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Capítulo 3:Simulación de Sistema

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Simulación de Sistema

• Se modela la red en su conjunto:– Distribución de usuarios

– Procesos de tráfico

– Interferencia en la interfaz aire

– Control de carga en la red

• Cada enlace se modela mediante un conjunto de parámetros, obtenidos de las simulaciones de enlace.

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Simulación de Sistema: Datos

• Datos de tráfico:Servicios, perfiles de usuarios, distribución geográfica

• Datos del entorno:Mapa de altimetría, mapa de uso del terreno

• Datos de equipos y del sistema:Parámetros del sistema, algoritmos, configuración de la red, servicios ofrecidos

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Tipos de Simulaciones de Sistema

• Estáticas:– Más rápidas

– Pérdida de información dinámica (por ejemplo llamadas que se cortan)

• Dinámicas:– Muy lentas

– Más información

En planificación se suelen utilizar simulaciones estáticas (compromiso).

Simulaciones dinámicas: consideran los cambios en el sistema en una escala

temporal mayor que la de las simulaciones de enlace. La resolución temporal

es típicamente un periodo del control de potencia. En ocasiones no se

considera un paso temporal fijo, sino que se emplea la técnica de simulación

de eventos discretos, según la cual se modelan sólo los sucesos o eventos

significativos que acontecen en la red, tales como la generación de una

llamada por parte de un usuario o la necesidad de un traspaso. En sistemas

CDMA son más usuales las simulaciones con paso fijo.

Simulaciones estáticas: consideran “fotografías” independientes del sistema,

cada una de las cuales representa el estado del mismo en un cierto instante. La

simulación se basa en generar, de manera aleatoria e independiente, un gran

número de estas fotografías (especificando en cada una la situación de los

usuarios, actividad de cada uno en ese momento, desvanecimientos etc.) y

analizar cada una por separado (no existe ninguna relación temporal entre las

mismas), obteniendo estadísticas relativas al funcionamiento de la red. Las

simulaciones de este tipo son más rápidas que las dinámicas. Como

contrapartida, al no considerar la evolución temporal del sistema no

proporcionan información sobre los aspectos relacionados con la misma,

como la duración de los periodos de congestión en el sistema o el porcentaje

de llamadas caídas.

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Simulación de Sistema Estática: Planteamiento

• Tratamiento estadístico basado en el método de Monte Carlo

• “Fotografías” independientes

• Obtención de estadísticas que describen el funcionamiento de la red

• Para la planificación interesan estadísticas de tipo local.

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Evaluación

Estadísticas

INICIO

FIN

Entorno

Tráfico

Parámetros deequipos y de

sistema

Nueva realización

Cálculo de atenuaciones

Generaciónde usuarios

Asignación y potencias

Simulaciónde SistemaEstática

Realización

Diagrama de flujo de una

simulación de sistema estática

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Generación de Usuarios:Modelo de Tráfico

• Caracterización estática.

• Múltiples clases de servicios.

• Distribución espacial de tráfico arbitraria(hot spots).

• Los enlaces ascendente y descendente se consideran por separado.

• Aproximación de población infinita.

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Parámetros del Modelo de Tráfico

Servicios Terminales

Perfilesde usuario

Mapas dedensidad

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Utilización del Modelo de Tráfico

• El modelo genera aleatoriamente los usuarios activos, de acuerdo con los parámetros de tráfico.

• El resultado es un conjunto de usuarios, caracterizados por su

– posición,– servicio– terminal– parámetros relacionados (EB/N0 necesaria, factor de

ortogonalidad, ...).

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Ejemplo de Utilización delModelo de Tráfico

Voz

LCD64

LCD144

LCD384

UDD64

UDD144

UDD384

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Cálculo de Atenuaciones

• Modelo de propagación adecuado al entorno (rural, urbano macrocelular, urbano microcelular):

• Dos opciones:– Cálculo para cada enlace en cada realización – “Precalcular” mapa de atenuación para cada base

• Resultado: matriz que define la atenuación de transmisión para cada pareja móvil-base.

