67%

98,41%

97,90%

98,46%

3

45%

46%

40%

40%

77%

80%

70%

71%

NO

NODO0015

CE

98,21%

98,53%

98,26%

98,24%

98,32%

2

30%

29%

28%

33%

96%

80%

78%

119%

NO

%Ocupación CE_UL semana N-3

CSSR PS semana N-1

CE+CNBAP

NODO0011

%Ocupación CE_UL semana N-2

Fuera umbral Dashboard

NODO0010

%Ocupación CE_UL semana N-1

NODOB

Tabla 7-6 Ejemplo de cuadro de mandos

En el cuadro de mandos semanal mantendremos un histórico de los distintos indicadores para poder priorizar y decidir la ampliación final de un nodo. Aunque los consumos de recursos estén fuera de umbral, sólo se lanzará la ampliación en el caso de que el cliente esté siendo afectado, es decir, cuando el CSSR empieza a degradar de forma continuada. Se calcula el promedio de CSSR mensual dándole mayor peso a la última semana, y se priorizarán los nodos que están por debajo de un determinado umbral, completando el listado de nodos a ampliar hasta consumir el presupuesto que haya disponible. Es por ello que será importante verificar la viabilidad de la ampliación y el coste económico que supone. Además también será importante filtrar del listado aquellos nodos cuyo CSSR se haya visto impactado por una incidencia en la red o por un evento que ya ha pasado. En relación con la afectación del usuario, otro indicador que puede tenerse en consideración es el throughput ofrecido por la celda. Es algo que ha ido tomando relevancia debido a las crecientes necesidades de consumo de datos que hay en las redes actuales. Una vez salvada la accesibilidad al servicio, es necesario que el servicio sea rápido. De esta forma si un usuario, por ejemplo, puede navegar por internet pero la navegación es muy lenta, su percepción de la calidad de dicho servicio se verá afectada. Cabe la posibilidad de que un nodo no presente congestión de sus recursos, ni bajo CSSR, pero que su throughput ofrecido sea bajo, debido a que los servicios de datos tienden a darse en modo “best effort”, permitiendo el sistema el acceso a más usuarios pero a una menor velocidad. Otro punto importante a revisar semanalmente es el consumo de CEs a nivel de grupo. Puede que un nodo no presente congestión de consumo de CEs a nivel del nodo, pero sí que la esté presentando a nivel de los grupos de recursos definidos en el nodo. Como vimos las celdas se agrupan en distintos grupos de recursos. Ilustraremos esta situación con un ejemplo de un nodo concreto. Un nodo presentaba la siguiente configuración de tarjetas y grupos a nivel uplink: Tabla 7-7 Ejemplo de tarjetas de un nodo NEType

NEName

Node_CN_SRN_SN

Board Name

Board Type

RackNo FrameNo SlotNo

NodeB NODO0100 NODO0100_0_0_0_0_-1_-1 WBBP QWL1WBBPD1

0

0

0

NodeB NODO0100 NODO0100_0_0_1_0_-1_-1 WBBP QWL1WBBPD2

0

0

1

NodeB NODO0100 NODO0100_0_0_3_0_-1_-1 WBBP QWL1WBBPD1

0

0

3

Tabla 7-8 Ejemplo de grupos de recursos UTRANCELL(T) NODO0100B1A NODO0100B2A NODO0100B3A

