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Repositorio de la Universidad de Zaragoza – Zaguan http://zaguan.unizar.es Trabajo Fin de Máster PLANIFICACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE RED TETRA PARA LA PROVINCIA DE ZARAGOZA Solución de interoperabilidad con otras redes celulares Autor David Terrado Izquierdo Director Emiliano Bernués del Río Ponente Antonio Valdovinos Bardají Máster en Tecnologías de la Información y Comunicaciones en Redes Móviles Escuela de Ingeniería y Arquitectura 2012 RESUMEN El principal objetivo del trabajo es la planificación de una red de comunicaciones móviles para la provincia de Zaragoza, basada en la tecnología TETRA y cuya utilidad básica será la comunicación entre los servicios de emergencia de la Comunidad Autónoma de Aragón. Para ello se primará alcanzar el mayor número de superficie cubierta al menor coste sin comprometer la calidad de la red. Se realizará un estudio de cobertura con emplazamientos reales y su correspondiente red de transporte para alcanzar el mayor porcentaje del territorio de la provincia. Según las características poblacionales, orográficas o debidas a las condiciones del emplazamiento se elegirá el equipamiento para cada nodo integrante de la red. Las estaciones bases podrán ser de alta o baja capacidad, siendo estas últimas más flexibles a la hora de su instalación pero cuyo alcance y prestaciones resultan inferiores. Una de las características de los equipos de baja capacidad, en la mayoría de fabricantes, es su imposibilidad de funcionar en modo degradado de la red o de contar con radioenlaces no redundantes. Por esta razón, se sugerirá la integración de elementos adicionales, como gateways inteligentes, que avancen en la utilización de otras redes que minimicen un eventual aislamiento de la celda. Hasta el momento en nuestro país, siempre se han desplegado las redes de emergencia TETRA de forma unívoca, sin que se considerase la posibilidad de emplear otras tecnologías que mejoren la eficiencia y los costes desde el punto de vista de la disponibilidad del servicio. En resumen, se busca principalmente innovar a la hora de poder reutilizar las redes inalámbricas ya disponibles en entornos rurales y conseguir así: - Lograr una cobertura máxima. Una red TETRA debe cubrir la mayor parte del territorio de actuación puesto que los servicios de emergencias como bomberos, agentes forestales, servicios sanitarios o de carreteras son los principales usuarios a los que va destinada. - Lograr un coste mínimo. Se intentará reducir el coste con el menor impacto en la calidad para lograr la mejor cobertura. Aragón cuenta con una orografía muy complicada que dispara el coste en cualquier tecnología inalámbrica si se pretende alcanzar una cobertura máxima. - Aprovechamiento de otras tecnologías inalámbricas. Se estudiarán las distintas alternativas necesarias para el aprovechamiento de otras redes existentes, como UMTS o de próxima implantación como LTE. Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza ÍNDICE 5 David Terrado Izquierdo ÍNDICE ÍNDICE DE IMÁGENES .................................................................................................................... 7 ÍNDICE DE TABLAS ......................................................................................................................... 8 ÍNDICE DE SIGLAS .......................................................................................................................... 9 1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................... 11 2. RED TETRA ........................................................................................................................... 13 2.1. Tecnología TETRA ........................................................................................................ 13 2.2. Modos de utilización y usos ........................................................................................ 16 2.3. Usuarios potenciales ................................................................................................... 18 2.4. Futuro de TETRA .......................................................................................................... 19 3. PLANIFICACIÓN DE COBERTURA ......................................................................................... 20 3.1. Método de cálculo....................................................................................................... 20 3.2. Balance de Potencias ................................................................................................... 22 3.2.1. Cálculo del enlace descendente (DOWNLINK) .................................................... 24 3.2.2. Cálculo del enlace ascendente (UPLINK) ............................................................. 25 3.2.3. Umbrales de cobertura ....................................................................................... 25 3.3. Prueba de Campo. Valdemadera ................................................................................ 26 3.4. Cálculo de coberturas .................................................................................................. 31 3.4.1. Coberturas individuales ....................................................................................... 32 3.4.2. Cobertura global .................................................................................................. 35 3.4.3. Asignación de frecuencias ................................................................................... 39 4. RED DE TRANSPORTE .......................................................................................................... 41 4.1. Red Troncal .................................................................................................................. 41 4.2. Red de Distribución ..................................................................................................... 41 4.3. Red de Acceso ............................................................................................................. 41 4.4. Red de Fibra Óptica ..................................................................................................... 42 5. EQUIPAMIENTO TETRA ....................................................................................................... 44 6. SOLUCIONES PARA LA UTILIZACIÓN DE OTRAS REDES DE TELECOMUNICACIONES ........... 48 6.1. Solución 1. Despliegue de red LTE paralela ................................................................. 48 6.2. Solución 2. Handover vertical. Utilización de otras redes existentes ......................... 49 6.2.1. Implementación de la solución 2 ........................................................................ 52 6.2.2. Ventajas e inconvenientes de la solución 2 ........................................................ 55 6 ÍNDICE Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza David Terrado Izquierdo 7. PRESUPUESTO ..................................................................................................................... 56 8. CONCLUSIONES ................................................................................................................... 58 9. BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................................... 59 ANEXO 1. ESTACIONES BASE TETRA ............................................................................................ 61 A1.1. Estaciones base de alta capacidad o site base station (SBS) ......................................... 61 A1.2. Nodo central o switching control node (SCN) ................................................................ 62 A1.3. Estación base de baja capacidad o mast-mount base station (MBS) ............................ 63 ANEXO 2. ESQUEMA DE INSTALACIÓN DE LAS ESTACIONES BASE DE ALTA CAPACIDAD (SBS) .. 67 ANEXO 3. ANTENAS DE LAS ESTACIONES BASE ........................................................................... 69 ANEXO 4. TERMINALES................................................................................................................ 71 Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza ÍNDICE DE IMÁGENES 7 David Terrado Izquierdo ÍNDICE DE IMÁGENES Imagen 1.- Interfaces TETRA ....................................................................................................... 14 Imagen 2.- Estructura de trama TDMA ....................................................................................... 15 Imagen 3.- Duplexado FDD TETRA .............................................................................................. 