• Esta matriz es necesaria para el cálculo de potencias.

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Asignación y Control de Potencia

• Parte esencial de la simulación (limitación por interferencia)

• Dos modelos:1. Simplificado: sin efectos del bucle cerrado:

• Incrementos de potencia / de atenuación

• Margen de potencia

• Ganancia por traspaso variable

2. General: incluye los efectos mencionados

El objetivo de esta etapa es determinar las estaciones base asignadas y las

potencias de transmisión asociadas a los usuarios activos en cada realización.

Es una parte fundamental de la simulación, ya que a partir de las potencias se

obtiene el nivel de interferencia, que determina el comportamiento del

sistema.

El cálculo de las potencias se puede llevar a cabo utilizando dos tipos de

modelos: uno simplificado, que no considera efectos asociados al bucle

cerrado de control de potencia, y otro general, que sí tiene en cuenta estos

efectos.

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Asignación y Control de Potencia

m

kjα (m,k)

α (m,j)

Entorno de simulación:

EB/N0 y SIR:

SIRR

W

PP

P

R

W

N

EB =+

=ruidociainterferen

deseada

0

base

móvil

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Modelo Simplificado: Control de Potencia

),()()(),(

)(),(km

mjPjm

kPkm

kj

γνα

α=

+∑≠

k: usuario de referencia

m: base considerada

γ(m,k): SIR objetivo para el usuario k en la base m

α (m,j): atenuación entre m y j

P (j): potencia transmitida por j

ν (m): potencia de ruido térmico en m

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Modelo Simplificado: Control de Potencia

Planteamiento:– Sistema lineal de ecuaciones.

– Similar en enlaces ascendente y descendente.

El sistema puede resolverse:– Directamente (K × K)

– Por reducción de dimensiones (M × M)

– De manera iterativa

La simulación de la asignación y del control de potencia es más fácil en el

modelo simplificado, pero menos realista. En este caso, las potencias

necesarias para una asignación dada pueden calcularse mediante un sistema

lineal de ecuaciones, que se resuelve directamente o de forma iterativa.

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Existen dos criterios básicos:– Mínima atenuación

– Óptimo (enlace ascendente): asignación que minimiza simultáneamente todas las potencias.

El traspaso se considera mediante un umbral relativo de nivel recibido.

Modelo Simplificado: Asignación Celular

La asignación celular puede llevarse a cabo siguiendo un criterio de mínima

atenuación o bien pueden utilizarse algoritmos óptimos de asignación, que

minimizan simultáneamente las potencias de transmisión necesarias., y por

tanto maximizan la capacidad.

El traspaso se modela normalmente mediante un ventana de traspaso definida

como un umbral relativo de atenuaciones (o de EB/�0 en el canal piloto

descendente), de modo que, una vez asignado el móvil a una estación base, en

el conjunto activo se incluyen además otras bases en situación de traspaso si

sus atenuaciones no difieren de la primera en un valor mayor que el umbral.

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),()()(),(),(

)(),(),(km

mjPkmjm

kPkmkm

kj

γνβα

βα=

+∑≠

k: usuario de referencia

m: base considerada

γ(m,k): SIR objetivo para el usuario k en la base m

α (m,j): atenuación entre m y j

P (j): potencia transmitida por j

ν (m): potencia de ruido térmico en m

β (m,k): incremento de atenuación de k en m.

Modelo General: Control de Potencia

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Modelo General: Control de Potencia

Planteamiento:– Ciertos parámetros (β (m,k), γ(m,k)) dependen

de las potencias interferentes (ganancias por traspaso)

– Sistema no lineal de ecuaciones.

El sistema puede resolverse:– De manera iterativa

En el caso general el modelado del control de potencia se complica, debido a

que se pierde la linealidad de las ecuaciones; no obstante, es posible encontrar

las potencias necesarias mediante algoritmos iterativos.

