5. planificaciã³n de red wi max mediante atoll

Planificación de red WiMAX mediante Atoll

4.- Planificación de red WiMAX mediante Atoll.

4.1.- Introducción.

El objetivo de este Proyecto es el dimensionamiento y planificación de una red WiMAX
móvil para proporcionar acceso inalámbrico, a voz y datos, a los miembros de la Universidad
de Sevilla. Esta red estará formada por una serie de puntos de acceso (Estaciones Base)
situados en cada uno de los centros y Campus que forman la Universidad de Sevilla. De esta
forma, se pretende que los miembros de la comunidad universitaria puedan tener acceso
móvil de banda ancha, tanto desde el interior de los edificios como desde el exterior (zonas de
esparcimiento tales como parques anexos, etc.), siempre y cuando se encuentren dentro del
área de cobertura de cada uno de los puntos de acceso que forman la red.

Los centros y Campus que se han considerado para formar parte de la red de acceso
son:

1. Campus de Reina Mercedes.

Este Campus se encuentra localizado en la Avenida de Reina Mercedes, la cual le
otorga su nombre. Es el más grande de la Universidad y en él se ubican hasta ocho
Facultades y Escuelas Técnicas, por lo que también es el Campus que concentra más
alumnos y docentes de toda la institución. Los centros a los que se dará servicio con
esta red de comunicaciones serán las Facultades de Biología, Farmacia, Física,
Matemáticas y Química, las Escuelas Técnicas Superiores de Ingeniería Informática y de
Arquitectura, y la Escuela Universitaria de Arquitectura Técnica.

Figura 1: Campus de Reina Mercedes.

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2. Campus Cartuja.

Situado entre la avenida de los Descubrimientos y la calle Américo Vespucio. Está
formado por la Escuela Técnica Superior de Ingenieros y la Facultad de Comunicación.

Figura 2: Escuela Superior de Ingenieros y Facultad de Comunicación.

3. Campus de Ramón y Cajal.

Se encuentra localizado entre la avenida que le presta su nombre (Avenida Ramón y
Cajal) y la calle Camilo José Cela. Está formado por las Facultades de Filosofía,
Psicología, de Ciencias Económicas y Empresariales, y por la Escuela Universitaria de
Estudios Empresariales.

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Figura 3: Campus Ramón y Cajal.

4. Campus Central.

En este Campus se encuentra actualmente la sede del Rectorado de la Universidad de
Sevilla. Este edificio se localiza entre la céntrica calle San Fernando y la Avenida del Cid.
En la actualidad, se imparten las Licenciaturas de Derecho, Filología y Geografía e
Historia.

Figura 4: Edificio Central de la US.

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5. Campus Macarena.

Llamado así por estar ubicado en el famoso barrio la Macarena de Sevilla. En él se
concentran todas las enseñanzas sanitarias que se imparten en Centros Propios de la
Universidad de Sevilla. Este Campus está compuesto por la Facultad de Medicina y la
Escuela de Ciencias de la Salud. Junto a estos edificios se localizan el Hospital
Universitario Virgen Macarena y el Instituto de Medicina Legal y Ciencias Forenses.

Figura 5: Facultad de Medicina y Facultad de Odontología.

6. Facultad de Ciencias de la Educación.

Ubicada en la avenida de Ciudad Jardín.

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Figura 6: Facultad de Ciencias de la Educación.

7. Facultad de Ciencias del Trabajo.

Situada en la calle Madre de Dios, cercana a la Facultad de Bellas Artes.

8. Facultad de Bellas Artes.

Se encuentra ubicada en el centro de la ciudad, en la calle Laraña.

Figura 7: Facultad de Bellas Artes y Facultad de Ciencias del Trabajo.

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9. Escuela Universitaria Ingenieros Técnicos Agrícolas.

Situada en la Carretera de Utrera junto a la Universidad Pablo de Olavide, se encuentra
a unos 6 kilómetros del Edificio Central de la Universidad.

Figura 8: Escuela Universitaria Ingenieros Técnicos Agrícolas.

10. Escuela Universitaria Politécnica.

Situada en la calle Virgen de África en el barrio de los remedios.

Figura 9: Escuela Universitaria Politécnica.

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Figura 10: Plano de situación de los centros.

Como se puede observar en el plano de situación, los diferentes puntos de acceso
estarán ubicados en posiciones no anexas, de tal forma que el área de cobertura no será
uniforme en toda la ciudad de Sevilla (debido a la limitación de potencia y a la distancia entre
puntos de acceso). Así, existirán zonas en las que no será posible la conexión a la red WiMAX
planteada. Como consecuencia, se tiene que no será posible el traspaso de usuario de una
estación base a otra en todo el territorio, no es posible el handover, por lo que no existirá
continuidad. Este hecho, nos llevará a tomar ciertas consideraciones más adelante.

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4.2.- Herramienta de Planificación.

Para llevar a cabo el proceso de diseño de la red haremos uso de la herramienta de
planificación y simulación Atoll. El entorno de desarrollo de Atoll nos provee un conjunto de
herramientas y una serie de características que nos permitirán definir, desarrollar y optimizar
nuestra red.

Atoll se presenta como un entorno de planificación radio basado en ventanas, fácil de
usar, que da soporte a operadores de telecomunicaciones inalámbricas durante todo el tiempo
de vida de la red. Desde el diseño inicial, hasta la fase de optimización y durante las distintas
ampliaciones.

Más que una herramienta de ingeniería, Atoll es un sistema de información técnico
abierto, escalable y flexible que puede integrarse fácilmente en otros sistemas de
telecomunicaciones, aumentando la productividad y reduciendo los tiempos de desarrollo.

Atoll está formado por un módulo principal, al que se le pueden ir añadiendo módulos
de las diferentes tecnologías inalámbricas que posee. En cada plantilla se proporciona una
estructura de datos adecuada a la tecnología en la que se basa.

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

- GSM/GPRS/EGPRS: Esta plantilla se utiliza para modelar y planificar tecnologías de
segunda generación (2G), basadas en TDMA.

- CDMA2000: Esta plantilla se utiliza para modelar tecnologías de tercera generación
(3G) basadas en CDMA2000 (evolución de CDMA).

- IS-95 cdmaOne: Esta plantilla se utiliza para modelar sistemas 2G basados en CDMA.

- Microwave Radio Links: Permite modelar enlaces radio, como parte de una red de
telecomunicaciones, para cualquier plantilla.

- UMTS HSPA: UMTS, HSDPA y HSUPA (estos últimos conocidos como HSPA) son
sistemas de 3G que se basan en la tecnología WCDMA. Esta plantilla se utiliza para
este tipo de sistemas, puesto que WCDMA y CDMA son incompatibles (a pesar de ser
tecnologías similares).

- WiMAX: Esta plantilla ha sido desarrollada en cooperación con los proveedores de
equipos WiMAX. Actualmente, Atoll soporta los estándares IEEE 802.16d y 802.16e.

Por tanto, mediante Atoll poseemos una gran variedad de tecnologías disponibles a
planificar. En concreto, gracias al módulo WiMAX que nos proporciona esta herramienta,
podremos planificar y diseñar redes WiMAX para usuarios fijos, así como también para
usuarios móviles.

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Las principales características de Atoll son las siguientes:

- Propiedades avanzadas en el diseño de redes: herramienta de cálculo de
propagaciones de altas prestaciones, soporta redes multicapas y jerárquicas,
modelado de tráfico, planificación automática de frecuencias y códigos y optimización
de red.

- Arquitectura abierta y flexible: soporta entornos multiusuario gracias a una
arquitectura de bases de datos innovadora, que permite compartir datos, gestionar la
integridad de dichos datos y una sencilla integración con otros sistemas de
telecomunicaciones.

- Cálculos distribuidos y paralelos: Atoll permite el reparto de cómputos de tareas entre
distintas estaciones de trabajo y soporta cálculos en paralelo en servidores
multiprocesador, reduciendo significativamente los tiempos de simulación y de
predicción, sacando el máximo partido del hardware disponible.