15 Imagen 4.- Comparativa de canales GSM / PMR / TETRA ........................................................... 16 Imagen 5.- Ejemplo de cálculo Deygout con 2 aristas................................................................. 21 Imagen 6.- Ejemplo de cálculo UIT P.526 .................................................................................... 21 Imagen 7.- Área de La Almunia de Dª Godina. UIT P.526-11 ...................................................... 28 Imagen 8.- Área de La Almunia de Dª Godina. Deygout ............................................................. 28 Imagen 9.- Área de Mainar. UIT P.526-11 ................................................................................... 29 Imagen 10.- Área de Mainar. Deygout ........................................................................................ 29 Imagen 11.- Área de Nigüella. UIT P.526-11 ............................................................................... 30 Imagen 12.- Área de Nigüella. Deygout ...................................................................................... 30 Imagen 13.- Ruta de Cariñena a Villanueva de Huerva. UIT P.526-11 ........................................ 31 Imagen 14.- Ruta de Cariñena a Villanueva de Huerva. Deygout ............................................... 31 Imagen 15.- Ejemplo de EB alta capacidad 40W - Valdemadera ................................................ 34 Imagen 16.- Ejemplo de EB baja capacidad 10W - Fayón ........................................................... 34 Imagen 17.- Cobertura global TETRA Zaragoza. Niveles de potencia ......................................... 35 Imagen 18.- Cobertura global TETRA Zaragoza. Mejor servidor ................................................. 36 Imagen 19.- Cobertura TETRA Zaragoza. Portátil 3W interiores en mano ................................. 37 Imagen 20.- Cobertura TETRA Zaragoza. Portátil 3W exteriores en cintura ............................... 37 Imagen 21.- Cobertura TETRA Zaragoza. Portátil 3W exteriores en mano ................................. 38 Imagen 22.- Cobertura TETRA Zaragoza. Móvil 10W .................................................................. 38 Imagen 23.- Red REPITA .............................................................................................................. 43 Imagen 24.- Ejemplos de topología en anillo y en estrella ......................................................... 45 Imagen 25.- Topología de red IP ................................................................................................. 46 Imagen 26.- Esquema de la solución con gateways inteligentes ................................................ 50 Imagen 27.- Esquema de la solución con gateways inteligentes para EB transportables .......... 51 Imagen 28.- Gateway Sierra Wireless AirLink® GX440 ................................................................ 52 Imagen 29.- Menú VRRP en software ALEOS® 4.3 embebido[10] ................................................ 53 Imagen 30.- Secuencia de activación del camino secundario ..................................................... 54 Imagen 31.- Nodo central (SCN). Arquitectura ........................................................................... 63 Imagen 32.- Estación base de baja capacidad (MBS) .................................................................. 63 Imagen 33.- Ejemplo de instalación de 2 MBS ............................................................................ 65 8 ÍNDICE DE TABLAS Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza David Terrado Izquierdo ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1.- Cálculos del factor de corrección estadístico [3] ........................................................... 23 Tabla 2.- Balance de potencias (Downlink) ................................................................................. 24 Tabla 3.- Balance de potencias (Uplink) ...................................................................................... 25 Tabla 4.- Umbrales de cobertura ................................................................................................ 26 Tabla 5.- Niveles representados en las manchas de cobertura para la prueba de campo ......... 27 Tabla 6.- Niveles representados en las manchas de cobertura .................................................. 32 Tabla 7.- Listado de centros ........................................................................................................ 33 Tabla 8.- Porcentaje de superficie cubierta ................................................................................ 39 Tabla 9.- Tabla de asignación de canales .................................................................................... 40 Tabla 10.- Enlaces de acceso adicionales a la red REPITA ........................................................... 42 Tabla 11.- Comparativa de velocidades máximas de datos ........................................................ 51 Tabla 12.- Cálculo del presupuesto ............................................................................................. 57 Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza ÍNDICE DE SIGLAS 9 David Terrado Izquierdo ÍNDICE DE SIGLAS 2G Redes celulares de 2ª Generación 3G Redes celulares de 3ª Generación 6L Banda 6 GHz baja 6U Banda 6 GHz alta AI Air Interface AIR IF Air Interface AST Aragonesa de Servicios Telemáticos BSR Base Station Repeater C/I Relación Portadora a Interferencia CABRX Pérdidas Cable. Recepción CABTX Pérdidas Cable. Transmisión CAG Control Automático de Ganancia CNAF Cuadro Nacional de Atribución de Frecuencias CNC Central Node Controller CONRX Pérdidas Conectores. Recepción CONTX Pérdidas de los Conectores CP Control Phisical channel CPD Centro de Procesado de Datos dB Decibelio dBc Decibelio respecto a la portadora dBd Decibelio respecto a un dipolo en λ/2 dBi Decibelio respecto a una antena isotrópica dBm Decibelio respecto a 1 mW DGA Diputación General de Aragón DL Downlink DMO Direct Mode Operation DPQSK Differential Quadrature Phase Shift Keying DPZ Diputación Provincial de Zaragoza EB Estación Base EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution ED50 European Datum 1950 EM Estación Móvil ETS European Telecommunication Standard FCE Factor de Corrección Estadístico FCR Factor de Corrección por Ruido FDD Frequency Division Duplexing FM Frecuencia Modulada GFP Generic Framing Procedure GHz Gigahercio GPRS General Packet Radio Services GPS Global Positioning System GRE Generic Routing Encapsulation GRX Ganancia de Antena de Recepción GSM Global System for Mobile communications GTX Ganancia de Antena de transmisión h30 Huso 30 HSPA+ High-Speed Packet Access (evolucionado) HSUPA High Speed Uplink Packet Access HSDPA High Speed Downlink Packet Access IP Internet Protocol ISI Inter System Interface Kbps Kilobits por segundo KHz Kilohercio Km Kilómetro L Ubicaciones LAN Local Area Network LOS Line Of Sight LP Pérdidas de Propagación Máximas Admitidas LS Line Station LSC Local Site Controller LTE Long Term Evolution m Metro Mbps Megabits por segundo MBS Mast-mount Base Station MHz Megahercio MNI Module for Networking Interconection MUX Pérdidas del Multiplexor mW Milivatio NMS Network Management Server OPE Otras Pérdidas OSI Open Systems Interconnection P Potencia PC Personal Computer PDH Plesiochronous Digital Hierarchy PIRE Potencia Isotrópica Radiada Equivalente PLC Programmable Logic Controller PMR Professional Mobile Radio PoE Power over Ethernet PTC Pérdidas con Terminal en Mano PTC Pérdidas con Terminal en Interiores 16 RED TETRA Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza David Terrado Izquierdo Imagen 4.- Comparativa de canales GSM / PMR / TETRA Una vez descritos los recursos físicos de TETRA, es necesario introducir el concepto de canal físico. Está definido por un par de portadoras de radio frecuencia (uplink y downlink), y un número de timeslot (TN). Existen cuatro canales físicos por cada portadora y se definen según el tipo de información que contienen. - Canal físico de control (CP). - Canal físico de tráfico (TP). - Canal físico no asignados (UP). Un canal lógico, sin embargo, está definido por el tipo de información que se transmite entre la estación móvil y la red. Forma un camino de comunicación lógico entre dos o más partes. La información parte del nivel 3 de las capas OSI hasta quedar desmenuzada en los diferentes canales físicos presentes en la capa 1. Los canales lógicos son divididos en: - Canal lógico de tráfico: llevan información de voz y datos con conmutación de circuitos. - Canal lógico de control: llevan información de señalización, linealización, acceso, adquisición, etc. en modo paquete. Para garantizar el alcance de la información transmitida, la potencia de los equipos móviles puede ser de 1; 1,8; 3 y 10W. La de las estaciones base está comprendida entre los 0,6 y los 40W según su tamaño, alcance o por el resultado calculado por el control automático de potencia (CAG) que utilizan la mayoría de ellas. 