UL BB CN 0 0 0

UL BB SRN 0 0 0

UL BB SN 0 0 0

99

Board Type QWL1WBBPD1 QWL1WBBPD1 QWL1WBBPD1

UL BB Group 1 1 1

100

Métodos de monitorización y Gestión

UTRANCELL(T) NODO0100B1B NODO0100B2B NODO0100B3B NODO0100B1C NODO0100B2C NODO0100B3C NODO0100F1A NODO0100F2A NODO0100F3A

UL BB CN 0 0 0 0 0 0 0 0 0

UL BB SRN 0 0 0 0 0 0 0 0 0

UL BB SN 3 1 3 3 1 3 0 0 0

Board Type QWL1WBBPD1 QWL1WBBPD2 QWL1WBBPD1 QWL1WBBPD1 QWL1WBBPD2 QWL1WBBPD1 QWL1WBBPD1 QWL1WBBPD1 QWL1WBBPD1

UL BB Group 0 0 0 0 0 0 1 1 1

El nodo tenía por tanto dos tarjetas WBBPD1 y una tarjeta WBBPD2. El grupo 0 tenía asignada una WBBPD1 y una WBBPD2, y el grupo 1 tenía asignada una WBBPD1. La D1 dispone de 192 CEs y la D2 dispone de 384 CEs. Además el nodo tenía licencias definidas para toda su capacidad hardware, es decir, 2x192+384=792 CEs. Sin embargo a nivel de grupo, el grupo 0 tenía 192+384=576 CEs, y el grupo 1 tenía 192 CEs. Observando el consumo de CEs del nodo, presentaba la siguiente gráfica:

Figura 7-8 Ejemplo de consumo de CEs de un nodo Es decir, el consumo de CEs del nodo estaba en torno al 50% de su capacidad, por lo que no debería presentar problemas. Sin embargo viendo el consumo de CEs a nivel de grupo teníamos lo siguiente:

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

101

Figura 7-9 Consumo de CEs a nivel de grupo El grupo 1 había alcanzado el máximo de su capacidad. Por ello hubo que reconfigurar los grupos, pasando una WBBPD1 del grupo 0 al grupo 1, y por tanto el grupo 1 quedaba con dos WBBPD1 (384 CEs) y el grupo 0 con una WBBPD2 (384 CEs). Extrayendo una consulta de los contadores de fallos RRC y RAB, que explicaremos en la siguiente sección, se observa una degradación del servicio que coincide con el período que se observa en la gráfica anterior. Tabla 7-9 Ejemplo de fallos por congestión de CEs Día F. (Dim) 03/05/2015

Hora (Dim)

Vs Rab Failestcs Ulce Cong

Vs Rab Failestps Ulce Cong

Vs Rrc Rej Ul Ce Cong

0

0,00

0,00

0,00

03/05/2015

1

0,00

0,00

0,00

03/05/2015

2

0,00

0,00

0,00

03/05/2015

3

0,00

0,00

0,00

101

102

Métodos de monitorización y Gestión Día F. (Dim) 03/05/2015

7.1.2

Hora (Dim)

Vs Rab Failestcs Ulce Cong

Vs Rab Failestps Ulce Cong

Vs Rrc Rej Ul Ce Cong

4

0,00

0,00

0,00

03/05/2015

5

0,00

0,00

0,00

03/05/2015

6

0,00

0,00

0,00

03/05/2015

7

0,00

0,00

0,00

03/05/2015

8

0,00

0,00

0,00

03/05/2015

9

0,00

0,00

0,00

03/05/2015

10

0,00

0,00

0,00

03/05/2015

11

0,00

0,00

0,00

03/05/2015

12

0,00

4,00

8,00

03/05/2015

13

0,00

23,00

67,00

03/05/2015

14

0,00

8,00

20,00

03/05/2015

15

0,00

42,00

61,00

03/05/2015

16

0,00

20,00

20,00

03/05/2015

17

0,00

2,00

3,00

03/05/2015

18

0,00

8,00

16,00

03/05/2015

19

0,00

2,00

9,00

03/05/2015

20

0,00

0,00

0,00

03/05/2015

21

0,00

0,00

0,00

03/05/2015

22

0,00

0,00

0,00

03/05/2015

23

0,00

0,00

0,00

CSSR (Call Setup Success Rate)

Definimos el CSSR como el porcentaje de llamadas realizadas con éxito respecto al total de intentos. En una llamada entran en juego dos conceptos que ya hemos mencionado anteriormente, RRC y RAB. Por RRC se entiende el establecimiento de la conexión con la RNC, y por RAB se entiende el establecimiento de un servicio determinado sobre una conexión RRC. Como dijimos, sobre una conexión RRC podemos tener varios servicios establecidos. El porcentaje de éxito de las llamadas realizadas vendrá por tanto determinado por el porcentaje de éxito de los RRCs y el porcentaje de éxito de los RABs, es decir el CSSR_RRC y el CSSR_RAB, tal como vemos en la siguiente fórmula:

𝐶𝑆𝑆𝑅 = 𝐶𝑆𝑆𝑅_𝑅𝑅𝐶 × 𝐶𝑆𝑆𝑅_𝑅𝐴𝐵 =

É𝑥𝑖𝑡𝑜𝑠_𝑅𝑅𝐶 É𝑥𝑖𝑡𝑜𝑠_𝑅𝐴𝐵 × 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠_𝑅𝑅𝐶 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠_𝑅𝐴𝐵

(7–1)

Además se hace una distinción entre las llamadas mediante conmutación de paquetes, y las llamadas mediante conmutación de datos, CS o Circuit Switched y PS o Packet Switched. Tendremos por tanto un porcentaje de éxito de llamadas de circuitos y un porcentaje de éxito de llamadas de datos: 𝐶𝑆𝑆𝑅_𝐶𝑆 = 𝐶𝑆𝑆𝑅_𝐶𝑆_𝑅𝑅𝐶 × 𝐶𝑆𝑆𝑅_𝐶𝑆_𝑅𝐴𝐵 =

É𝑥𝑖𝑡𝑜𝑠_𝐶𝑆_𝑅𝑅𝐶 É𝑥𝑖𝑡𝑜𝑠_𝐶𝑆_𝑅𝐴𝐵 × 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠_𝐶𝑆_𝑅𝑅𝐶 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠_𝐶𝑆_𝑅𝐴𝐵

(7–2)

𝐶𝑆𝑆𝑅_𝑃𝑆 = 𝐶𝑆𝑆𝑅_𝑃𝑆_𝑅𝑅𝐶 × 𝐶𝑆𝑆𝑅_𝑃𝑆_𝑅𝐴𝐵 =

É𝑥𝑖𝑡𝑜𝑠_𝑃𝑆_𝑅𝑅𝐶 É𝑥𝑖𝑡𝑜𝑠_𝑃𝑆_𝑅𝐴𝐵 × 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠_𝑃𝑆_𝑅𝑅𝐶 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠_𝑃𝑆_𝑅𝐴𝐵

(7–3)

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

103

Cuando un nodo empieza a presentar problemas su CSSR bajará. Podemos entonces determinar el origen de dichos problemas analizando los contadores de congestión. Tendremos contadores de congestión asociados al establecimiento de la conexión RRC y contadores asociados al establecimiento del RAB. 7.1.2.1

Contadores asociados a la congestión RRC

En la siguiente tabla podemos ver las causas de rechazo en el establecimiento de la conexión RRC y los contadores correspondientes. Tabla 7-10 Causas de congestión RRC Causa del Rechazo Congestión por potencia en el Uplink

Contador VS.RRC.Rej.ULPower.Cong

Congestión por potencia en el Downlink

VS.RRC.Rej.DLPower.Cong

Congestión por CEs en el Uplink

VS.RRC.Rej.ULCE.Cong

Congestión por CEs en el Downlink

VS.RRC.Rej.DLCE.Cong

Congestión por Ancho de Banda Iub VS.RRC.Rej.ULIUBBand.Cong en el Uplink Congestión por Ancho de Banda Iub VS.RRC.Rej.DLIUBBand.Cong en el Downlink Congestión por recursos de códigos en el Downlink

VS.RRC.Rej.Code.Cong

La tasa de bloqueo RRC se calcula de la siguiente forma:

𝑉𝑆. 𝑅𝑅𝐶. 𝐵𝑙𝑜𝑐𝑘. 𝑅𝑎𝑡𝑒 =

𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑅𝑅𝐶 𝑅𝑒𝑗 × 100% 𝑉𝑆. 𝑅𝑅𝐶. 𝐴𝑡𝑡𝐶𝑜𝑛𝑛𝐸𝑠𝑡𝑎𝑏. 𝑆𝑢𝑚

(7–4)

donde

Total RRC Rej = VS.RRC.Rej.ULPower.Cong + VS.RRC.Rej.DLPower.Cong + VS.RRC.Rej.ULCE.Cong + VS.RRC.Rej.DLCE.Cong + VS.RRC.Rej.ULIUBBand.Cong + VS.RRC.Rej.DLIUBBand.Cong + VS.RRC.Rej.Code.Cong

(7–5)

Y VS.RRC.AttConnEstab.Sum mide el número de solicitudes de establecimiento de conexión RRC en una celda.