- GIS de última generación: Atoll soporta datos geográficos multi-formato y multi-
resolución y la integración con herramientas GIS. Permite cargar complejas bases de
datos con información geográfica y mostrarlas de manera interactiva con múltiples
capas.

Mediante la utilización de esta herramienta de planificación podremos disponer de
bases de datos topográficas de gran resolución y acceder a ellos para obtener perfiles del
terreno y datos que se utilizarán para realizar los cálculos de propagación. Nos permitirá
emplear métodos de predicción de la propagación radioeléctrica más elaborados y con
cálculos mucho más laboriosos. Además, nos facilitará la planificación al poder comparar
distintas posibilidades de configuración de red (variar emplazamientos, potencias,
orientaciones antenas, etc.), simplificando el proceso de optimización.

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4.3.- Modelado de red WiMAX.

Para poder llevar a cabo la planificación de la red propuesta mediante la herramienta
Atoll necesitamos definir unos parámetros de entrada, tales como mapas y parámetros de
diseño que van a caracterizar a la red. A continuación, se detallarán los pasos a seguir para la
creación de un nuevo proyecto y la incorporación de los distintos mapas necesarios para la
planificación. Posteriormente, se describirán los parámetros necesarios para modelar los
usuarios, servicios, terminales, entornos que existirán en nuestra red.

4.3.1.- Creación de proyecto e importación de mapas.

Comenzaremos creando un proyecto de tipo WiMAX móvil, para ello, seleccionamos la
plantilla WiMAX 802.16e (File > New).

Lo siguiente será incorporar los distintos mapas correspondientes a la zona de estudio,
que en este caso se trata de la ciudad de Sevilla. Para ello, tendremos que ir importando (File >
Import) los distintos archivos índice (index) de las distintas carpetas en las que se encuentran
agrupados los mapas: Heights, Clutter, Ortho y Vector.

El mapa heights es un mapa de altimetría y contiene información topográfica del
relieve de la zona de trabajo. En la siguiente figura se muestra el mapa de altimetría utilizado.

Figura 11: Mapa Heights utilizado.

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El mapa clutter es un mapa que describe los usos del terreno, a cada tipo de terreno se
le asigna un color. La información contenida en este mapa es la que se utiliza para los cálculos
de cobertura y de propagación. El mapa clutter correspondiente a la ciudad de Sevilla es el que
se muestra en la figura.

Figura 12: Mapa Clutter.

El mapa ortho es simplemente una foto aérea de la ciudad. Se muestra en la figura.

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Figura 13: Mapa Ortho.

Por último, el mapa vectors identifica carreteras, ríos, líneas de ferrocarril, entre otros.
El mapa vectors utilizado es el que aparece a continuación.

Figura 14: Mapa Vectors.

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Una vez importados los mapas, teniendo en cuenta que las capas de los distintos
mapas se superponen entre sí, los colocamos para una correcta visualización de las capas
ortho y vectors (que son en los que nos basaremos).

Figura 15: Superposición de los distintos mapas para una correcta visualización.

A continuación, procederemos a identificar y situar en el mapa los diferentes centros
que formarán parte de la red WiMAX de la Universidad de Sevilla. Iremos creando tantas zonas
Hot Spot como centros. Para crear los Hot Spot seleccionamos la pestaña Geo de la ventana
Explorer, expandimos la carpeta Zones y vamos creando las diferentes zonas.

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Figura 16: Modificar coordenadas de las Hot Spot.

Para ubicar correctamente cada uno de los centros, accedemos a las coordenadas de la
zona dibujada situando el ratón sobre uno de los vértices, pulsamos botón derecho y
seleccionamos Properties.

Figura 17: Ventana de coordenadas de las Hot Spot.

En la tabla siguiente se indican las coordenadas introducidas para definir cada una de
las zonas de interés de nuestra red.

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Coordenadas UTM Coordenadas UTM
Centro Centro
X Y X Y
235.331 4.141.426 235.476 4.144.376
235.114 4.141.514 Facultad de 235.735 4.144.318
Campus Central
235.038 4.141.337 Medicina 235.624 4.144.082
235.264 4.141.244 235.384 4.144.185
239.652 4.138.222 235.096 4.144.235
239.823 4.138.284 235.149 4.144.189
E.U. Ingenieros Facultad de
240.007 4.138.224 235.185 4.144.228
Técnicos Agrícolas Odontología
239.950 4.137.992 235.249 4.144.177
239.710 4.138.022 235.101 4.144.020
235.474 4.138.786 236.355 4.141.045
235.299 4.138.800 Campus Ramón y 236.458 4.141.277
Campus Reina Cajal
235.255 4.138.881 236.584 4.141.245
Mercedes
235.288 4.139.456 236.487 4.140.978
235.528 4.139.444 234.500 4.144.832
237.287 4.141.239 Escuela Técnica 234.494 4.144.707
Facultad de Ciencias 237.360 4.141.231 Superior de 234.183 4.144.771
de la Educación 237.342 4.141.086 Ingenieros 234.037 4.144.860
237.269 4.141.099 234.040 4.144.953
235.020 4.142.709 233.896 4.144.777
Facultad de Bellas 235.080 4.142.707 Facultad de 233.965 4.144.761
Artes 235.083 4.142.658 Comunicación 233.932 4.144.627
235.018 4.142.663 233.856 4.144.644
235.393 4.142.138 234.074 4.141.045
Facultad de Ciencias 235.367 4.142.185 234.139 4.141.277
E.U. Politécnica
del Trabajo 235.142 4.142.181 234.172 4.141.245
235.144 4.142.131 234.110 4.140.978
Tabla 1: Coordenadas para la definición de las zonas de interés.

Una vez definida cada una de las zonas de estudio, el mapa en el que basaremos
nuestra planificación de red se muestra en la siguiente figura:

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Figura 18: Centros que conforman la Universidad de Sevilla.

4.3.2.- Parámetros de diseño.

En este apartado se configurarán los parámetros WiMAX relativos a nuestra
planificación. Este proceso es de los más importantes puesto que supone la base sobre la que
realizaremos las simulaciones posteriormente.

Deberemos configurar los distintos servicios que se van a ofrecer en nuestra red, los
terminales que utilizarán los usuarios para conectarse, las diferentes movilidades de los
usuarios, los perfiles de usuarios (las características de grupos de usuarios que accederán a la
red) y los entornos. Para ello, dentro de la pestaña Data (de la ventana Explorer) iremos
creando cada uno de los parámetros necesarios.

A continuación, se irán detallando las consideraciones y características tenidas en
cuenta para la configuración de dichos parámetros. En la figura siguiente se muestran la
ventana con los datos configurados.

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Figura 19: Parámetros WiMAX utilizados.

1. Servicios: Los servicios que se van a ofrecer son únicamente tres: FTP Download, Web
Browsing, VoIP. Las características consideradas para cada uno de ellos son las que
asigna Atoll por defecto, puesto que se trata de valores típicos para planificación de
redes WiMAX. Se han tomado por defecto estos valores, pero notar que se podrían
ajustar a otros valores según las necesidades que tuviésemos. Así, las características de
cada uno de ellos se presentan a continuación:

FTP Download
Tasa Tasa
considerada considerada
Tipo de conexión QoS Prioridad
enlace UL enlace DL
(kbps) (kbps)

Datos Best Effort Mínima 100 1000
Tabla 2: Características del servicio FTP.

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El servicio FTP utilizará una calidad de servicio del tipo Best Effort, en la que no se
garantiza un nivel mínimo de tasa de datos ni de retardo, de manera que se adaptará a
lo cargada que esté la red para proporcionar una determinada tasa de tráfico
sostenible.

Web Browsing
Tasa Tasa
considerada considerada
Tipo de conexión QoS Prioridad
enlace UL enlace DL
(kbps) (kbps)
Datos nrtPS Mínima 64 128
Tabla 3: Características del servicio Web Browsing.