2.2. Modos de utilización y usos [4][7]TETRA, en su release 1, establece tres clases de servicios, para cada uno de los cuales se define una interfaz aire distinta: - Voice + Data (voz más datos), voz y transmisión de datos mediante conmutación de circuitos. (ETS 300 392) Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza RED TETRA 17 David Terrado Izquierdo - Optimización para paquetes de datos, mediante conmutación de paquetes. (ETS 300 393). - Direct Mode Operation (DMO) u Operación en modo directo, que permite una transmisión simple de voz entre dos terminales móviles sin necesidad de red. Acepta dos llamadas DMO simultáneas en un solo canal físico. (ETS 300 396) Los servicios de voz y datos de las redes TETRA están especialmente estandarizados para satisfacer los requerimientos de todas las administraciones de seguridad. Una instalación trunking TETRA escanea todos los canales radio y los asigna bajo demanda a cada usuario. También incluye la posibilidad de que los usuarios de los antiguos PMR analógicos no cambien su método de trabajo puesto que las mismas funcionalidades se encuentran en TETRA. Adicionalmente, TETRA puede subdividir los servicios que presta en tres categorías que se superponen por encima de las clases citadas. Estas categorías son: - Servicios de telecomunicaciones:  Llamadas individuales entre usuarios, bien de la red TETRA o de otras redes, como la RTC.  Llamadas de grupo, conectando a un usuario con un grupo de usuarios. Los grupos no tienen por qué ser fijos y pueden crearse y modificarse dinámicamente. Incluso puede configurarse la llamada de forma que los usuarios deban confirmar su recepción, lo que asegura que todos los miembros reciben la comunicación.  Llamadas de broadcast, usadas normalmente por el centro de control para alertar a todos los usuarios.  Llamadas de emergencia, donde la red de TETRA asigna alta prioridad y conexión rápida hacia un grupo o usuario.  Modo DMO, que permite la conexión entre dos terminales sin necesidad de red.  Canal Abierto, un servicio de comportamiento similar a las radios analógicas, donde cada participante puede hablar o escuchar libremente.  Inclusión en llamada, que permite a un usuario unirse a una llamada en grupo ya establecida. - Servicios de transporte (bearer services):  Transmisión de estado de usuario, comparable a los mensajes de servicio, empleados para transmitir mensajes cortos predefinidos a la estación central.  Servicio de datos cortos, similar al SMS de GSM.  Servicios de datos conmutados por circuitos, con diferentes tasas en función de la seguridad: modo desprotegido (7,2 Kbps por timeslot), encriptado estándar (4,8 Kbps por timeslot) y encriptado fuerte (2,4 kbps por timeslot). 18 RED TETRA Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza David Terrado Izquierdo  Servicios de datos conmutados por paquetes, basados en TCP/IP (anteriormente también en X.25), con una tasa máxima de 28,8 Kbps. - Servicios adicionales  Como prioridad o suscripción preferente de llamadas, escuchas discretas, llamada preferente, selección de área, autorización de llamada por un tercero, escucha ambiental, retención de llamada, llamada en espera, transferencia de llamada, etc. TETRA se considera el estándar de las comunicaciones radio profesionales debido a la seguridad que ofrece. La definición del sistema especifica una serie de mecanismos de protección la lo largo de varios niveles del protocolo de comunicación radio. Algunas son: - Autenticación multinivel, que asegura que los terminales que intentan acceder a la red están autorizados por la misma. - Encriptado de la interfaz radio, que protege dicho canal entre el terminal móvil y la estación base. - Direcciones alias, que permite la ocultación de los terminales implicados en una llamada para evitar su localización. - Encriptado extremo a extremo. 2.3. Usuarios potenciales Los futuros usuarios de la Red Tetra, en la provincia de Zaragoza, se pueden clasificar como 2 tipos: - Internos del Gobierno de Aragón: Medio Ambiente, Protección Civil/112, Carreteras, Policía Autonómica y Salud. - Externos al Gobierno de Aragón: Bomberos de la DPZ, Policías Locales y Servicio de Ambulancias contratados por el Salud. En la actualidad, cada colectivo explota su propia red de repetidores en tecnología analógica PMR. Son sistemas de comunicaciones muy antiguos y obsoletos siendo su gestión cada día más complicada. Esto les resta tiempo de sus cometidos principales. Entre todos los grupos mencionados anteriormente, se prevé un número inicial de suscriptores potenciales a TETRA del orden de 800 a 900 usuarios. Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza RED TETRA 19 David Terrado Izquierdo 2.4. Futuro de TETRA [15][17]Aunque con la versión actualizada de TETRA (release 2 o TEDS) se ha mejorado considerablemente la posibilidad de recibir y enviar datos, el futuro de TETRA va dirigido hacia la necesidad de mejorar la capacidad de datos hasta los niveles de la banda ancha. Servicios multimedia como las videollamadas o el intercambio de fotos y vídeos, cada vez son más demandados por los colectivos que lo utilizan. Se barajan varias posibilidades que incluyen o la redacción de un nuevo estándar TETRA con capacidades de banda ancha o la creación de una interfaz TETRA para integrar otras tecnologías de banda ancha, como es el caso del LTE. Empresas como Alcatel-Lucent® ya están trabajando en la parte del backhaul u otras como Sepura® que están diseñando terminales híbridos para ambas tecnologías, aunque aún no han comercializado todavía ningún prototipo. Este desarrollo dependerá de cómo y cuándo la administración competente diseñe la futura liberación del espacio radioeléctrico y cómo se definan las bandas de canales para poder utilizarlo. 20 PLANIFICACIÓN DE COBERTURA Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza David Terrado Izquierdo 3. PLANIFICACIÓN DE COBERTURA Este punto del trabajo busca, como objetivo principal, cubrir la mayor parte del territorio de la provincia de Zaragoza con tecnología TETRA. Para ello, se va a utilizar la herramienta de cálculo radioeléctrico Sirenet® 3.6.0.0, con la que se simularán las áreas de cobertura necesarias para garantizar un 90% de superficie cubierta para terminales móviles. Antes va a ser necesario realizar el balance de potencias en el trayecto descendente o downlink (estación base – estación móvil) y en el ascendente o uplink (estación móvil – estación base); y configurar la aplicación radioeléctrica para que realice los cálculos con el método de propagación más adecuado. 3.1. Método de cálculo [1][2][9]Los métodos de cálculo permiten estimar la propagación de las ondas en el espacio mediante distintas metodologías. Básicamente, estos métodos pueden dividirse en determinísticos, empíricos y mixtos. Los determinísticos se basan en la teoría óptica geométrica y tienen en cuenta la difracción y la reflexión de los rayos sobre el terreno. Son muy acertados cuando se dispone de una cartografía adecuada. Los empíricos se basan en exhaustivas campañas de medidas con diferentes condiciones. Los mixtos están basados en los primeros pero con correcciones introducidas tras su estudio empírico. Para este trabajo se ha utilizado el método determinístico UIT-R P.526-11 después de discutir su idoneidad tras realizar medidas en campo y comprobar su mejor adecuación con respecto a otros métodos como Deygout. Se dispone también de una capa de altimetría con cuadrículas de 50m suficientemente precisa para el área a cubrir. En general, los métodos UIT-R P.526, además de las pérdidas en el espacio libre, definen pérdidas adicionales debidas a la difracción de la señal en los diferentes obstáculos existentes entre el transmisor y el receptor. Se calculan de forma similar al método Deygout, pero cuya principal diferencia es que los subvanos generados no son calculados a partir del obstáculo dominante sino que se van solapando tras el análisis consecutivo de los obstáculos intermedios. Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza PLANIFICACIÓN DE COBERTURA 21 David Terrado Izquierdo Imagen 5.