7.1.2.2

Contadores asociados a la congestión RAB

En la siguiente tabla podemos las causas de rechazo en el establecimiento de la conexión RAB y los contadores correspondientes.

103

104

Métodos de monitorización y Gestión Tabla 7-11 Causas de congestión RAB Causa del Rechazo

Contador

Congestión por potencia en el Uplink

● VS.RAB.FailEstabCS.ULPower.Cong: número de establecimientos de conexión RAB CS fallidos debidos a congestión de potencia en el uplink en una celda ● VS.RAB.FailEstabCS.DLPower.Cong: número de establecimientos de conexión RAB CS fallidos debidos a congestión de potencia en el downlink en una celda ● VS.RAB.FailEstabPS.ULPower.Cong: número de establecimientos de conexión RAB PS fallidos debidos a congestión de potencia en el uplink en una celda ● VS.RAB.FailEstabPS.DLPower.Cong: número de establecimientos de conexión RAB PS fallidos debidos a congestión de potencia en el downlink en una celda

Congestión por CEs en el Uplink

● VS.RAB.FailEstabCS.ULCE.Cong: número de establecimientos de conexión RAB CS fallidos debido a congestión CE uplink en una celda ● VS.RAB.FailEstabPS.ULCE.Cong: número de establecimientos de conexión RAB PS fallidos debido a congestión CE uplink en una celda

Congestión por CEs en el Downlink

● VS.RAB.FailEstabCS.DLCE.Cong: número de establecimientos de conexión RAB CS fallidos debido a congestión CE downlink en una celda ● VS.RAB.FailEstabPs.DLCE.Cong: número de establecimientos de conexión RAB PS fallidos debido a congestión CE downlink en una celda

● VS.RAB.FailEstabCs.Code.Cong: número de establecimientos de conexión RAB CS fallidos debido a congestión de recursos de códigos en una celda Congestión por recursos de códigos en el Downlink ● VS.RAB.FailEstabPs.Code.Cong: número de establecimientos de conexión RAB PS fallidos debido a congestión de recursos de códigos en una celda

Congestión por Ancho de Banda Iub

● VS.RAB.FailEstabCS.DLIUBBand.Cong: número de solicitudes de asignación RAB CS rechazadas debido a congestión en el ancho de banda Iub downlink en una celda ● VS.RAB.FailEstabCS.ULIUBBand.Cong: número de solicitudes de asignación RAB CS rechazadas debido a congestión en el ancho de banda Iub uplink en una celda ● VS.RAB.FailEstabPS.DLIUBBand.Cong: número de solicitudes de asignación RAB PS rechazadas debido a congestión en el ancho de banda Iub downlink en una celda ● VS.RAB.FailEstabPS.ULIUBBand.Cong: número de solicitudes de asignación RAB PS rechazadas debido a congestión en el ancho de banda Iub uplink en una celda

La tasa de bloqueo RAB se calcula de la siguiente forma:

𝑉𝑆. 𝑅𝐴𝐵. 𝐵𝑙𝑜𝑐𝑘. 𝑅𝑎𝑡𝑒 =

𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑅𝐴𝐵 𝐹𝑎𝑖𝑙 × 100% 𝑉𝑆. 𝑅𝐴𝐵. 𝐴𝑡𝑡𝐸𝑠𝑡𝑎𝑏. 𝐶𝑒𝑙𝑙

(7–6)

donde VS.RAB.AttEstab.Cell mide el número total de solicitudes de conexión RAB en la celda. Este contador se calcula de la siguiente forma:

VS.RAB.AttEstab.Cell = VS.RAB.AttEstabCS.Conv + VS.RAB.AttEstabCS.Str + VS.RAB.AttEstabPS.Conv + VS.RAB.AttEstabPS.Bkg + VS.RAB.AttEstabPS.Int + VS.RAB.AttEstabPS.Str

(7–7)

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

105

7.2 Planes programados Los planes programados tratan de adelantarse a los crecimientos estacionales que sufre la red. Estos crecimientos estacionales están provocados por los movimientos naturales de los usuarios a lo largo de todo el año, que provocan crecimientos relevantes de tráfico en determinadas zonas, que de no ser por dichos planes, generarían problemas serios de congestión. En la siguiente figura podemos ver los más relevantes.