El servicio Web utilizará una calidad de servicio del tipo servicio de consulta diferido
(non real time Polling Service), la cual permite soportar flujos de datos tolerantes a
retardos y de tamaño variable pero con un ancho de banda mínimo requerido.

VoIP
Tasa Tasa Factor
Factor de
Tipo de considerada considerada de
QoS Prioridad actividad
conexión enlace UL enlace DL actividad
UL
(kbps) (kbps) DL
Voz UGS Máxima 12,2 0,6 12,2 0,6
Tabla 4: Características del servicio VoIP.

Por último, el servicio VoIP es un servicio de voz, por lo que se habrá de garantizar que
la comunicación sea lo más continua posible. De esta forma, este servicio utiliza una
calidad UGS (Unsolicited Grant Service) o tipo garantizado no solicitado, que está
diseñado para un tamaño fijo de paquetes a una tasa constante.

2. Terminales: Estos servicios podrán solicitarse desde distintos tipos de terminales. En
este trabajo, se va a considerar un único tipo de terminal (terminal móvil), el cual se
definirá con los parámetros por defecto que asigna Atoll. Este terminal móvil
englobará a teléfonos móviles, dispositivos PDA y dispositivos de PC (tarjetas USB,
PCMCIA). Se han decidido englobar todos bajo un único dispositivo genérico debido a
que actualmente no se disponen de características de fabricantes (puesto que se
encuentran en proceso de estandarización) de todos los dispositivos, por lo que
resultaría difícil configurarlos. A continuación, se detallan las características
consideradas para el terminal a utilizar:

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Terminal Móvil
Mínima Máxima Ganancia
Sensibilidad
Potencia en Potencia en de la
en recepción
transmisión transmisión antena
(dBm)
(dBm) (dBm) (dBi)
Datos Best Effort -100 100
Tabla 5: Características del terminal utilizado.

3. Perfiles de usuario: Mediante los perfiles de usuario se modelarán las necesidades que
la red debe satisfacer a cada uno de los tipos de usuario existentes. Debido a que los
usuarios de la red serán únicamente miembros de la comunidad universitaria
(profesores, alumnos y personal US) se ha optado por definir únicamente un perfil de
usuario: Usuarios. Los parámetros para cada tipo de servicio utilizado y tipo de
terminal se reflejan en la siguiente tabla, estos parámetros son los que viene definidos
en Atoll por defecto. Según se observa, los hábitos de utilización que define Atoll por
defecto no son muy exigentes, al igual que en el caso anterior, se podrían ajustar a las
necesidades que tuviésemos, pero en principio utilizaremos estos datos.

Usuarios
Volumen de Volumen de
Tipo de Conexiones Duración
Terminal datos en UL datos en DL
Servicio por hora (segundos)
(KBytes) (KBytes)
FTP Terminal
0,01 2.000 15.000
Download móvil
Terminal
VoIP 0,2 240
móvil
Web Terminal
0,1 700 4.500
Browsing móvil
Tabla 6: Características de los Perfiles de usuario definidos.

4. Movilidades: Para la definición de las movilidades consideradas se han tenido en
cuenta las siguientes circunstancias:

- Debido a que la mayoría de las localizaciones no están próximas entre sí y no será
posible la continuidad de cobertura entre las distintas células de la red se
descartará, en principio, la posibilidad de movilidades superiores a la movilidad
pedestre. Es decir, no se podrá hacer uso de los servicios por parte de usuarios que
vayan en coche u otros vehículos que superen la movilidad pedestre. Esta
restricción afectará sobre todo al servicio de VoIP, puesto que se está limitando su
uso únicamente dentro de cada uno de los Campus, no siendo posible el handover
de una célula a otra (no existe continuidad de cobertura).

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- No se tendrá en cuenta la movilidad fija (0 km/h), debido a que ésta se puede
considerar como un caso particular de la movilidad pedestre. Además,
actualmente existen redes de cableado de datos en cada uno de los centros, por lo
que los usuarios fijos accederán mediante esta red a los servicios.

Así pues, la única movilidad a tener en cuenta en nuestra red será la pedestre (3
Km/h). En un futuro, podrán tenerse en cuenta movilidades superiores a la pedestre.
Se están diseñando dispositivos capaces de soportar diversas tecnologías de acceso
inalámbrico (HDSPA, WiMAX, WiFi, GSM, UMTS, etc.), de tal forma que el usuario
obtenga un servicio continuo (no existan cortes en la conexión) aun si se sale de las
zonas de cobertura de la red WiMAX de la US, puesto que mediante el uso de
pasarelas que gestionen la itinerancia entre redes se conectará a la red de otro
operador (a un coste estipulado por el operador) que ofrezca el acceso sobre una
tecnología que admita su dispositivo.

5. Entornos: Una vez definida la movilidad a utilizar, el siguiente paso para modelar el
tráfico generado en la red será definir los entornos (environments) asociados a cada
centro y/o Campus, a los que se les asignará una densidad de abonados. Para los
estudios de simulación de casos reales que realizaremos posteriormente, asignaremos
a cada uno de los Campus una densidad inicial de abonados e iremos incrementándola
paulatinamente hasta ver el número de abonados con el que nos satura la red de
acceso. Posteriormente, modelaremos la red a partir de una estimación de usuarios, y
teniendo en cuenta los resultados obtenidos anteriormente, añadiremos transmisores
para que la red soporte dicho número de usuarios. De tal forma, que realizaremos las
simulaciones en dos etapas.

Densidad
Entorno Perfil Usuario Movilidad
(abonados/km2)

Bellas artes
Ciencias del trabajo
Ciencias Educación
ESI
EUITA
Facultad comunicación
Usuarios Pedestre 1000
Facultad Medicina
Facultad Odontología
Politécnica
Ramón y Cajal
Rectorado
Reina Mercedes
Tabla 7: Tipos de entorno definidos.

Tal y como se ha comentado, se ha asignado una densidad de abonados inicial que se
verá modificada cuando se realicen las pruebas.

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4.3.3.- Plantilla de transmisores.

El siguiente paso en el diseño de la red será ir incorporando las diferentes estaciones
base a cada uno de nuestros emplazamientos. Para ello, previamente debemos tener en
cuenta la banda de frecuencias en la que vamos a transmitir.

Por tanto, primeramente vamos a definir la banda de frecuencias que vamos a utilizar
en nuestra red. Para la elección de dicha banda nos basaremos en utilizar una banda de
frecuencias en la que no se requiera licencia. De esta forma, tendremos un ahorro en coste,
mientras que nos veremos perjudicados por unas mayores interferencias y una limitación en la
potencia transmitida. Ateniéndonos al CNAF, vemos que es posible utilizar la banda de
frecuencias de 5.470 - 5.725 GHz (UN - 128) para sistemas WiMAX, con la restricción de que la
P.I.R.E no puede ser superior a 1 W (30 dBm). Así pues, vemos que en esta banda tenemos un
ancho disponible de 255 MHz, por lo que si utilizamos canales de 10 MHz podemos tener hasta
25 canales distintos.

Para crear esta nueva banda de frecuencias en Atoll nos situamos en la pestaña Data
de la ventana explorer, situamos el cursor sobre la carpeta Transmitters y pulsamos el botón
derecho. A continuación, seleccionamos Network Settings->Frecuencies->Bands y pasamos a
definir las características de nuestra banda de frecuencias. En las figuras que se muestran a
continuación aparece el proceso seguido y las características definidas.

Figura 20: Creación de una nueva banda de frecuencias.

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Figura 21: Ventana de definición de las características de la banda de frecuencias.

Como se puede observar se ha definido un método de duplexión TDD. Los demás
parámetros toman un valor que le asigna Atoll por defecto.

Una vez identificada y definida la banda de frecuencias en la que vamos a transmitir
hemos de crear una plantilla para las estaciones base que vamos a implantar. Para ello,
situamos el cursor en la lista desplegable que aparece en la barra de herramientas y
seleccionamos la opción Manage Templates, tal y como se indica en la siguiente figura.