- Ejemplo de cálculo Deygout con 2 aristas Imagen 6.- Ejemplo de cálculo UIT P.526 La recomendación UIT-R 526.11 puede además analizar el perfil radioeléctrico para determinar el método más eficaz en la estimación de la propagación suponiendo los siguientes tipos: tierra esférica o redondeada, perfil con obstáculos redondeados y perfil con obstáculos en filo de cuchillo. Como principal aplicación, está indicado para entornos donde dominan obstáculos determinísticos, como es el caso de enlaces de microondas punto a punto, punto a multipunto, accesos rurales o radiodifusión rural. Tiene la desventaja de que pierde fiabilidad en distancias superiores a 70 Km donde comienza a ser aconsejable el empleo de métodos de dispersión troposférica. Las coberturas de los nodos de difusión TETRA no se aconseja que sean superiores a los 54 Km de radio, por lo que no será necesario emplear otro método. En el caso de la provincia de Zaragoza, la mayoría del terreno se puede considerar como tierra redondeada. Los obstáculos suelen no presentar aristas muy marcadas predominando las colinas de pendiente suave, las muelas y barrancos con descensos no muy pronunciados en distancias cortas. Sin embargo, en las áreas próximas al Moncayo, las altas Cinco Villas y los meandros del Ebro medio se pueden presentar obstáculos más pronunciados. Ante la posibilidad de calcular la cobertura con distintos métodos se realizó una prueba de campo para evidenciar qué método es el más adecuado entre Deygout, UIT P.526- 11 con perfil de tierra redondeada o UIT P.526-11 con perfil de filo de cuchillo. Esta prueba de campo se detallará en el punto 3.3. 22 PLANIFICACIÓN DE COBERTURA Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza David Terrado Izquierdo 3.2. Balance de Potencias Siempre que se necesita simular una determinada cobertura de radio es necesario calcular previamente el balance de potencias de los trayectos que intervienen en la comunicación. Para ello se estudian las ganancias y pérdidas de todos los elementos en cada sentido de la comunicación y se elige el más restrictivo para asegurar la mayor cobertura. En este caso, se han empleado tanto estaciones base como estaciones móviles del fabricante local Teltronic®. Dependiendo del centro seleccionado y del área cubierta por cada uno, se utilizarán estaciones base de alta capacidad o de baja capacidad. Los terminales podrán ser móviles incorporados en los vehículos o portátiles de mano de clase A. Este balance de potencia está basado en los siguientes datos de partida. La instalación recomendada por el fabricante Teltronic® más adecuada para las estaciones base de alta capacidad (Anexo 2), consiste en una antena omnidireccional emisora y tres paneles de 120º de apertura de haz. El cable empleado es coaxial de 7/8” y cada portadora de la estación base se introduce en la línea de transmisión mediante un multiplexor de 4 cavidades. En el caso de las estaciones de baja capacidad se emplea una antena omnidireccional para emitir y otra para recibir. El cable utilizado es coaxial de 1/2”. Únicamente admite combinar 2 portadoras. - Estaciones base  Potencia de la Estación Base de alta capacidad: 40 W (46,02 dBm).  Potencia de la Estación Base de baja capacidad: 10 W (40 dBm).  Ganancia de las antenas de la Estación Base de alta capacidad: Se trata de una antena omnidireccional con 7,5 dBi de ganancia en transmisión y tres antenas de tipo panel modelo KATHREIN 739506 de 11,5 dBi de ganancia en recepción.  Ganancia de las antenas de la Estación Base de baja capacidad: Se trata de una antena omnidireccional KATHREIN K751631 con 7,5 dBi de ganancia en transmisión y en recepción.  Sistema multiplexor (combinador): Se considera un filtro de cavidades de 4 portadoras con pérdidas estimadas de 2,5 dB.  Pérdidas del Cable Coaxial: se considera un tipo de cable coaxial RFS CELLFLEX de 7/8” con pérdidas estimadas de 2,54 dB/100m para 400 MHz. Consideramos el peor caso con 50m de longitud de cable (1,27 dB de perdida). En el caso de las estaciones de baja capacidad el cable utilizado es RFS CELLFLEX de 1/2” con pérdidas estimadas de 6,6 dB/100m (1,32 dB para 20m).  Otras pérdidas: se consideran pérdidas adicionales debidas al sensor de potencia, conectores, sondas etc. de 1,5 dB. - Estaciones móviles  Ganancia de las antenas de los terminales: Para las antenas de los terminales móviles instalados en vehículos se considera una antena de ganancia 2,15 dBi (0 dBd) y a una altura de 1,5 m. Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza PLANIFICACIÓN DE COBERTURA 23 David Terrado Izquierdo  Ganancia de las antenas de los terminales: Para las antenas de los terminales móviles instalados en vehículos se considera una antena de ganancia 0 dBi.  Cable coaxial del terminal móvil: se consideran aproximadamente 6 metros de longitud de cable RG-223 con unas pérdidas asociadas de 29,3 dB/100 m (1,75dB).  Potencia de salida del terminal móvil: Se considera una potencia de salida de 10 W (40 dBm).  Potencia de salida del terminal portátil: Se considera una potencia de salida de 3 W (34,77 dBm). - Sensibilidad: la sensibilidad real indicada por Teltronic® en sus terminales está alrededor de los -119 dBm en condiciones estáticas y de los -112 dBm para la sensibilidad dinámica. Sin embargo, en este estudio, se han utilizado los valores de sensibilidad dinámica (-106 dBm) y estática (-103 dBm) contemplados en la norma, para mayor seguridad. Por esta razón, para las estaciones móviles se va a considerar una sensibilidad dinámica de -103 dBm y para las estaciones base, una sensibilidad estática de -106 dBm. - Frecuencia: Se considera un valor de frecuencia media de 400 MHz. - Modo de uso: se contemplan pérdidas según el uso para terminal en mano (PTM)=5dB, en cintura (PTC)=12dB, interiores en mano (PTI)=15 dB. - Factor de corrección por ruido/multitrayecto (FCR): no se ha tenido en cuenta. Se considera que el efecto de la perturbación es casi nulo. - Factor de corrección estadístico (FCE): atenuación de 13,21 dB, según normativa UIT-R 567 para garantizar estadísticamente una calidad de cobertura en el 95% de las ubicaciones (L) durante el 95% del tiempo (T), en el perímetro de la cobertura. Valores K(P) [dB] P(%) K (P) 50 0,00 75 0,67 90 1,28 95 1,64 - Márgenes de fading adicionales: no se han tenido en cuenta. δ [dB] desv. típica según entorno. UIT-R P.1145 Banda frecuencia δL (dB) δT (dB) VHF (150-200 MHz) 8 3(Tierra y mar) UHF (450-900 MHz) 10 2 (Tierra) 9 (Mar) GSM (900 MHz) 7 Factor de corrección estadístico [FCE] KT 1,64 KL 1,28 δT 2 δL 10 FCE 13,21 Tabla 1.- Cálculos del factor de corrección estadístico [3] 24 PLANIFICACIÓN DE COBERTURA Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza David Terrado Izquierdo 3.2.1. Cálculo del enlace descendente (DOWNLINK) La siguiente tabla muestra los cálculos realizados para obtener las máximas pérdidas admisibles, en el enlace descendente para cada tipo de estación base (de alta o baja capacidad) con los terminales móviles del fabricante Teltronic® (móvil de 10W y portátil de 3W). TRANSMISOR [EB] Alta capacidad Baja capacidad Potencia de transmisión (PTX) 46,02 dBm 40,00 dBm Pérdidas Multiplexor (MUX) 2,50 dB 2,50 dB Pérdidas cable (CABTX) ≈50m 1,27 dB (≈50m 7/8') 1,32 dB(≈20m 1/2') Pérdidas conectores (CONTX) 1,00 dB 1,00 dB Ganancia Antena Tx (GTX) 7,50 dBi 7,50 dBi Otras pérdidas (OPE) 0,50 dB 0,50 dB PIRE EB [PIRE=PTX-MUX-CABTX-CONTX+GTX-OPE] 48,25 dBm 42,18 dBm Factor corrección estadístico (FCE) 13,21 dB 13,21 dB RECEPTOR (MÓVIL 10W) [EM] Pérdidas cable y conectores (CABRX) 1,76 dB 1,76 dB Ganancia Antena Rx (GRX) 2,15 dBi 2,15 dBi Sensibilidad dinámica (S) -103,00 dBm -103,00 dBm RECEPTOR (PORTÁTIL 3W) [EM] Ganancia Antena Rx (GRX) 0,00 dBi 0,00 dBi Sensibilidad dinámica (S) -103,00 dBm -103,00 dBm Pérdidas cuerpo terminal en mano (PTM) 5,00 dB 5,00 dB Pérdidas cuerpo terminal en cintura (PTC) 12,00 dB 12,00 dB Pérdidas cuerpo terminal en interiores (PTI) 15,00 dB 15,00 dB Pérdidas Propagación Máximas Admitidas [LP=PIRE-FCE- CABRX+GRX-S] (móvil) 138,43 dB 132,36 dB Pérdidas Propagación Máximas Admitidas [LP=PIRE-FCE+GRX-S- PTM] (por. mano) 133,04 dB 126,97 dB Pérdidas Propagación Máximas Admitidas [LP=PIRE-FCE+GRX-S- PTM] (por. cintura) 126,04 dB 119,97 dB Pérdidas Propagación Máximas Admitidas [LP=PIRE-FCE+GRX-S- PTM] (por. interiores) 123,04 dB 116,97 dB Tabla 2.- Balance de potencias (Downlink) Los resultados marcados en naranja se corresponden con los valores más restrictivos para cada uno de los casos estudiados. Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza PLANIFICACIÓN DE COBERTURA 25 David Terrado Izquierdo 3.2.2. Cálculo del enlace ascendente (UPLINK) A continuación se muestran los resultados obtenidos en el enlace ascendente. TRANSMISOR (MÓVIL 10W) [EM] Potencia de transmisión (PTX) 40,00 dBm 40,00 dBm Pérdidas cable y conectores (CABTX) 1,76 dB 1,76 dB Ganancia Antena Tx (GTX) 2,15 dBi 2,15 dBi PIRE EM [PIRE=PTX-CABTX+GTX] 40,39 dBm 40,39 dBm TRANSMISOR (PORTÁTIL 3W) [EM] Potencia de transmisión (PTX) 34,77 dBm 34,77 dBm Ganancia Antena Tx (GTX) 0,00 dBi 0,00 dBi PIRE EM [PIRE=PTX+GTX] 34,77 dBm 34,77 dBm Pérdidas cuerpo terminal en mano (PTM) 5,00 dB 5,00 dB Pérdidas cuerpo terminal en cintura (PTC) 12,00 dB 12,00 dB Pérdidas cuerpo terminal en interiores (PTI) 15,00 dB 15,00 dB Factor corrección estadístico (FCE) 13,21 dB 13,21 dB RECEPTOR [EB] Alta capacidad Baja capacidad Ganancia Antena Rx (GRX) 11,50 dBi 7,50 dBi Pérdidas cable (CABRX) ≈50m 1,27 dB (≈50m 7/8') 1,32 dB (≈20m 1/2') Pérdidas conectores (CONRX) 1,00 dB 1,00 dB Otras pérdidas (OPE) 0,50 dB 0,50 dB Sensibilidad estática (S) -106,00 dBm -106,00 dBm Pérdidas Propagación Máximas Admitidas [LP=PIRE-FCE+GRX-MUX-CABX- CONRX-OPE-S] (móvil) 141,91 dB 137,86 dB Pérdidas Propagación Máximas Admitidas [LP=PIRE-PTM-FCE+GRX-MUX- CABX-CONRX-OPE-S] (por. mano) 131,29 dB 127,24 dB Pérdidas Propagación Máximas Admitidas [LP=PIRE-PTC-FCE+GRX-MUX- CABX-CONRX-OPE-S] (por. cintura) 124,29 dB 120,24 dB Pérdidas Propagación Máximas Admitidas [LP=PIRE-PTI-FCE+GRX-MUX- CABX-CONRX-OPE-S] (por. interiores) 121,29 dB 117,24 dB Tabla 3.- Balance de potencias (Uplink) Los resultados marcados en naranja se corresponden con los valores más restrictivos para cada uno de los casos estudiados. 3.2.3. Umbrales de cobertura Para poder representar la cobertura de cada tipo de terminal y situación, en la misma mancha, necesitamos representar los umbrales de potencia que admita cada uno de ellos. Estos umbrales se calculan restando las perdidas máximas de propagación del enlace más restrictivo (obtenidos en los pasos anteriores) a la PIRE de la estación base como transmisor. 32 PLANIFICACIÓN DE COBERTURA Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza David Terrado Izquierdo En primer lugar, se realizarán los estudios de cobertura individuales que se crean convenientes para cubrir más del 90% de la provincia de Zaragoza. Los datos de la estación base necesarios para la simulación, así como la representación de los diagramas de radiación, se han introducido previamente para la elaboración de los estudios. El método de cálculo empleado, como ya se ha indicado anteriormente, es el UIT-R P.526-11 con representación de obstáculos redondeados, con capa de altimetría de resolución 50m y sin introducir pérdidas adicionales por elementos atmosféricos. Los niveles representados ahora son los calculados en el balance de potencias y correspondientes a cada una de las situaciones de interés. Tabla 6.- Niveles representados en las manchas de cobertura 3.4.1. Coberturas individuales Tras un análisis exhaustivo de los centros de la REPITA y de otros emplazamientos de la red de acceso, se han elegido los que aparecen en la siguiente tabla formada por 35 centros. Además, se ha propuesto el tipo de estación base que se deberá incorporar según las capacidades del centro y/o el área potencialmente cubierta. Centro Tipo EB Coordenadas UTM h30 ED50 X Y Z Alhama de Aragón Alta capacidad 593383 4573132 873 Almolda, la Alta capacidad 732639 4604819 586 Atalaya Alta capacidad 603399 4571607 943 Brea de Aragón Baja capacidad 615790 4597520 767 Carrascas Alta capacidad 768175 4580504 399 Caspe Alta capacidad 745810 4570064 226 Daroca Baja capacidad 632995 4553298 925 Ejea de los Caballeros (Sabinar, el) Alta capacidad 643100 4659826 490 Fabara Alta capacidad 766177 4563817 297 Fayón Baja capacidad 781015 4571268 259 Fragal, el Alta capacidad 667077 4681808 848 Grisel Alta capacidad 605774 4635619 795 Herrera de los Navarros Alta capacidad 658977 4559447 1332 Juslibol Alta capacidad 674751 4618785 310 Lobo Alta capacidad 687233 4571754 625 Portátil 3W interiores mano -73,04 <= P [dBm] Portátil 3W ext. en cintura -76,04 <= P < -73,04 [dBm] Portátil 3W ext. en mano -83,04 <= P < -76,04 [dBm] Móvil 10W -90,18 <= P < -83,04 [dBm] Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza PLANIFICACIÓN DE COBERTURA 33 David Terrado Izquierdo Mequinenza Alta capacidad 775632 4587708 408 Misericordia Baja capacidad 618282 4635044 722 Monlora Alta capacidad 671899 4666610 657 Monte Oscuro Alta capacidad 704187 4623356 824 Muela, la Alta capacidad 658511 4606248 568 Nonaspe Baja capacidad 774728 4567128 312 Puebla de Albortón Baja capacidad 679756 4589305 697 Purujosa Baja capacidad 602474 4614931 1104 Puy Moné Baja capacidad 665661 4697593 1301 Santa Cruz Alta capacidad 620543 4552661 1423 Santa Eulalia de Gállego Baja capacidad 683751 4683853 702 Sarda, la Alta capacidad 661013 4708142 997 Sástago Alta capacidad 723698 4578498 234 Sediles Alta capacidad 626018 4581063 1370 Sos del Rey Católico Alta capacidad 645372 4704359 949 Tabuenca Alta capacidad 623135 4618549 878 Uncastillo Baja capacidad 654095 4690424 753 Valdemadera Alta capacidad 638456 4576933 1255 Villarreal de Huerva Baja capacidad 647522 4563255 1175 Virgen de la Sierra Alta capacidad 604989 4599580 1408 Tabla 7.- Listado de centros A estos emplazamientos habría que sumar un nodo adicional a las ciudades de alrededor de 10.000 habitantes cuya densidad y servicios requieren mejorar la capacidad y la cobertura en interiores. Estas ciudades son Ejea de los Caballeros, Tarazona y Utebo; puesto que Zaragoza y Calatayud ya cuentan con redes TETRA municipales propias y podrían incorporarse a la red global, para mejorar la eficiencia espectral y los costes de extensión y explotación. En el caso de Caspe no se contempla ya que el centro propuesto está junto a la localidad y no precisaría de uno adicional. A continuación, se muestran dos ejemplos de coberturas individuales, el primero de una estación base de alta capacidad y el segundo de una de baja capacidad. Las configuraciones de ambas estaciones base se pueden consultar con más detalle en el Anexo 1. 34 PLANIFICACIÓN DE COBERTURA Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza David Terrado Izquierdo Imagen 15.- Ejemplo de EB alta capacidad 40W - Valdemadera Imagen 16.- Ejemplo de EB baja capacidad 10W - Fayón Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza PLANIFICACIÓN DE COBERTURA 35 David Terrado Izquierdo 3.4.2. Cobertura global En este apartado, se refleja el resultado obtenido en el conjunto de la provincia de Zaragoza, por niveles de potencia y por áreas de mejor servidor (mejor nivel de potencia). Imagen 17.- Cobertura global TETRA Zaragoza. Niveles de potencia 36 PLANIFICACIÓN DE COBERTURA Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza David Terrado Izquierdo Imagen 18.- Cobertura global TETRA Zaragoza. Mejor servidor Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza PLANIFICACIÓN DE COBERTURA 37 David Terrado Izquierdo Imagen 19.- Cobertura TETRA Zaragoza. Portátil 3W interiores en mano Imagen 20.- Cobertura TETRA Zaragoza. Portátil 3W exteriores en cintura 38 PLANIFICACIÓN DE COBERTURA Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza David Terrado Izquierdo Imagen 21.- Cobertura TETRA Zaragoza. Portátil 3W exteriores en mano Imagen 22.- Cobertura TETRA Zaragoza. Móvil 10W Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza PLANIFICACIÓN DE COBERTURA 39 David Terrado Izquierdo Tras la conclusión del estudio multicobertura, Sirenet® permite calcular el porcentaje de superficie cubierta para el nivel de potencia deseado. En este caso: Tabla 8.