Figura 7-10 Planes programados El último caso, que hemos denominado Calidad, no sería estrictamente una estacionalidad. Cambios en parametrizaciones de la red o la activación de nuevas funcionalidades pueden provocar un crecimiento en el consumo de los recursos de la red. Normalmente, antes de realizar estos cambios de forma masiva, se realizan pruebas en un número reducido de nodos, para ver su impacto en la capacidad de la red. De esta forma podremos estimar las ampliaciones necesarias antes de implementar los cambios en toda la red. Para la realización de los planes programados será básico disponer de un histórico de los indicadores de red, tanto para poder estimar el tráfico futuro aplicando un factor de crecimiento al tráfico del año anterior, como para poder determinar los nodos que se ven afectados por ese comportamiento estacional. En los siguientes apartados veremos cómo determinar el universo de nodos, y un ejemplo de la elaboración de un plan programado.

7.2.1

Universo de nodos afectados por el plan

Debido a que el volumen de nodos que puede manejar un operador es elevado, podemos estar hablando de miles de nodos, es importante tener un listado de los nodos que realmente se ven afectados por la estacionalidad que estamos analizando. Esto nos permitirá centrar los esfuerzos en dichos nodos, tanto en su 105

106

Métodos de monitorización y Gestión

análisis y priorización de sus ampliaciones, como en su posterior monitorización durante la estacionalidad o evento, para intentar corregir posibles problemas sobre la marcha. Una vez más, hay que señalar, que los presupuestos con los que cuentan los operadores para un determinado plan están acotados, y por tanto es necesario aprovechar las inversiones al máximo. Se evita de esta forma, mediante este filtrado, considerar nodos con un comportamiento no estacional, que deberían ser gobernados mediante el proceso reactivo. La elección de los nodos se lleva a cabo combinando dos análisis: 

Un análisis geográfico, seleccionando los nodos que estén ubicados en las zonas donde consideramos que se va a producir el crecimiento de tráfico.



Un análisis de tráfico, seleccionando los nodos que históricamente han experimentado dicho crecimiento de tráfico.

Veamos por ejemplo el caso de la elaboración de un plan programado para el verano. Si empleamos sólo el análisis geográfico, podríamos pensar que los nodos que van a experimentar el crecimiento son los nodos situados en la costa. Sin embargo, analizando los datos de tráfico, se comprueba que también hay muchos nodos de interior que sufren un incremento relevante. Si por el contrario, nos basáramos sólo en los datos históricos de tráfico, podríamos pasar por alto nodos para los cuales no disponemos de dichos datos, por ejemplo nodos de reciente integración, o nodos para los que tenemos la información pero que no tuvieron un comportamiento estival debido, por ejemplo, a una incidencia o a algún tipo de parametrización. Para el análisis geográfico emplearemos algún sistema de información geográfica, como puede ser MapInfo o Google Earth, donde representaremos la ubicación de los nodos de la red a partir del conocimiento de sus coordenadas. También se podrán representar las orientaciones de los sectores. Siguiendo con el caso de un plan estival, realizaremos el análisis de tráfico basándonos en el tráfico semanal del último año. Consideraremos que un nodo es estival cuando su perfil de tráfico presenta un “joroba” significativa en verano. Para ello fijaremos las siguientes condiciones: 

4 semanas o más en verano con promedio de tráfico un 40% superior al promedio anual. Se filtrarían así picos ocasionados por eventos y se absorbe parte del crecimiento sostenido del tráfico.



Promedio de tráfico en verano superior al promedio de mayo (>10%).



Promedio de tráfico en verano superior al promedio de octubre en adelante (>10%).

Las dos últimas condiciones se incluyen para no contabilizar los nodos que hayan experimentado un crecimiento justo antes del verano y que dicho crecimiento se mantenga después del verano. Mostremos algunos ejemplos gráficos de nodos para verlo de forma más clara:

Figura 7-11 Ejemplo filtrado nodo estival I Este nodo cumple las condiciones establecidas, reafirmando la gráfica su comportamiento estival.