Figura 22: Creación de la plantilla de transmisores.

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A continuación, añadimos (Add) una copia de una de las plantillas existentes en Atoll y
la modificamos para adaptarla a nuestras necesidades.

En nuestro caso, se ha decidido crear una plantilla llamada Campus. La plantilla
Campus se ha definido con estaciones base situadas a 20 metros de altitud, que radiarán por
tres sectores. Las antenas que se utilizarán en estas estaciones base son antenas del fabricante
Kathrein que incorpora Atoll. Las características de las antenas utilizadas se muestran en la
siguiente tabla.

120 deg 14.5 dBi 0 Tilt
Azimut
Ganancia máxima Tilt
Fabricante
(dBi) radiación eléctrico (º)
(º)
Kathrein 14,5 120 0
Tabla 8: Características de las antenas utilizadas.

Los patrones de radiación de esta antena se muestran en la siguiente figura.

Figura 23: Patrones de radiación horizontal y vertical de la antena utilizada.

En la Figura 24 se puede observar los parámetros configurados al crear la plantilla
Campus.

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Figura 24: Parámetros de configuración de la plantilla Campus.

Como se puede observar, la potencia que se ha configurado en Preamble Power es el
resultado de restar a la P.I.R.E la ganancia de la antena, pues no olvidemos que no podemos
transmitir más de 30 dBm. Reseñar que puesto que vamos a utilizar canales de 10 MHz el
tamaño de la FFT aconsejado es de 1024.

En principio, se instalarán estas estaciones base en todos los centros, con una
configuración determinada para cada uno de ellos. Si durante la realización de las pruebas el
sistema no fuese consistente ante un caso real de demanda de servicios por parte de usuarios,
se procederá a instalar nuevos transmisores en las estaciones base hasta que la red pueda
soportar el tráfico demandado.

Una vez definidos todos los parámetros necesarios para la creación de estaciones base,
procedemos a ubicarlas en los distintos puntos de interés. La ubicación y configuración de las
mismas se ha de elegir para obtener unos resultados óptimos. Así pues, las ubicaciones
definitivas para nuestra red son las que se muestran en la siguiente tabla.

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Ubicación Nombre X Y
Campus Central Site0 235.194 4.141.373
Campus Ramón y Cajal Site1 236.456 4.141.117
Site2 235.376 4.139.276
Campus Reina Mercedes
Site3 235.384 4.138.990
Facultad Medicina Site4 235.548 4.144.247
Facultad Odontología Site5 235.137 4.144.140
Facultad Comunicación Site6 233.910 4.144.702
Site7 234.414 4.144.776
ESI
Site8 234.205 4.144.835
Facultad Ciencias de la
Site9 237.313 4.141.162
Educación
Escuela Politécnica Site14 234.124 4.141.134
Facultad Bellas Artes Site12 235.048 4.142.686
Facultad Ciencias del
Site15 235.251 4.142.158
Trabajo
EUITA Site13 239.838 4.138.127
Tabla 9: Coordenadas de las estaciones base que conforman nuestra red.

Como se puede observar existen Campus en los que hemos decidido ubicar más de
una estación base. Ello es debido a que con una única estación base no nos sería posible
cumplir unos mínimos objetivos de calidad, en cuanto a nivel de señal se refiere, y además así
podremos reducir la congestión de tráfico.

En las figuras que se muestran a continuación se puede observar en detalle las
estaciones base y transmisores instalados en cada uno de los Campus.

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Figura 25: Estaciones base instaladas en cada zona de interés.

Para finalizar, resaltar que se ha hecho uso de la reutilización en frecuencia para cada
uno de los transmisores. De esta forma, se le ha asignado un canal distinto a cada uno de los
transmisores que forman parte de una misma estación base. Reseñar también, que los
transmisores ubicados en la facultad de comunicación transmiten a una potencia inferior a los
demás. Esto es así para que no produzca unas elevadas interferencias en la zona de la Escuela
Superior de Ingenieros, debido a la cercanía. Para la elección de la potencia transmitida se ha
tenido en cuenta que se deben garantizar unos mínimos niveles de señal. Se intenta así
minimizar las interferencias, que son uno de los factores más limitantes en el diseño de redes
WiMAX. En la tabla anterior se muestran los diferentes canales asignados a cada uno de los
transmisores.

A continuación se muestran las características de cada uno de los transmisores
instalados.

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Mechanical Potencia
Altura Azimuth Canal
Ubicación Transmisor Antena Downtilt transmitida
(m) (°) asignado
(°) (dBm)
Site0_1 120deg 302 5 30 0
Campus
Site0_2 14.5dBi 20 62 5 30 1
Central
Site0_3 0Tilt 182 5 30 2
Site1_1 120deg 78 5 30 0
Campus
Site1_2 14.5dBi 20 198 5 30 1
Ramón y Cajal
Site1_3 0Tilt 318 5 30 2
Site12_1 120deg 0 10 30 0
Facultad de
Site12_2 14.5dBi 20 120 10 30 1
Bellas Artes
Site12_3 0Tilt 240 10 30 2
E.U. Site13_1 325 5 30 0
120deg
Ingenieros Site13_2 85 5 30 1
14.5dBi 20
Técnicos
Site13_3 0Tilt 205 5 30 2
Agrícolas
Site14_1 120deg 0 10 30 0
E.U.
Site14_2 14.5dBi 20 120 10 30 1
Politécnica
Site14_3 0Tilt 240 10 30 2
Facultad de Site15_1 120deg 339 10 30 0
Ciencias del Site15_2 14.5dBi 20 99 10 30 1
Trabajo Site15_3 0Tilt 219 10 30 2
Site2_1 120deg 0 5 30 0
Site2_2 14.5dBi 20 120 5 30 1
Campus Reina Site2_3 0Tilt 240 5 30 2
Mercedes Site3_1 120deg 40 5 30 0
Site3_2 14.5dBi 20 160 5 30 2
Site3_3 0Tilt 280 5 30 1
Site4_1 120deg 45 5 30 0
Facultad de
Site4_2 14.5dBi 20 165 5 30 1
Medicina
Site4_3 0Tilt 285 5 30 2
Site5_1 120deg 37 0 30 0
Facultad de
Site5_2 14.5dBi 20 157 0 30 1
Odontología
Site5_3 0Tilt 277 0 30 2
Site6_1 120deg 0 0 28,5 0
Facultad de
Site6_2 14.5dBi 20 120 0 28,5 1
Comunicación
Site6_3 0Tilt 240 0 28,5 2
Site7_1 120deg 345 5 30 2
Escuela Site7_2 14.5dBi 20 105 5 30 0
Técnica Site7_3 0Tilt 225 5 30 1
Superior de Site8_1 120deg 326 5 30 1
Ingenieros Site8_2 14.5dBi 20 86 5 30 0
Site8_3 0Tilt 206 0 30 2
Facultad de Site9_1 120deg 0 0 30 0
Ciencias de la Site9_2 14.5dBi 20 120 0 30 1
Educación Site9_3 0Tilt 240 0 30 2
Tabla 10: Características de los transmisores instalados.

- 27 -

4.4.- Estudios de Cobertura.

Una vez definidos los elementos y parámetros que definen nuestra estructura de red
pasamos a realizar estudios (Predictions). Para ello, Atoll nos ofrece la posibilidad de realizar
una gran variedad de estudios de cobertura. En este apartado nos centraremos únicamente en
realizar estudios de cobertura por nivel de señal y estudios de cobertura por transmisor.

Los estudios de cobertura muestran los resultados para unas determinadas
condiciones de cobertura. Estos estudios se basan en las matrices de pérdidas (que Atoll
calcula), en el modelo de propagación elegido, el área de cálculo definida, condiciones de
cobertura y en la resolución para cálculos. Tras los cálculos, Atoll muestra los resultados como
una representación gráfica de los pixels que satisfacen las condiciones de cobertura.

Por tanto, antes de proceder a realizar los estudios de cobertura debemos elegir y
configurar el modelo de propagación que más se ajusta a nuestro proyecto.