- Porcentaje de superficie cubierta 3.4.3. Asignación de frecuencias En este punto se va a presentar una propuesta de los canales a utilizar en cada una de las celdas, partiendo de dos portadoras por cada una de ellas. [9]El programa calcula inicialmente un estudio del mejor servidor en cada punto del área completa de cobertura. En este caso, en cada zona designada como mejor servidor, se asegurará un 90% libre de interferencia. La asignación de canales se realiza mediante el método de generación de números aleatorios Box-Müller con un número de 10.000 iteraciones y permitiendo la reasignación de canales reservando una distancia mínima de reutilización de 54 Km (radio máximo de los cálculos de las coberturas individuales). Nº Centro Nº Canal Canal 1 Alhama de Aragón 0 13 2 1 9 3 Almolda, la 0 21 4 1 17 5 Atalaya 0 53 6 1 49 7 Brea de Aragón 0 77 8 1 73 9 Carrascas 0 13 10 1 9 11 Caspe 0 82 12 1 34 13 Daroca 0 37 14 1 33 15 Ejea de los Caballeros (El Sabinar) 0 5 16 1 1 17 Fabara 0 5 18 1 1 19 Fayón 0 29 20 1 25 21 Fragal, el 0 69 22 1 65 23 Grisel 0 94 24 1 90 25 Herrera de los Navarros 0 77 26 1 73 27 Juslibol 0 61 28 1 57 29 Lobo 0 102 30 1 98 31 Mequinenza 0 61 32 1 57 33 Misericordia 0 45 34 1 41 35 Monlora 0 21 36 1 17 37 Monte Oscuro 0 5 38 1 1 39 Muela, la 0 53 40 1 49 41 Nonaspe 0 37 42 1 33 43 Puebla de Albortón 0 37 44 1 33 45 Purujosa 0 98 46 1 42 47 Puy Moné 0 53 48 1 49 49 Santa Cruz 0 21 50 1 17 51 Santa Eulalia de Gállego 0 94 52 1 90 53 Sarda, la 0 61 Tipo de receptor Nivel de potencia Rx Porcentaje superficie cubierta Portátil 3W interiores mano -73,04 <= P [dBm] 72,52 % Portátil 3W ext. en cintura -76,04 <= P < -73,04 [dBm] 77,90 % Portátil 3W ext. en mano -83,04 <= P < -76,04 [dBm] 85,94 % Móvil 10W -90,18 <= P < -83,04 [dBm] 91,62 % 40 PLANIFICACIÓN DE COBERTURA Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza David Terrado Izquierdo 54 1 57 55 Sástago 0 69 56 1 65 57 Sediles 0 69 58 1 65 59 Sos del Rey Católico 0 45 60 1 41 61 Tabuenca 0 37 62 1 33 63 Uncastillo 0 13 64 1 9 65 Valdemadera 0 61 66 1 57 67 Villarreal de Huerva 0 13 68 1 9 69 Virgen de la Sierra 0 86 70 1 82 Tabla 9.- Tabla de asignación de canales Los datos de la tabla de reutilización de frecuencias obtenidos dan la posibilidad de solicitar únicamente 28 canales de los 70, que sin la mencionada reutilización, serían necesarios. Esta propuesta debería tener en cuenta los canales utilizados por las redes TETRA vecinas y denegar la asignación automática de aquellos ya ocupados. Sin embargo, esta información no es facilitada por parte de las Jefaturas Provinciales de Telecomunicaciones. Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza RED DE TRANSPORTE 41 David Terrado Izquierdo 4. RED DE TRANSPORTE El transporte de la red TETRA presentada en este trabajo está basado en la configuración, actualmente en desarrollo, de la Red Pública de Infraestructuras de Telecomunicaciones de Aragón (REPITA). La REPITA es una red multiservicio de transporte y difusión de diferentes servicios públicos de la comunidad autónoma. Integra alrededor de 115 emplazamientos de telecomunicaciones necesarios para conectar directamente o a través de otros emplazamientos de acceso, la mayoría del territorio aragonés. El transporte de datos discurre vía fibra óptica o vía radio. La parte de radio sigue una estructura jerárquica dividida en red troncal, red de distribución y red de acceso; basada en Ethernet, y que a su vez es transmitido o bien de forma nativa o bien mapeándolo en GFP (generic framing procedure) sobre SDH o PDH. 4.1. Red Troncal Aglutina los centros de telecomunicaciones de nivel 1 y 2. Está formada por 5 anillos y 9 ramales adicionales de tecnología síncrona SDH (Synchronous Digital Hierarchy). En su mayoría estos radioenlaces transmiten en las bandas de frecuencia 6L, 6U y 13 GHz. La configuración en 5 anillos y con diversidad espacial permite proporcionar a la red troncal de una importante redundancia para otorgar una disponibilidad máxima, en torno al 99,99%. Los ramales adicionales presentan también diversidad espacial y destacan por canalizar diversos enlaces de la red de transporte, importantes para zonas estratégicas. 4.2. Red de Distribución Conecta el nivel 3 de emplazamientos a la red troncal. La tecnología empleada en estos radioenlaces es PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) y también está configurada con diversidad espacial para garantizar la máxima disponibilidad. 4.3. Red de Acceso Aún está en fase de planificación y servirá para enlazar los centros de nivel 4, que en su mayoría son los que cubren las localidades de menor entidad, centros remotos de trabajo o 48 SOLUCIONES PARA LA UTILIZACIÓN DE OTRAS REDES DE TELECOMUNICACIONES Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza David Terrado Izquierdo 6. SOLUCIONES PARA LA UTILIZACIÓN DE OTRAS REDES DE TELECOMUNICACIONES En los últimos años se han desplegado diferentes tecnologías inalámbricas en todo el territorio nacional, teniendo un especial impacto en entornos urbanos donde se concentra la población. Hasta la aparición del UMTS (3G) no se podía hablar verdaderamente de banda ancha móvil y su implantación estuvo muy condicionada por la cantidad de abonados y el gran número de recursos dedicados por parte de las operadoras. El entorno rural es el más perjudicado por estas características y hasta 2011 la mayor parte del territorio aragonés seguía sin contar con cobertura 3G. A día de hoy, varios operadores han actualizado gran parte de sus centros a esta tecnología, lo que permite disponer de un ancho de banda alto para datos en áreas remotas de nuestra geografía. En cualquier despliegue realizado para colectivos de emergencias, ya sea en tecnología analógica o digital como TETRA o TETRAPOL, la principal propiedad que debe tener la red es la disponibilidad. Se debe garantizar el servicio sobre todo en situaciones graves como incendios, accidentes, etc. Esta robustez debe empezar por disponer de instalaciones de obra civil (torres, caseta, refrigeración, vallado) de calidad y garantizar el suministro eléctrico con grupos electrógenos, bancos de baterías, placas solares, etc. en caso de caída del suministro proporcionado por la compañía. Sin embargo, existe un punto flaco en aquellos emplazamientos de difícil acceso. Es muy probable que únicamente sea viable un único camino para llegar a él (como el caso de Purujosa o Fayón) y en caso de caída del radioenlace o del nodo de enlace, se pierde completamente la comunicación. Este problema es muy frecuente en la telefonía móvil de los entornos rurales y se presenta también en los despliegues de redes de emergencia. La inexistencia de otras redes de banda ancha desplegadas acentuaba esta problemática, o requería de instalaciones o enlaces con tecnologías extremadamente caras que prácticamente hacían inviable su despliegue. A continuación, se van a exponer soluciones a este problema que evitan un coste muy elevado en los entornos rurales y que dota de redundancia indirecta a estas redes. 6.1. Solución 1. Despliegue de red LTE paralela Una solución al problema estaría en el despliegue de una red paralela a TETRA que permita además ampliar las capacidades de la tecnología actual. Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza SOLUCIONES PARA LA UTILIZACIÓN DE OTRAS REDES DE TELECOMUNICACIONES 49 David Terrado Izquierdo LTE parece ser la elegida para los futuros PMR (professional mobile radio). Empresas como Alcatel-Lucent® y Cassidian®, por ejemplo, ya comercializan su solución Evercor®, que permite la implantación de toda una red con tecnología LTE en la banda de 400 MHz. - Ventajas:  Gran ancho de banda. LTE permitirá desarrollar definitivamente la banda ancha en las comunicaciones PMR (servicios de e-mail, mensajería, vídeo, geoposicionamiento avanzado, etc.).  Planificación de coberturas similar a las actuales al desarrollarse en bandas parecidas del espectro radioeléctrico.  Terminales LTE de última generación.  Simultaneidad de funcionamiento con las redes TETRA o TETRAPOL actuales. - Inconvenientes:  Coste muy elevado de despliegue. Es necesario implantar nuevo equipamiento en todos los niveles de la red de emergencias, incluida la adecuación de emplazamientos. Una tecnología tan nueva tiene además unos precios muy altos de partida.  Espectro radioeléctrico. Tanto la banda de 380 MHz como la de 400 MHz están siendo utilizadas en la actualidad. Es necesario para el despliegue de esta tecnología que el Ministerio de Industria libere alguna parte de estas bandas, ya que las canalizaciones empleadas por TETRA, con respecto a LTE, no son compatibles. El despliegue en otras bandas como la de 800 MHz necesitaría, por otro lado, de nuevos centros de difusión debido a su menor alcance.  Falta de terminales híbridos. Aunque fabricantes como Sepura® parecen ir en esa línea, no existen todavía en el mercado terminales PMR digitales híbridos con ambas tecnologías TETRA/LTE. Esto obligaría a disponer de dos terminales diferentes, siendo muy engorroso para los usuarios. 