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Modelo General: Asignación Celular

• El análisis de la asignación también se complica, debido al incremento de atenuación.

• No existe una caracterización de la asignación óptima.

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Evaluación

Resueltas las ecuaciones de control de potencia, para la asignación seleccionada, hay dos casos:

En (ii) no es posible atender a todos los usuarios con la calidad objetivo. Algunos experimentarán una degradación individual. ¿...Cuáles?

(i) La solución es compatible con las restricciones de potencia transmitidas.

(ii) No lo es (potencias muy grandes o negativas): degradación global.

En la práctica, el sistema se encontrará en situación de degradación global o

no en función de las posiciones de los usuarios, los servicios utilizados y las

atenuaciones de propagación en cada momento. En condiciones de

degradación es necesario rebajar los objetivos de calidad de uno o varios

usuarios para cumplir las limitaciones de potencia. Los mecanismos de

control de congestión del sistema determinan qué conexiones son degradadas,

y en qué medida.

La pérdida de calidad experimentada por cada usuario se denomina

degradación individual. La diferencia respecto al concepto anterior de

degradación es que aquélla es global, en el sentido de que caracteriza al

sistema en conjunto, sin indicación de qué usuarios se ven afectados. Para

conocer qué usuarios se encuentran degradados deben introducirse en la

simulación los algoritmos de control de congestión.

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Evaluación

• A partir de un número suficiente de realizaciones, se evalúa la probabilidad de degradación.

• La probabilidad de degradación global caracteriza el sistema en conjunto.

• La probabilidad de degradación individual proporciona información local, más útil, pero depende de mecanismos de control de carga.

• Se evalúan además otros parámetros:– Factores de carga– Potencias transmitidas– Probabilidad de traspaso

En general, los parámetros mostrados como resultado final de la simulación

deben ser suficientes para

•Caracterizar las prestaciones del sistema en las condiciones fijadas;

•En caso de que las prestaciones no sean satisfactorias, proporcionar

indicaciones respecto a qué parámetros de la red es necesario

modificar (por ejemplo, en qué zonas es conveniente añadir o eliminar

estaciones base) para mejorar el comportamiento de la red.

Los parámetros finales presentados se obtienen a partir de los resultados

almacenados en cada realización, y pueden representarse en forma de mapas o

histogramas. Los valores mostrados pueden referirse a una sola realización o

al conjunto de realizaciones que integran una simulación, en cuyo caso deben

mostrarse de forma estadística.

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Ejemplo de Resultados

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 2410

-2

10-1

100

relative user density

out

age

pro

bab

ility UL

DL

Probabilidad de degradación global

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Ejemplo de Resultados

Histograma de potencia transmitida en UL, por servicio

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Ejemplo de Resultados

Histograma de potencia individual transmitida en DL, por servicio

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Ejemplo de Resultados

Histograma de potencia total transmitida en DL, por servicio

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Ejemplo de Resultados

Proporción de usuarios en traspaso

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Ejemplo de Resultados

Usuarios con degradación individual

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Ejemplo de Resultados

29

Ejemplo de Resultados

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Ejemplo de Resultados

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Algunas herramientas deplanificación comerciales

• Forsk (herramienta Atoll)http://www.forsk.com

• Intelia Consultores (herramienta Sirenet)http://www.inteliaconsultores.com

• Mobile Connect GmbH (herramienta RadioTracer)http://www.mobile-connect.de

• EDX Wireless (herramienta EDX Signal Pro)http://www.edx.com

• Ericsson (herramienta TEMS CellPlanner)http://www.ericsson.com

• CelPlan Technologies, Inc. (herramienta CelPlanner y otras)http://www.celplan.com

• AIRCOM International (herramienta Enterprise)http://www.aircom.co.uk

• ATDI (herramienta ICS Telecom)http://www.atdi.com

• Wavecall (herramienta Wavesight)http://www.wavecall.com