4.4.1.- Modelo Propagación.

Para poder realizar estos estudios Atoll pone a nuestra disposición varios modelos de
propagación, a elegir dependiendo del tipo de proyecto en el que estemos trabajando.
Además de poder asignar un modelo de propagación genérico a nuestro proyecto, también
podremos asignar modelos de propagación diferentes a cada uno de los transmisores.

Figura 26: Modelos de propagación integrados en Atoll.

- 28 -

Cada modelo de propagación definido en Atoll es adecuado para determinadas
condiciones, frecuencias y tecnologías. En la siguiente tabla se resumen los usos
recomendados para cada modelo de propagación.

Banda de
Modelo Uso recomendado
Frecuencias
1) Superficies planas
Longley-Rice (teórico) aprox. 40 MHz
2) Muy bajas frecuencias
1) Largas distancias (d<10 km)
ITU 370-7 Viena 93 100 - 400 MHz
2) Bajas frecuencias
ITU 526-5 (teórico) 30 - 10000 MHz 1) Receptores fijos
1) Receptores fijos
WLL 30 - 10000 MHz 2) Enlaces de microondas
3) WiMAX
1) 1 < d < 20 km
Okumura-Hata 150 - 1000 MHz 2) GSM 900
3) CDMA 2000
1) 1 < d < 20 km
Cost-Hata 1500 - 2000 MHz 2) GSM 1800
3) UMTS
1) 1 < d < 100 km
ITU 529-3 300 - 1500 MHz
2) GSM, CDMA
1) 1 < d < 20 km
Standard Propagation
150 - 3500 MHz 2)GSM (900 y 1800), UMTS, CDMA
Model
200 y WiMAX
Erceg-Greenstein (SUI) 1) 100 m < d <8 km
1900 - 6000 MHz
Model 2)WiMAX
Tabla 11: Recomendaciones para la elección del modelo de propagación a utilizar.

Teniendo en cuenta que nuestra red va a transmitir a unos 5.4 GHz el modelo de
propagación que se nos recomienda usar (y que por tanto, será el que usemos) es el modelo
Erceg-Greenstein, el cuál es adecuado para WiMAX (802.16d y 802.16e).

Para seleccionarlo como modelo de propagación en nuestros estudios de cobertura,
seleccionamos la pestaña Data de la ventana Explorer, a continuación situamos el cursor sobre
la carpeta Predictions y pulsamos el botón derecho. Seleccionamos la opción Properties y
elegimos el modelo Erceg-Greenstein en la nueva ventana que nos aparecerá. En la figura se
muestra el procedimiento.

- 29 -

Figura 27: Configuración del modelo de propagación a utilizar.

4.4.2.- Estudios de cobertura por nivel de señal.

En este apartado se mostrarán los niveles de señal obtenidos en cada uno de los
emplazamientos para la configuración de estaciones base anteriormente detallada.

Puesto que se considera una sensibilidad del receptor de -100 dBm se ha de garantizar
que en toda la superficie de los Campus existe un nivel de señal por encima de este valor, para
que el terminal sea capaz de conectarse a la red. Además, consideraremos un margen de 15 dB
para prevenir posibles cortes de conexión debidos a desvanecimientos de la señal
radioeléctrica, de esta forma, se tratará de garantizar unos niveles de señal de -85 dBm en
todos los centros y Campus. Consiguiendo estos niveles garantizaremos que los usuarios
tengan una alta garantía de conexión.

Para crear el primer estudio de cobertura situamos el cursor sobre la carpeta
Predictions de la pestaña Data. Pulsamos el botón derecho y seleccionamos New.

- 30 -

Figura 28: Creación de un estudio de cobertura por nivel de señal.

A continuación nos aparecerá una ventana como la que se muestra en la figura.

Figura 29: Definición de parámetros para el estudio de cobertura.

En la pestaña Conditions introducimos unas condiciones de señal de -100 dBm, y una
probabilidad de cobertura en la célula del 75%. En la pestaña Display seleccionamos que se nos
muestren los resultados por nivel de señal, y en la pestaña General le asignamos un nombre al

- 31 -

estudio. A continuación, pulsamos con el botón derecho sobre el estudio que hemos creado y
seleccionamos la opción Calculate para que nos calcule y muestre los resultados.

Figura 30: Pasos para forzar el cálculo del estudio de cobertura creado.

Para crear nuevos estudios de cobertura con las mismas condiciones que algún estudio
creado anteriormente sólo debemos pulsar con el botón derecho sobre el estudio que
queremos duplicar y seleccionamos la opción Duplicate. Posteriormente, debemos forzar a
que sea calculado, de la forma en la que se indicó anteriormente.

En la siguiente figura se muestra el resultado del estudio de cobertura por nivel de
señal en todos los puntos de interés. Como puede observarse en ella, en todas y cada una de
las zonas de interés se consiguen niveles de señal superiores a la sensibilidad del receptor, de
tal forma, que en condiciones de propagación sin desvanecimientos los terminales deben ser
capaces de conectarse a la red.

- 32 -

Figura 31: Estudio de cobertura por nivel de señal para los centros de la US.

En la siguiente figura se mostrará que en cada uno de los centros se tiene un nivel de
señal de -85 dBm en casi la totalidad de la superficie, el cual, como comentamos
anteriormente, era nuestro objetivo.

- 33 -

Figura 32: Cobertura para un nivel de señal de -85 dBm.

- 34 -

Para poder observar con mayor claridad los resultados obtenidos, vamos a ayudarnos
de los informes que nos genera Atoll. A partir de ellos podemos analizar qué porcentaje de la
superficie de cada uno de los centros posee cada valor representativo de señal.

La herramienta de planificación Atoll puede generar informes de cualquier estudio de
cobertura cuya casilla de verificación esté validada. Dicho informe muestra la superficie
cubierta para cada umbral de señal definido. Para generar dichos informes, debemos pulsar
con el botón derecho sobre el estudio de cobertura del que queramos saber sus datos (dicho
estudio debe estar validado: ) y posteriormente seleccionar la opción Generate Report, tal y
como se muestra en la siguiente figura.

Figura 33: Generación de informes.

En la siguiente tabla se muestran los resultados obtenidos a partir de los informes que
ha generado Atoll. Como puede observarse, los objetivos propuestos han sido conseguidos
satisfactoriamente, puesto que en cada centro se consiguen unos niveles de señal de -85 dBm
en toda la superficie prácticamente.

- 35 -

Campus Central
Superficie total: 0,0473 km2
Nivel de señal Superficie (km2) Porcentaje (%)
Best Signal Level (dBm) >=-70 0,0028 6
Best Signal Level (dBm) >=-75 0,0201 43,3

Campus Ramón y Cajal


- 36 -

Facultad de Medicina

Facultad de Odontología

Escuela Politécnica

- 37 -

Escuela Técnica Superior de Ingenieros

Facultad de Comunicación

Facultad de Ciencias de la Educación

- 38 -

Facultad de Ciencias del Trabajo

Facultad de Bellas Artes

Escuela Universitaria Ingenieros Técnicos Agrícolas
Tabla 12: Porcentajes de cobertura por superficie para cada nivel de señal.

4.4.3.- Estudios de cobertura por transmisor.

Una vez asegurado el cumplimiento del nivel mínimo de señal necesario para la óptima
conexión a la red de los usuarios del sistema, el siguiente paso será estudiar la superficie

- 39 -

geográfica a la que le dará servicio cada uno de los sectores de todas las estaciones base
distribuidas.

Para determinar las superficies que ocupará cada sector, Atoll considera que cada
punto geográfico de nuestras zonas de interés recibirá servicio de red por parte del sector (de
una determinada estación base) cuya señal radioeléctrica transmitida llegue con el mayor nivel
de potencia a dicho emplazamiento.

Figura 34: Creación de un estudio de cobertura por transmisor.

El nivel de señal considerado para realizar las simulaciones ha sido de -100 dBm, que
es el nivel mínimo de señal con el que los usuarios son capaces de conectarse a la red.