6.2. Solución 2. Handover vertical. Utilización de otras redes existentes Como se ha explicado en el punto anterior, la infraestructura TETRA presentada está basada en IP. Por lo tanto, la utilización de otras redes existentes debe garantizar la continuidad siguiendo este esquema de funcionamiento. En la topología de red presentada, aparecen numerosos nodos que disponen únicamente de un enlace para sacar el tráfico. En muchos casos, se podría añadir un segundo radioenlace apuntado a otro centro diferente, pero se incrementaría exponencialmente el coste sin contar con la complejidad introducida en la red, cuya gestión y mantenimiento sería necesario redefinir. No hay que olvidar que algunos de los nodos no se pueden radioenlazar 50 SOLUCIONES PARA LA UTILIZACIÓN DE OTRAS REDES DE TELECOMUNICACIONES Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza David Terrado Izquierdo por un segundo camino debido a la orografía del terreno o porque las características del emplazamiento no lo toleran. Si se produjera una pérdida de conectividad en estos nodos se generarían las siguientes situaciones: - Corte de comunicación en nodo de alta capacidad: aunque el enlace presenta diversidad espacial, puede producirse una pérdida del nodo precedente y la comunicación se cortará de todas maneras. El modo degradado de esta estación base entrará en funcionamiento permitiendo la comunicación en los terminales a su alcance. Sin embargo, estos terminales no se podrán comunicar con otros situados en otras celdas. - Corte de comunicación en nodo de baja capacidad: además de la pérdida de comunicación con otras celdas, estas estaciones base no disponen de modo degradado. Por lo tanto, los terminales bajo su cobertura también perderán completamente la comunicación. Para solucionar ambos escenarios, es posible utilizar gateways que implementen en estos nodos un handover vertical (VHO), que se define como el cambio de conectividad en un nodo entre tecnologías diferentes. Una vez producida una pérdida en el enlace que conecta el nodo con el resto de la red, se activará el nuevo camino a través de una red móvil comercial, por medio de un gateway con capacidad para aglutinar el tráfico TETRA. Imagen 26.- Esquema de la solución con gateways inteligentes También se puede utilizar esta configuración para instalar de forma muy rápida nodos transportables para situaciones excepcionales. Un vehículo equipado con una estación base de baja capacidad puede comunicarse con el resto de la red TETRA mediante un gateway, a través Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza SOLUCIONES PARA LA UTILIZACIÓN DE OTRAS REDES DE TELECOMUNICACIONES 51 David Terrado Izquierdo de un operador móvil, en caso de que el modo TETRA DMO no sea posible o instalar un radioenlace sea una tarea complicada. Imagen 27.- Esquema de la solución con gateways inteligentes para EB transportables La siguiente tabla muestra una comparativa de velocidades máximas de datos según tecnología (implementación típica) que servirá para decidir la tecnología celular mínima necesaria para implementar la solución anterior. Tecnología Downlink Uplink GSM (2G) 9,6 Kbps 9,6 Kbps GPRS (2,5G) 40 Kbps 20 Kbps EDGE (2,75G) 120 Kbps 60 Kbps WCDMA (3G) 384 Kbps 64 Kbps HSDPA (3,5G) 10 Mbps 384 Kbps HSUPA (3,75G) 10 Mbps 5,72 Mbps HSPA+ (3,8G) 28 Mbps 11 Mbps LTE (3,9G) 100 Mbps 50 Mbps TETRA 28 Kbps * 28 Kbps * TETRA2/TEDS 691 Kbps * 691 Kbps * Tabla 11.- Comparativa de velocidades máximas de datos * Datos en bruto Como la planificación de la red propuesta en este trabajo presenta 2 portadoras por nodo, se necesita un mínimo de 56 kbps para poder contener el tráfico TETRA completo de un nodo. La tecnología EDGE queda demasiado justa en el uplink si no se desea acaparar toda su capacidad. Además, es conocida por todos la sobresuscripción que realizan los operadores, por 52 SOLUCIONES PARA LA UTILIZACIÓN DE OTRAS REDES DE TELECOMUNICACIONES Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza David Terrado Izquierdo lo que se precisa de una tecnología con mayor velocidad de datos para asegurar su integridad. UMTS (WCDMA) permite contener sin problemas el tráfico TETRA. Para TETRA2 se recomienda como mínimo una red HSPA+ aunque depende de la modulación empleada. En definitiva, este trabajo pretende plasmar una solución robusta y al menor coste posible a un problema habitual en las redes de seguridad. Se pretende destacar: - Aprovechamiento de la heterogeneidad. Las redes desplegadas por los operadores de móviles no son aprovechadas al máximo como soluciones backup de las redes de seguridad. - Reducción notable del coste de implantación. Un segundo enlace en banda no licenciada, para redundar las estaciones base con un único camino, puede costar alrededor de los 7000€. En aquellos casos en los que se requiera un enlace licenciado, el precio se puede duplicar sin contar las tasas de utilización del espectro radioeléctrico y el coste del mantenimiento asociado. La implantación de gateways inteligentes, como el que se ha descrito, tiene un coste aproximado de 800€ sumándoles la tarifa profesional de datos que rondaría los 300€/año, sin contar descuentos por volumen de contratación. - Reducción del tiempo de obsolescencia de la tecnología TETRA. Con esta solución se reduce notablemente la necesidad de cambiar por completo la tecnología TETRA ya que se puede adaptar a las redes desarrolladas desde hace poco tiempo aumentado así su periodo de amortización. 6.2.1. Implementación de la solución 2 Para la implementación de esta solución, se propone utilizar el gateway inteligente AirLink® GX440 de Sierra Wireless que permite una velocidad de datos 3G o superior. Acaba de salir al mercado y consigue expresamente realizar el handover vertical buscado. Como principales características a destacar: - Tecnologías celulares:  LTE 700 MHz.  HSPDPA / HSPUPA / HSPA+ 900/2100 MHz. Imagen 28.- Gateway Sierra Wireless AirLink® GX440 Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza SOLUCIONES PARA LA UTILIZACIÓN DE OTRAS REDES DE TELECOMUNICACIONES 53 David Terrado Izquierdo  EDGE / GPRS 900 / 1800 MHz. - GPS integrado. - Temperatura de funcionamiento: -30ºC – 70ºC. - Gestión remota por webserver, SNMP. - Aplicación ALEOS® 4.3 embebida que permite, entre otras:  Configuración WAN. Parámetros del operador móvil.  Configuración LAN. Gestión de VLAN.  Configuración VPN. Admite VPN de tipo 1 a 5, con seguridad IPsec, GRE y SSL.  Configuración modo ahorro de energía.  Configuración VRRP.  Generación de eventos.  Admite ALEOS® Aplication Framework. Plataforma de Sierra Wireless para soluciones particulares. - Relé para activaciones externas. - Alimentación en continua entre 9 y 36V. Mediante VRRP (Virtual Router Redundancy Protocol) el gateway, que actuará como router esclavo, puede detectar cuándo es el destinatario del tráfico generado por el host al que está conectado una vez se produzca una caída del router maestro. En ese momento se activará la ruta 3G o LTE a través del operador móvil y se establecerá el camino secundario o de backup. Imagen 29.- Menú VRRP en software ALEOS® 4.3 embebido[10] 54 SOLUCIONES PARA LA UTILIZACIÓN DE OTRAS REDES DE TELECOMUNICACIONES Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza David Terrado Izquierdo El tráfico Ethernet viajará a través de la VPN configurada previamente hasta llegar al nodo central de la red TETRA, el cual incorporará otro gateway que permitirá recibir y enviar el tráfico backup. Imagen 30.- Secuencia de activación del camino secundario Para que el procedimiento de conexión sea correcto, se introducirán los datos de las direcciones IP privadas y públicas que conformarán la VPN creada. Este mismo procedimiento se realizará en el lado del nodo central. Además, el dispositivo se configurará con eventos que alerten del estado de la red del operador, de las entradas y salidas, temperatura, fallo eléctrico, etc. y lo enviará mediante sms o e-mail. Esta característica es muy útil para la telegestión de centros cuando la pérdida de la red principal no realiza la recepción directa de las alertas. El relé incorporado se configurará para activar el autómata instalado en el centro para que active luces de emergencia, cámaras de seguridad, sensores, etc. y que ayuden a la seguridad en el centro. Una vez configurado el camino de backup se deben realizar pruebas de funcionamiento para comprobar el correcto comportamiento del gateway y de la estación base. - Prueba de latencia. Es necesario comprobar el tiempo que necesita un paquete de datos en llegar a su destino Se estudiarán las prioridades de los elementos que intervienen en el camino secundario para acelerar la comunicación en caso de retardos muy apreciables. SWITCH MNI Evento ACT/DES Backup VRRP PROCEDIMIENTO DE ESTABLECIMIENTO DE CONEXIÓN ACTIVACIÓN ACT SÍ NO DES SÍ NO (x5) ENLACE PRINCIPAL (REPITA) ENLACE SECUNDARIO (OPERADOR MÓVIL) ESTACIÓN BASE GATEWAY Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza SOLUCIONES PARA LA UTILIZACIÓN DE OTRAS REDES DE TELECOMUNICACIONES 55 David Terrado Izquierdo - Prueba de conmutación: se someterá a la estación base a diferentes pruebas de corte de red con una comunicación activa para comprobar la continuidad por la red backup del operador móvil. Se comprobará el tiempo que necesita el gateway en establecer la conexión de backup. Se gestionará el tiempo de restart del túnel, tiempo de entrada en modo de bajo consumo, etc. para que la activación sea lo más inapreciable posible. - Prueba de recepción de alarmas: se provocarán los eventos necesarios (corte eléctrico, pérdida de cobertura del operador, temperatura elevada, etc.) para comprobar la correcta recepción de las alertas programadas en el gateway. 