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

107

Figura 7-12 Ejemplo filtrado nodo estival II Este nodo no cumple ninguna de las condiciones y por tanto no lo consideraremos estival.

Figura 7-13 Ejemplo filtrado nodo estival III En este nodo se observa un pico de tráfico de más de un 40% del promedio anual. Sin embargo, al basarnos en el promedio de al menos cuatro semanas, evitamos considerarlo estival.

Figura 7-14 Ejemplo filtrado nodo estival IV Este nodo podríamos haberlo considerado estival si hubiésemos usado sólo el criterio del 40%. Sin embargo al mantener su tráfico una vez pasado el verano, no cumple la tercera condición de nuestro análisis. Este nodo en concreto, presenta este comportamiento, debido a que estaba congestionado. Una vez que fue ampliado, justo antes del verano, experimentó un escalón de tráfico, pero no por causa estival.

107

108

Métodos de monitorización y Gestión

7.2.2

Ejemplo de un plan programado

Un plan programado consiste en estimar el tráfico que cursarán los nodos en un período determinado, de cara a lanzar las ampliaciones que sean necesarias. Para ello aplicaremos un factor de crecimiento interanual al tráfico que cursaron los nodos en el período anterior. Ese factor de crecimiento puede ser suministrado a los departamentos de planificación de un operador por parte de las unidades de negocio, que valoran parámetros como las expectativas de nuevos usuarios, el porcentaje de penetración poblacional o el lanzamiento de nuevas tarifas que puedan alterar el uso que los usuarios puedan hacer de su móvil. En este caso, se trataba de estimar las ampliaciones de channel elements y potencia necesarias para el período navideño. Al no disponer de unos factores de crecimiento suministrados por las unidades de negocio, hubo que calcularlos basándonos en el histórico de consumos de los nodos. Para los channel elements teníamos la siguiente evolución del consumo:

Figura 7-15 Evolución anual del consumo de CEs En base a la evolución anterior se estimó un porcentaje de crecimiento interanual para uplink del 25%, y aunque el crecimiento downlink se mantenía prácticamente plano se consideró una factor del 5%. Para el caso de la potencia se hizo un análisis similar obteniendo un factor de crecimiento del 15%. Aplicaremos los factores de crecimiento a los valores significativos semanales de consumo de las navidades anteriores para obtener los consumos estimados en las próximas navidades. En la siguiente tabla podemos ver un ejemplo de cómo podría ser el fichero de análisis. Tabla 7-12 Ejemplo de estimación de CEs Site

CE DL CE UL CE DL CE UL DL UL NEC NEC UL NAV 13 NAV 13 NAV 14 NAV 14 ACT ACT DL

CE DL Lic

CE DL HW

CE UL Lic

CE UL HW

Delta Delta DL UL

NODO0001

654

676

687

845

225

354

687

845

336

2304

496

1536

352

352

NODO0002

593

631

623

789

261

333

623

789

672

1536

752

1280

0

48

NODO0003

688

670

722

838

188

303

722

838

640

1536

656

1280

96

192

NODO0004

606

629

636

786

266

436

636

786

624

1344

800

1088

16

0

NODO0005

634

629

666

786

320

469

666

786

384

1536

640

1280

288

160

Monitorización y Gestión de la Capacidad de la Interfaz Radio de una Red UMTS

Site

CE DL CE UL CE DL CE UL DL UL NEC NEC UL NAV 13 NAV 13 NAV 14 NAV 14 ACT ACT DL

109

CE DL Lic

CE DL HW

CE UL Lic

CE UL HW

Delta Delta DL UL

NODO0006

325

409

341

511

184

299

341

511

464

960

656

960

0

0

NODO0007

311

370

327

463

150

249

327

463

336

1152

400

1152

0

64

NODO0008

388

507

407

634

226

344

407

634

384

1152

512

1152

32

128

Tendríamos el consumo de channel elements en las navidades anteriores y la estimación en base a los factores de crecimiento de las próximas navidades. Comparando con las licencias definidas en el nodo y con la capacidad hardware, podremos determinar el número de licencias a ampliar, así como la necesidad de ampliar alguna tarjeta de banda base. A tener en cuenta que las licencias de CEs se amplían en múltiplos de 16. En el caso de la potencia aplicaríamos el factor de crecimiento a la potencia consumida por el sector. Tabla 7-13 Ejemplo de estimación de potencia POT MAX NAV 13