Primeramente, se van a mostrar los resultados de forma gráfica. Para posteriormente,
detallar las superficies cubiertas por cada transmisor haciendo uso de los informes. Mediante
estos informes, se puede conocer qué porcentaje de la superficie de cada centro recibirá
cobertura de red y a qué superficie le dará servicio cada uno de los sectores de cada estación
base instalada.

- 40 -

Figura 35: Estudio de cobertura por transmisor para los centros de la US.

Una primera impresión que podemos extraer es que los transmisores que cubren más
superficie en cada centro serán los que tengan más carga de usuarios, y por tanto, será los que
teóricamente saturarán antes (aunque debido a la aleatoriedad de las simulaciones puede que
esto no se cumpla). Así pues, será en estos emplazamientos donde previsiblemente se tendrán
que ubicar nuevos transmisores que ayuden a descongestionar estos sectores y nos permitan
aumentar la capacidad de nuestra red.

- 41 -

Campus Central
Transmisor Superficie (km2) Porcentaje (%)
Site0_1 0,02 43,1
Site0_2 0,0142 30,6
Site0_3 0,0132 28,4

Campus ramón y Cajal
Site1_1 0,0151 40,5
Site1_2 0,0126 33,8
Site1_3 0,01 26,8

Site2_1 0,0333 22,1
Site2_2 0,023 15,2
Site2_3 0,0197 13
Site3_1 0,0217 14,4
Site3_2 0,0335 22,2
Site3_3 0,0215 14,2

Facultad de Medicina
Site4_1 0,0212 34,4
Site4_2 0,0198 32,2
Site4_3 0,0197 32

Facultad de Odontología
Site5_1 0,0071 42,6
Site5_2 0,0061 36,6
Site5_3 0,0032 19,2

- 42 -

Escuela Politécnica
Site14_1 0,0058 49,2
Site14_2 0,0021 17,8
Site14_3 0,0047 39,9

Escuela Técnica Superior de Ingenieros
Site7_1 0,0069 11,5
Site7_2 0,0069 11,5
Site7_3 0,0069 11,5
Site8_1 0,0179 29,7
Site8_2 0,0171 28,4
Site8_3 0,0071 11,8

Facultad de Comunicación
Site6_1 0,0039 38,7
Site6_2 0,0036 35,7
Site6_3 0,0035 34,7

Facultad de Ciencias de la Educación
Site9_1 0,0047 44,7
Site9_2 0,0045 42,8
Site9_3 0,0033 31,4

Facultad de Ciencias del Trabajo
Site15_1 0,002 17,3
Site15_2 0,0059 50,9
Site15_3 0,0042 36,2

- 43 -

Facultad de Bellas Artes
Site12_1 0,0013 45,2
Site12_2 0,0009 31,3
Site12_3 0,0008 27,8

Escuela Universitaria Ingenieros Técnicos Agrícolas
Site13_1 0,0286 38,3
Site13_2 0,0258 34,6
Site13_3 0,021 28,1
Tabla 13: Porcentajes de cobertura por superficie para cada transmisor.

- 44 -

4.5.- Simulaciones.

Es en este apartado donde se va a estudiar el comportamiento de nuestra red WiMAX
ante simulaciones de casos reales.

Una vez detallados los usuarios del sistema en profundidad, y consideradas todas las
características y localizaciones geográficas de las estaciones base que darán servicio a los
suscriptores, el último paso que resta para culminar la planificación radio de la red será
mostrar el comportamiento del sistema completo en situaciones cercanas a la realidad.

En el proceso de planificación y optimización de nuestra red necesitaremos estudiar la
capacidad de nuestro sistema, teniendo en cuenta distribuciones reales de usuarios y la
demanda de servicios generada.

Atoll en cada simulación genera una determinada distribución de usuarios, que se
corresponde con instantáneas (snapshot) de la red. De los resultados de dichas simulaciones se
puede obtener la demanda de tráfico asociada a cada distribución, los recursos demandados
por cada usuario, la carga que tendrá cada célula, etc.

En las simulaciones, Atoll asigna a cada usuario un servicio, un tipo de movilidad y un
terminal según los perfiles de usuario definidos. La situación geográfica de cada usuario
generado en la simulación es determinada aleatoriamente. El estado de la transmisión se
determina según la probabilidad de conexión. Este parámetro, es un resultado importante de
las simulaciones, puesto que tiene una implicación directa en la gestión de los recursos radio, y
además, tiene relación con el nivel de interferencia en la red.

Este estudio, lo vamos a dividir en dos etapas. Inicialmente, vamos a determinar el
número máximo de usuarios que admitiría cada estación base, con la configuración inicial de
un único transmisor por sector. De esta forma, podremos intuir el número de transmisores que
necesitaremos a medida que las necesidades de capacidad vayan creciendo.

Posteriormente, veremos el número de transmisores necesarios y el comportamiento
de la red ante una densidad de usuarios real. Los datos que tendremos en cuenta para
determinar dicha densidad de usuarios los obtendremos a partir de las estadísticas de alumnos
matriculados en el curso 06/07 que realiza la Universidad de Sevilla.

Atoll utiliza el algoritmo de Monte Carlo para la generación de las distribuciones de
usuarios. Las simulaciones requieren datos de tráfico, tales como mapas de tráfico. Por tanto,
previamente a la realización de simulaciones debemos definir los mapas de tráfico para cada
uno de los centros. Estos mapas de tráfico se basarán en los entornos (Environments) creados
anteriormente.

Atoll, nos permite crear estos mapas simplemente dibujándolos. Para ello, debemos
seleccionar la pestaña Geo de la ventana Explorer. Pulsamos el botón derecho del ratón sobre
la carpeta Traffic y seleccionamos New Map. A continuación, nos aparecerá una nueva ventana
y seleccionamos Map based on environments (raster) como el tipo de mapa que queremos
crear. Véase la siguiente figura.

- 45 -

Figura 36: Creación de mapas de tráfico.

Una vez creado el mapa, aparece una barra de herramientas (Environment Map
Editor). Seleccionamos el entorno, en el que nos vayamos a basar, de la lista disponible.
Finalmente, dibujamos el polígono que nos definirá el mapa de tráfico.

Figura 37: Asignación del entorno al mapa de tráfico.

De esta forma, iremos creando cada uno de los mapas de tráfico asociados a cada
entorno (cada centro), para posteriormente simular un determinado número de suscriptores
en cada centro. Una vez generados todos los mapas de tráfico necesarios, pasaremos a realizar
las simulaciones.

Para realizar una simulación, o un grupo de simulaciones, seleccionamos la pestaña
Data de la ventana Explorer. Pulsamos el botón derecho sobre la carpeta WiMAX Simulations.
Seleccionamos la opción New y nos aparecerá una nueva ventana en la que definir las
propiedades de la nueva simulación.

- 46 -

Figura 38: Creación de simulaciones.

En la pestaña Source Traffic seleccionamos los mapas de tráfico que queremos utilizar
en la simulación, y los demás campos los dejamos con los valores por defecto que define Atoll.

Figura 39: Elección de los mapas de tráfico a utilizar en la simulación.

- 47 -

Una vez explicado esto, pasaremos a estudiar la capacidad de nuestra red. Para ello,
como dijimos anteriormente, primero caracterizaremos la capacidad máxima de usuarios que
podemos tener en cada centro con la configuración inicial de un único transmisor por sector
en cada estación base. Posteriormente, realizaremos simulaciones con datos reales, añadiendo
si es necesario transmisores a los sectores más cargados.

4.5.1.- Caracterización del número máximo de usuarios.

Como se ha comentado, en este apartado, vamos a caracterizar (aproximadamente) el
número máximo de usuarios que soportaría nuestra red, con la configuración inicial, en cada
uno de los centros. Para ello, partiremos de una densidad inicial de usuarios baja e iremos
incrementándola hasta que nos sature la capacidad (en el enlace descendente) de la estación
base del centro en cuestión. Una vez logremos la congestión de la estación base, veremos el
número de usuarios conectados en cada momento que nos proporcionan las simulaciones. De
esta forma, sabremos el número máximo de usuarios que pueden estar conectados
simultáneamente en cada centro. Notar, que este número máximo de usuarios se obtendrá
para los hábitos de utilización definidos en el apartado 4.3.2 y que se reflejan a continuación.