6.2.2. Ventajas e inconvenientes de la solución 2 Esta segunda solución permite resaltar los siguientes aspectos: - Ventajas  Utilización de diferentes tecnologías de red con el mismo dispositivo.  Aprovechamiento de las redes TETRA o TETRAPOL ya desplegadas. Permite que tecnologías como TETRA no queden obsoletas rápidamente.  Solución transparente al usuario final. La utilización actual y los servicios que se estén utilizando no son afectados con esta solución.  Terminales únicos.  No es necesario el Modo degradado en las estaciones de baja capacidad (MBS). Al permitir conmutar el tráfico por otra red y evitar que se corte, estas estaciones pueden seguir funcionando sin que se anule la comunicación con los usuarios a su alcance.  Ruta secundaria en estaciones base con un único camino posible.  Sin conocer las futuras reasignaciones de canales en el espectro radioeléctrico, esta solución asegura la continuidad con los estándares actuales para las redes profesionales de emergencias.  Rapidez en la implantación de la solución. Su instalación es muy rápida y no requiere de actuaciones relevantes.  El coste se reduce notablemente a la hora de implantar una ruta de backup. No es requerido desplegar ningún dispositivo adicional en la red actual. - Inconvenientes  No permite aumentar la capacidad de TETRA hasta el usuario final. Nuevos servicios como el vídeo, e-mail, geoposicionamiento avanzado, etc. no se pueden introducir.  Requiere de cobertura mínima UMTS para su implantación. Aunque ha mejora enormemente en los dos últimos años, existen zonas todavía con baja cobertura en esta tecnología.  Se pierde el control directo de la red ya que pertenece al operador comercial. 56 PRESUPUESTO Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza David Terrado Izquierdo 7. PRESUPUESTO En este punto se va a mostrar el presupuesto necesario para el desarrollo de la red TETRA propuesta en este trabajo. Consta de dos partes, la primera sin la solución redundante con gateways y la segunda con ellos incorporados. No están incluidos en este presupuesto los gastos recurrentes como el mantenimiento, coste eléctrico, coste de tarifa con operador móvil, etc. Tampoco se han incluido los centros de control y operación exclusivos de cada colectivo, en caso de necesitarse. PRESUPUESTO SOLUCIÓN SIN GATEWAY SOLUCIÓN CON GATEWAY ESTACIONES BASE Número Precio unitario Total por elemento Número Precio unitario Total por elemento SBS (2 portadoras) 24 65.920,28 € 1.582.086,72 € 24 65.920,28 € 1.582.086,72 € MBS (x2) 11 51.713,33 € 568.846,63 € 11 51.713,33 € 568.846,63 € Enlaces MBS 8 7.000,00 € 56.000,00 € 8 7.000,00 € 56.000,00 € Gateway 32 799,00 € 25.568,00 € Total 2.206.933,35 € 2.232.501,35 € Incremento 1,15% CENTRO DE CONTROL Número Precio unitario Total por elemento Número Precio unitario Total por elemento SIS 1 232.479,84 € 232.479,84 € 1 232.479,84 € 232.479,84 € SCN 2 298.767,11 € 597.534,22 € 2 298.767,11 € 597.534,22 € Sistema de Grabación Digital (20 canales) 1 34.831,73 € 34.831,73 € 1 34.831,73 € 34.831,73 € Cliente NMS 1 2.805,86 € 2.805,86 € 1 2.805,86 € 2.805,86 € Llave de seguridad USB 1 143,39 € 143,39 € 1 143,39 € 143,39 € Licencias IP Interface Access propietario 1 33.179,25 € 33.179,25 € 1 33.179,25 € 33.179,25 € Total 900.974,29 € 900.974,29 € TERMINALES Número Precio unitario Total por elemento Número Precio unitario Total por elemento Equipo de Sobremesa DT-410 4 1.502,63 € 6.010,52 € 4 1.502,63 € 6.010,52 € Móvil MDT-400 300 1.191,18 € 357.354,00 € 300 1.191,18 € 357.354,00 € Portátil HTT-500 600 869,26 € 521.556,00 € 600 869,26 € 521.556,00 € Programador del MDT-400 y DT- 410 1 199,17 € 199,17 € 1 199,17 € 199,17 € Programador del HTT-500 1 221,30 € 221,30 € 1 221,30 € 221,30 € Herramienta de gestión de claves 1 638,69 € 638,69 € 1 638,69 € 638,69 € Unidad de Medidas 1 2.975,69 € 2.975,69 € 1 2.975,69 € 2.975,69 € Total 888.955,37 € 888.955,37 € Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza PRESUPUESTO 57 David Terrado Izquierdo OTRAS APLICACIONES Número Precio unitario Total por elemento Número Precio unitario Total por elemento Sistema de Facturación 1 103.461,54 € 103.461,54 € 1 103.461,54 € 103.461,54 € Sistema de Localización WEB 1 357.980,83 € 357.980,83 € 1 357.980,83 € 357.980,83 € Total 461.442,37 € 461.442,37 € SERVICIOS DE PUESTA EN MARCHA Número Precio unitario Total por elemento Número Precio unitario Total por elemento Servicio de puesta en marcha (instalación, pruebas) 1 500.000,00 € 500.000,00 € 1 500.000,00 € 500.000,00 € TOTAL 4.958.305,38 € 4.983.873,38 € Tabla 12.- Cálculo del presupuesto Como se puede observar, la introducción de gateways inteligentes únicamente supone un incremento del 1,15% del coste total del despliegue. Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza ANEXO 1. ESTACIONES BASE TETRA 64 David Terrado Izquierdo Su finalidad principal es servir como gap-filler o rellenador de huecos para completar la cobertura en aquellas zonas donde una estación de alta capacidad no es necesaria. La integración en el sistema y las funcionalidades son similares a las estaciones base de alta capacidad excepto por las siguientes consideraciones: - No soporta el modo fallback o degradado. Es decir, si se interrumpe el enlace con el nodo central, la estación interrumpirá también las comunicaciones entre los terminales que se encuentren dentro de su radio de acción. - No dispone de módulos gateways. - No admite módulos SNI. Los enlaces solamente pueden comunicarse en modo Ethernet no permitiéndose otros interfaces físicos. - Únicamente se va a permitir la instalación de 2 portadoras (RBS) interconexionando dos MBR. No es posible añadir más portadoras. Otras características relevantes son: - La potencia máxima de transmisión es de 0,6 a 10W según el funcionamiento del control automático de potencia (CAG). - Sincronismo y referencia de 10 MHz. - Switch Ethernet para 2 radioenlaces con Power over Ethernet (PoE) (para diversidad 2). - Fuente de alimentación para continua y alterna dependiendo de la opción instalada. - Protección contra sobretensiones. - Duplexor y multiacoplador. - Las características del receptor en cuanto a protección sobre interferencias están por debajo de las recomendadas en el estándar. Por ejemplo:  Sensibilidad Estática (típica): -115dBm  Sensibilidad Dinámica: -106dBm  Relación de Interferencia Co-canal: C/Ic = 19dB  Relación de Canal Adyacente: C/Ia = -45dB  Rechazo a Intermodulación: C/I = -65dB  Rechazo a Espúreas: C/I = -67dB Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza ANEXO 1. ESTACIONES BASE TETRA 65 David Terrado Izquierdo - La configuración del sistema radiante estará formada, en la mayoría de los casos, por 2 antenas omnidireccionales, cuya configuración más aceptada es en diversidad 2 para recepción. Es decir:  Antena1 omnidireccional: tanto para Tx como para Rx.  Antena 2 omnidireccional: solo para Rx. Imagen 33.- Ejemplo de instalación de 2 MBS Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza ANEXO 2. ESQUEMA DE INSTALACIÓN DE LAS ESTACIONES BASE DE ALTA CAPACIADAD (SBS) 67 David Terrado Izquierdo ANEXO 2. ESQUEMA DE INSTALACIÓN DE LAS ESTACIONES BASE DE ALTA CAPACIDAD (SBS) 68 ANEXO 2. ESQUEMA DE INSTALACIÓN DE LAS ESTACIONES BASE DE ALTA CAPACIADAD (SBS) Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza David Terrado Izquierdo Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza ANEXO 3. ANTENAS DE LAS ESTACIONES BASE 69 David Terrado Izquierdo ANEXO 3. ANTENAS DE LAS ESTACIONES BASE 70 ANEXO 3. ANTENAS DE LAS ESTACIONES BASE Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza David Terrado Izquierdo Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza ANEXO 4. TERMINALES 71 David Terrado Izquierdo ANEXO 4. TERMINALES 72 ANEXO 4. TERMINALES Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza David Terrado Izquierdo Planificación y optimización de red TETRA para la provincia de Zaragoza ANEXO 4. TERMINALES 73 David Terrado Izquierdo