POT DEF

NODO

SECTOR

A

A

B

C

NODO0001 NODO0002 NODO0003 NODO0004

3 3 2 2

11,6 17,1 0,0 33,1

27,5 19,6 19,0 36,3

27,2 19,1 15,9 19,9

18,3 0,0 0,0 20,0

POT POTENCIA DEF ESTIMADA SECTOR 20 20 20 20 80 97,3 20 20 20 60 64,3 20 20 40 40,2 40 20 20 20 100 125,7

POT A SECTOR 84,6 55,9 35,0 109,3

A

B

C

En un sector podemos tener hasta cuatro portadoras, una de 900 MHz y hasta tres de 2100 MHz. Además cada una de las portadoras puede estar configurada entre 20 y 40 vatios. En caso de que sea necesaria la ampliación podremos tener varias casuísticas: 

Ampliar portadora en el caso de que no tengamos ya cuatro. Esto puede suponer meter la banda de 2100 MHz cuando el nodo sólo posea la de 900 MHz, o meter la de 900 MHz cuando el nodo sólo posea la de 2100 MHz. La inclusión de una nueva banda implica la instalación de una nueva RRU, mientras que la ampliación de una portadora dentro de la banda de 2100 MHz sólo implica la activación de la licencia correspondiente dentro de la RRU existente.



Ampliar potencia en las portadoras existentes si ya disponemos de cuatro portadoras. Dado que las RRUs instaladas por defecto son de 80 W, si queremos definir todas las portadoras de U2100 a 40 W será necesario pasar a una RRU de 120 W.



Cuando hayamos llegado al límite de portadoras y de potencias del sector la opción será el despliegue de un nuevo nodo en la zona cubierta por el sector, o incluir un nuevo sector en el nodo para descargar en parte el sector congestionado. Debido a las dificultades que suele haber para realizar nuevos despliegues de nodos, así como por su coste, suele ser más factible la realización de una sectorización.

7.3 Movimiento de licencias y uso de nodos almacén En este apartado explicaremos una metodología complementaria para la gestión de los recursos disponibles en la red. Como ya hemos comentado, los channels elements y la potencia de los nodos y celdas se definen mediante licencias. Además de pagar por el hardware, el operador debe pagar al suministrador, en este caso Huawei, por las licencias que se definen en dicho hardware. Las licencias que han sido adquiridas al suministrador estarán disponibles a nivel de RNC, y podremos repartirlas entre los nodos de dicha RNC. En la fase de despliegue se define una capacidad por defecto en el nodo, según unos criterios de dimensionado prefijados, en función del entorno donde se despliega o la estimación de tráfico. Pues bien, es posible que haya 109

110

Métodos de monitorización y Gestión

nodos que se encuentren sobredimensionados, es decir, que presenten recursos sobrantes. Por tanto, dado que podemos mover licencias entre nodos, para reducir las inversiones necesarias en la red, se puede plantear el movimiento de las licencias desde los nodos “ociosos” hacia los nodos “congestionados”. Incluso se puede llegar a plantear el movimiento de tarjetas. Por ejemplo, las tarjetas WBBP que se despliegan actualmente son las F4, que tienen mayor capacidad que las D1 y D2 que se desplegaban inicialmente. Es posible, por tanto, que al ampliar un F4, quede alguna D1 o D2 ociosa, la cual podremos mover a otro nodo que necesite ampliación. Un nodo ocioso puede surgir también por el despliegue de otro nodo en su entorno, o por la propia estacionalidad. Se pueden diseñar planes para ajustar los recursos de la red según el período del año. De este modo, durante el invierno, concentraríamos los recursos en los nodos no estivales, y en verano los moveríamos hacia los nodos estivales. Otra metodología basada en el movimiento de licencias es el uso de los nodos almacén. Si se produce un incremento inesperado de tráfico en un nodo, por ejemplo debido a un evento, sería más rápido mover licencias desde otro nodo, antes que realizar un pedido al suministrador. Desde el lanzamiento de un pedido hasta su implementación transcurre un tiempo que sería siempre superior al crecimiento eventual de un nodo. Ahora bien, para plantear el recorte de recursos de un nodo también es necesario un análisis previo, para poder concluir que el nodo está ocioso. Para reducir al máximo los tiempos de reacción y evitar la degradación del servicio, lo que se hace es concentrar recursos ociosos en nodos donde sabemos que no se van a producir incrementos de tráfico inesperados. Periódicamente, y conforme fuera necesario, se realizarían análisis de red para detectar recursos sobrantes, los cuales se irían moviendo a los nodos almacén. El departamento de operación y mantenimiento realiza una monitorización en tiempo real de la red. En caso de producirse una degradación en la red por congestión, recurriría a los nodos almacén, ejecutando un movimiento sobre la marcha y solucionando la congestión del nodo que ha provocado la degradación.