Usuarios
Volumen de Volumen de
Tipo de Conexiones Duración
Terminal datos en UL datos en DL
Servicio por hora (segundos)
(KBytes) (KBytes)
FTP Terminal
0,01 2.000 15.000
Download móvil
Terminal
VoIP 0,2 240
móvil
Web Terminal
0,1 700 4.500
Browsing móvil
Tabla 14: Características de los perfiles de usuario.

Así, una vez que tengamos el número de usuarios que soporta nuestra red, podremos
intuir el número de transmisores que necesitaremos instalar a medida que vayan apareciendo
nuevos usuarios.

Para obtener unos resultados que se acerquen lo máximo posible al comportamiento
de la red en una situación real se realizarán grupos de diez simulaciones.

A continuación se van a detallar los resultados obtenidos para cada uno de los centros
que componen nuestro estudio.

- 48 -

Factor de nº medio usuarios nº
Centro carga en el conectados transmisores
enlace DL (%) simultáneamente instalados
Campus Central 95,67 77 3
Campus Ramón y Cajal 92,22 62 3
Campus Reina Mercedes 85,25 101 6
Facultad Ciencias Educación 87,84 54 3
Facultad Bellas Artes 91,42 65 3
Facultad Ciencias del
90,93 98 3
Trabajo
Escuela Politécnica 92,28 70 3
Facultad Medicina 94,85 70 3
Facultad Odontología 91,27 44 3
Facultad Comunicación 91,16 49 3
Escuela Técnica Superior de
89,02 97 6
Ingenieros
EUITA 96,23 72 3
Tabla 15: Número máximo de usuarios conectados simultáneamente en cada zona de interés
para unas condiciones de carga cercanas a la saturación.

Estos resultados se han obtenido teniendo en cuenta unos factores de carga del 85% al
97% de la capacidad en el enlace descendente en cada estación base. A partir de estos datos,
podremos intuir el número de transmisores necesarios para soportar una determinada
demanda de conexión de usuarios para cada centro en un instante determinado.

Por último, realizaremos un grupo de diez simulaciones, con las densidades de
usuarios por km2 configuradas para obtener el número máximo de usuarios en cada centro,
para ver el comportamiento de la red. En la siguiente tabla se refleja el promedio de los
porcentajes de utilización (en el enlace descendente) asociado a cada uno de los transmisores
presentes en la red.

DL Traffic
Campus Site Transmitter
Load (%)

Site0_1 100
Campus Central Site0 Site0_2 100
Site0_3 72,97
Site1_1 77,03
Campus Ramón y
Site1 Site1_2 86,61
Cajal
Site1_3 87,72
Facultad Bellas Site12 Site12_1 77,65

- 49 -

Artes Site12_2 96,79
Site12_3 98,72
Site13_1 100
EUITA Site13 Site13_2 90,39
Site13_3 82,85
Site14_1 94,72
E.U. Politécnica Site14 Site14_2 67,23
Site14_3 89,15
Site15_1 83,29
Facultad Ciencias
Site15 Site15_2 100
del Trabajo
Site15_3 99,22
Site2_1 87,94
Site2 Site2_2 83,78
Campus Reina Site2_3 42,89
Mercedes Site3_1 81,57
Site3 Site3_2 88,45
Site3_3 94,66
Site4_1 100
Facultad de
Site4 Site4_2 100
Medicina
Site4_3 93,87
Site5_1 100
Facultad de
Site5 Site5_2 88,53
Odontología
Site5_3 86,97
Site6_1 78,24
Facultad de
Site6 Site6_2 88,44
Comunicación
Site6_3 88,53
Site7_1 92,27
Site7 Site7_2 87,15
Escuela Técnica
Site7_3 76,17
Superior de
Ingenieros Site8_1 100
Site8 Site8_2 100
Site8_3 94,02
Facultad de Site9_1 93,37
Ciencias de la Site9 Site9_2 88,12
Educación Site9_3 94,01
Tabla 16: Condiciones de carga obtenidas tras simular funcionamiento con el número
máximo de usuarios conectados simultáneamente.

Con esta simulación se consiguen tener conectados una media de 920 usuarios
simultáneamente, con una tasa de rechazo de conexión del 7%. Notar que estos resultados se
obtienen para unas condiciones de carga próximas al 100%, lo que implicará que algunos
sectores se encuentren totalmente saturados impidiendo que se puedan conectar más
usuarios. Por ello, se obtiene una tasa de rechazo del 7%, debido a las condiciones con las que

- 50 -

se ha efectuado la simulación. Además, dentro de esa tasa de rechazo también se situarán los
usuarios cuya relación señal a interferencia-ruido esté por debajo de cero. Aún así, podemos
observar que los resultados de conexión son bastante buenos, puesto que apenas existe
rechazo de usuarios.

4.5.2.- Simulación de un caso real.

Es en este apartado donde vamos a comprobar el comportamiento de la red diseñada
y veremos si es necesario introducir nuevos transmisores.

Como datos de partida de usuarios para realizar las simulaciones nos basaremos en el
número de alumnos matriculados en cada centro. Estos datos se han conseguido a partir de los
datos reflejados en el Anuario Estadístico 06/07 que realiza la Universidad de Sevilla.

A continuación se muestran los alumnos matriculados en cada uno de los centros en el
curso académico 06/07.

Alumnos matriculados
Centro
2006/2007
Facultad de Bellas Artes 1136
Facultad de Biología 1689
Facultad de Ciencias de la Educación 4618
Facultad de Ciencias del Trabajo 1612
Facultad de Económicas y Empresariales 3835
Facultad de Comunicación 2800
Facultad de Derecho 3697
Facultad de Farmacia 2160
Facultad de Filología 1882
Facultad de Filosofía 281
Facultad de Física 397
Facultad de Geografía e Historia 2493
Facultad de Matemáticas 581
Facultad de Medicina 1685
Facultad de Odontología 492
Facultad de Psicología 1692
Facultad de Química 894
E.T.S de Arquitectura 3497
E.T.S de Informática 3448
E.T.S de Ingenieros 4543
E.U. de Arquitectura Técnica 2507
E.U. de Ciencias de la Salud 1110
E.U. de Estudios Empresariales 4636
E.U. de Ingeniería Técnica Agrícola (EUITA) 1331
E.U Politécnica 2029
55045
Tabla 17: Alumnos matriculados en cada centro de la US en el curso 06/07.

- 51 -

El número de alumnos que forman parte de cada uno de los Campus que se han
considerado son los siguientes:

Centro Nº alumnos
Facultad de Biología 1689

E.U. de Arquitectura
2507
Técnica
E.T.S. de Arquitectura 3497
Facultad de Farmacia 2160
Facultad de Química 894
Facultad de Matemáticas 581
Facultad de Física 397
E.T.S. de Informática 3448
15173

Campus Cartuja
Centro Nº alumnos
E.T.S. de Ingenieros 4543
Facultad de Comunicación 2800

7343

Campus Macarena
Centro Nº alumnos
Facultad de Odontología 492

E.U. de Ciencias de la
1110
Salud
Facultad de Medicina 1685
3287

Campus Central
Centro Nº alumnos
Facultad de Derecho 3697
Facultad de Filología 1882
Facultad de Geografía e
2493
Historia
8072

- 52 -

Campus Ramón y Cajal
Centro Nº alumnos
Facultad de Filosofía 281
Facultad de Psicología 1692

Facultad de Económicas y
3835
Empresariales

E.U. de Estudios
4636
Empresariales
10444

Otros
Centro Nº alumnos
Facultad de Bellas Artes 1136
Facultad de Ciencias de la
4618
Educación
Facultad de Ciencias del
1612
Trabajo
E.U. Politécnica 2029
E.U. de Ingenieros Técnicos
1331
Agrícolas
10726
Tabla 18: Número de alumnos que conforman cada uno de las zonas de interés.