8 CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS

A

lo largo del documento se han ido mostrando los diferentes conocimientos que se requieren para poder monitorizar la interfaz radio de una red UMTS Huawei, y se han definido las metodologías que hay que aplicar para llevar a cabo la ampliación de la red. Podríamos considerar que este proyecto es una guía de dimensionamiento de los nodos B de una red UMTS.

8.1 Conclusiones Las principales conclusiones que se han obtenido de la realización de este proyecto serían las siguientes: 

Es necesario conocer los recursos con los que cuenta un nodo según su tecnología, ya que cada uno de ellos puede generar un cuello de botella durante su funcionamiento, cuando el tráfico empieza a crecer.



La identificación de los contadores que muestran el consumo de los recursos, así como la disponibilidad de los mismos en el nodo es esencial para poder monitorizar el comportamiento del nodo. Una vez conocidos los contadores deberemos saber utilizar las herramientas que la red nos proporciona, para conseguir la información que posteriormente hay que procesar y analizar.



En relación con lo anterior, es básico en cualquier departamento de planificación, el dominio de herramientas que nos hacen posible el procesado del gran volumen de datos que se llegan a manipular en el día a día.



Hace falta un conocimiento de los equipos que hay desplegados en nuestra red para llevar a cabo las ampliaciones que sean necesarias.



La definición de procesos reactivos y de planes programados nos permiten asegurar la calidad de servicio proporcionada al usuario, absorbiendo tanto el crecimiento sostenido del tráfico como los crecimientos estacionales. Además remarcar que estos procesos no son exclusivos de una tecnología concreta, de forma que también podríamos emplearlos en la nueva generación que se está desplegando actualmente, el LTE, o incluso en generaciones futuras.



Aunque lo fácil sería desplegar de entrada los nodos a su máxima capacidad, para ello las inversiones necesarias serían enormes. Es necesario ajustar la capacidad de los nodos tanto en su despliegue inicial como en su posterior funcionamiento. Habrá siempre un compromiso entre las ampliaciones que se pueden acometer y la calidad de servicio que se quiere garantizar.

8.2 Líneas futuras Entre las principales ampliaciones que se podrían llevar a cabo partiendo de este proyecto cabría destacar las siguientes: 

Dado que las redes actuales llegan a contar hasta con tres tecnologías diferentes concurriendo en un mismo nodo, 2G, 3G y 4G, sería interesante evaluar cómo afecta cada nueva tecnología a la capacidad del resto, viendo cómo aprovechar al máximo los recursos de cada una de ellas según las condiciones 111

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Conclusiones y Líneas Futuras y la naturaleza del tráfico cursado. 

En este proyecto se han visto los recursos básicos de la red, pero además existen multitud de funcionalidades, incluso algunas que los suministradores van implementando a lo largo de la vida de sus productos, que nos permiten aprovechar mejor los recursos disponibles.

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Se podría extender el documento detallando cómo se llevan a cabo en el gestor M2000 las ampliaciones tanto de potencia, de portadora o de channel elements, e incluso detallar la generación de los pedidos hacia el suministrador y los presupuestos asociados.

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Como hemos comentado en el apartado de conclusiones, los planes reactivos y programados podrían aplicarse al LTE. Por tanto, podría llevarse a cabo un proyecto similar que definiera los recursos, indicadores y equipamiento para esta nueva tecnología, y aplicar estas metodologías basándose en el tráfico LTE.

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