Una vez sabemos el número total de alumnos que existen en la Universidad de Sevilla,
vamos a distinguir en nuestro estudio diferentes casos de porcentajes de utilización. Para la
elección de dichos porcentajes de utilización, se han tenido en cuenta las siguientes
consideraciones:

1. No todos los alumnos van a estar presentes simultáneamente en los diferentes
centros.

2. Sólo una porción de los alumnos que estén presentes en cada uno de los centros se
conectará a la red (no se conectarán todos en el mismo intervalo de tiempo).

3. Existirá una pequeña parte de usuarios que posean dispositivos de usuario WiMAX.
Esto se debe a que actualmente no se dispone de una gran cantidad de dispositivos de
usuario móviles, puesto que están en fase de desarrollo y certificación. Además, los
precios de dichos dispositivos puede que no estén al alcance de todos.

Por tanto, inicialmente no existirá una gran cantidad de usuarios que vayan a
conectarse a la red WiMAX, por lo que vamos a realizar el estudio para dos porcentajes de
utilización: 1% y 2%. Con estos porcentajes de utilización y teniendo en cuenta el total de
alumnos que existen en cada centro, obtenemos el número de usuarios que estarán pidiendo
conexión en un instante determinado.

- 53 -

En los apartados siguientes se va a modelar la red para tener conectados
simultáneamente ese número de usuarios. Obviamente, estas condiciones de carga serán más
exigentes que las condiciones en funcionamiento normal, puesto que no siempre todos esos
posibles usuarios demandarán conexión instantáneamente. Así, habrá instantes en los que
estarán conectados todos y momentos en los que el número de usuarios conectados sea
inferior.

4.5.2.1.- Simulación porcentaje utilización 1%.

En la siguiente tabla se puede observar el número de usuarios que existirán en cada
uno de los centros con el porcentaje de utilización considerado. Como se ha comentado con
anterioridad, se dimensionará cada estación base de la red para que sea capaz de soportar la
conexión simultánea de los suscriptores existentes en su centro.

Porcentaje de Transmisores
Centro Nº usuarios
utilización a instalar
Campus Central 1% 81 4
Campus Ramón y Cajal 1% 104 7
Campus Reina Mercedes 1% 152 12
Facultad Ciencias Educación 1% 46 3
Facultad Bellas Artes 1% 11 1
Facultad Ciencias del Trabajo 1% 16 1
Escuela Politécnica 1% 20 1
Facultad Medicina 1% 17 1

Facultad Odontología 1% 16 1

Facultad Comunicación 1% 28 2
Escuela Técnica Superior de
1% 45 4
Ingenieros
EUITA 1% 13 1
Tabla 19: Número de alumnos presentes en cada centro y transmisores necesarios para un
porcentaje del 1%.

Como se puede observar, los centros con mayor densidad de alumnos requerirán que
se instale un número mayor de transmisores. Notar que el número de transmisores a instalar
se obtiene a partir de los datos reflejados en el apartado 4.5.1, y que se han diseñado para
obtener una carga en el enlace descendente de cada estación base en torno al 75%.

Vemos que en la gran mayoría de los centros no será necesario instalar nuevos
transmisores, sin embargo, existen centros para los que la configuración inicial de red no es

- 54 -

suficiente. Por tanto, deberemos instalar nuevos transmisores en aquellos emplazamientos en
los que sea necesario, y en los que no sea necesario, dejaremos el número de transmisores
instalados originalmente (3 transmisores por estación base) para poder comprobar el
funcionamiento de la red planteada.

Las características de cada uno de los transmisores que forman parte de las diferentes
estaciones base instaladas son las que se muestran a continuación:

Mechanical Potencia
Altura Azimut Canal
Ubicación Transmisor Downtilt transmitida
(m) (°) asignado
(°) (dBm)
Site0_1 20 302 5 30 0
Site0_2 20 62 5 30 1
Campus Central
Site0_3 20 182 5 30 2
Site0_4 20 302 5 30 3
Site1_1 20 78 5 30 0
Site1_2 20 198 5 30 1
Site1_3 20 318 5 30 2
Campus Ramón y
Site1_4 20 78 5 30 3
Cajal
Site1_5 20 198 5 30 4
Site1_6 20 318 5 30 5
Site1_7 20 78 5 30 6
Site12_1 20 0 10 30 0
Facultad Bellas
Site12_2 20 120 10 30 1
Artes
Site12_3 20 240 10 30 2
Site13_1 20 325 5 30 0
EUITA Site13_2 20 85 5 30 1
Site13_3 20 205 5 30 2
Site14_1 20 0 10 30 0
E.U. Politécnica Site14_2 20 120 10 30 1
Site14_3 20 240 10 30 2
Site15_1 20 339 10 30 0
Facultad Ciencias
Site15_2 20 99 10 30 1
del Trabajo
Site15_3 20 219 10 30 2
Campus Reina Site2_1 20 0 5 30 0
Mercedes Site2_2 20 120 5 30 1
Site2_3 20 240 5 30 2
Site2_4 20 0 5 30 3
Site2_5 20 120 5 30 4
Site2_6 20 240 5 30 5
Site3_1 20 40 5 30 0
Site3_2 20 160 5 30 2
Site3_3 20 280 5 30 1
Site3_4 20 40 5 30 3

- 55 -

Site3_5 20 160 5 30 5
Site3_6 20 280 5 30 4
Site4_1 20 45 5 30 0
Facultad de
Site4_2 20 165 5 30 1
Medicina
Site4_3 20 285 5 30 2
Site5_1 20 37 0 30 0
Facultad de
Site5_2 20 157 0 30 1
Odontología
Site5_3 20 277 0 30 2
Site6_1 20 0 0 28,5 0
Facultad de
Site6_2 20 120 0 28,5 1
Comunicación
Site6_3 20 240 0 28,5 2
Site7_1 20 345 5 30 2
Site7_2 20 105 5 30 0
Escuela Técnica
Site7_3 20 225 5 30 1
Superior de
Ingenieros Site8_1 20 326 5 30 1
Site8_2 20 86 5 30 0
Site8_3 20 206 0 30 2
Site9_1 20 0 0 30 0
Facultad Ciencias
Site9_2 20 120 0 30 1
de la Educación
Site9_3 20 240 0 30 2
Tabla 20: Características de cada uno de los transmisores instalados para soportar un
porcentaje del 1%.

Para poder soportar las características demandadas para esta simulación ha sido
necesario instalar un total de 53 transmisores.

Llegados a este punto podemos preguntarnos por qué necesitamos instalar un número
de transmisores mayor que en la configuración inicial (3 transmisores por estación base) si el
número total de usuarios a los que vamos a dar servicio en este caso es inferior al número
máximo de usuarios a los que podíamos dar acceso antes (recuérdese que se daba servicio a
unos 900 usuarios simultáneamente). Es decir, si con los 42 transmisores instalados
originalmente damos servicio a unos 900 usuarios, por qué son necesarios estos 53
transmisores para dar servicio a 550 usuarios. Pues bien, la principal razón es que estamos
modelando cada estación base para que dé servicio únicamente a los usuarios presentes en su
Campus. Así, mientras en el caso anterior teníamos todos los sectores con unas cargas
cercanas a la saturación, en este caso tendremos sectores en los que las cargas de tráfico serán
pequeñas, permitiendo un incremento en el número de suscriptores de estos centros y por
consiguiente, en el número total de usuarios de la red. Por tanto, si en este caso hiciéramos
funcionar el sistema en unas condiciones de carga cercanas a la saturación podríamos obtener
un número de usuarios superior a los 900 obtenidos con la configuración inicial.

A continuación, se mostrarán los resultados que se obtienen tras simular el
comportamiento de nuestra red para cada uno de los centros, indicándose las cargas en los

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