Análisis de Cobertura con Retardo de Propagación - PD y Timing Advance - TA (GSM-WCDMA-LTE)

Escrito por leopedrini lunes, 05 de agosto de 2013 17:15:00 Categories: Curso
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Uno de los mayores retos en la planificación, diseño e incluso optimización de redes móviles es identificar donde están los usuarios, o cómo se distribuyen.

Aunque esta información es esencial, no es tan fácil de obtener. Pero si tenemos y saber usar algunos contadores relacionadas con este tipo de análisis, todo es más fácil.

 

 

Para GSM, hemos visto que podemos tener una buena idea de la ubicación (distribución) de los usuarios a través de las medidas de TA (Timing Advance), como detalla en un tutorial sobre eso.

Hoy son un poco más y conocer los parámetros equivalentes en otras tecnologías, como WCDMA (y LTE).

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Meta

Conocer los indicadores de desempeño relacionadas con la distribución de los usuarios en una red móvil multi-tecnología y también aprender a usar estos indicadores juntos en análisis.

 

TA en 2G (GSM)

Hemos ya hablado de TA en GSM en otro tutorial, así que recuerda el concepto más importante.

TA (Timing Advance) permite identificar la distribución de los usuarios de 2G (GSM) con respecto a su célula de servir, basado en el retardo de propagación de la señal entre la de la UE y de la BTS. El móvil GSM (de ahora en adelante, llamaremos aquí UE también - como en 3G) recibe datos de BTS, y 3 time slots más tarde envía sus datos. Es suficiente si el móvil está cerca de la BTS, sin embargo, cuando la UE está lejos, debe tener en cuenta el retraso que la señal tendrá que ir por el camino de la radio.

Así: la UE envía los datos de TA junto con otras medidas para los ajustes de tiempo necesario para hacerse.

De esta manera, conseguimos indirectamente un mapa con la distribución de los usuarios, o su área de localización probable, correspondiente al área de cobertura de la célula, con un radio mínimo y máximo.La siguiente figura muestra esto más claramente, para una antena con 65 HBW y radio de mínimo (1) y máximo (2).

 

¿Y en 3G y 4G (WCDMA, LTE), también tiene TA?

La esperada pregunta aquí es: ¿tenemos TA en 3G / 4G? La respuesta es Sí, pero en WCDMA el nombre es otro, se llama retardo de propagación (propagation delay or PD). (En LTE, tenemos ambos parámetros - TA y PD).

Así que, vamos a aprender un poco más sobre eso.

 

Retardo de Propagación en 3G (WCDMA)

Como hemos dicho, en 3G, el parámetro correspondiente a TA en 2G (GSM) es el retardo de propagación. Con este parámetro podemos calcular la distancia entre la UE y la célula de servir, de la misma manera como lo hacemos en GSM.

Pero en 3G tiene algunas características diferentes. Para comenzar con, las medidas de 3G son hechas por el RNC y no por la UE.

En un tutorial 'RRC y RAB' reciente hemos visto cómo una conexión RRC es establecido, donde la UE envía un mensaje 'RRC CONNECTION MESSAGE'. Cuando el RNC recibe este mensaje, envía otro mensaje a NodeB, para establecer un enlace de Radio ('RADIO LINK SETUP REQUEST') (1). Este mensaje contiene el elemento de información con los datos de retardo de propagación, es decir, el retraso que ya ha sido revisado y ajustado para permitir la transmisión y recepción sincronización.

 

Como ya se mencionó, la información no proviene de la UE como en GSM, pero es la información que el RNC tiene ya que hacen posible la comunicación: la información de este retraso, el elemento de información retardo de propagación (IE) se envía cada 3 chips.

Hagamos algo de matemática.

  • Sabemos que el WCDMA tiene una tasa constante igual a 3.84 Mchip/s.
  • También sabemos (consideramos) que la velocidad de la luz es 300.000 km/s.

¿En 1 segundo tengo chips de 3,84 M, en cuántos segundos tengo 3 chips? Respuesta: 0,26 ps (pico segundos).

Como ya hemos visto que la información se envía cada 3 chips, el total es de 3 x 0.26 = 0,78 ps, que es la granularidad del tiempo de retardo de propagación.

Y ahora vamos traducir este valor mínimo a distancia: si corro 300.000 kilómetros en 1 segundo, ¿qué distancia corre en 0,78 ps? Respuesta: 234 metros.

 

En otras palabras, tienen el retardo de propagación con granularidad de 234 metros!

Nota: es importante saber que esta información de distancia está disponible para el sistema, no sólo en el establecimiento de la llamada, pero también durante la existencia entera de él.

 

Round Trip Delay - Round Trip Time (RTT)

Cuando hablamos de retardo de propagación, hay otro concepto muy importante, relacionada con el tema y utilizado en otras áreas que involucran la comunicación entre dos puntos: el retardo (y el tiempo) de ida y vuelta - RTT.

Vamos a entender lo que es un ejemplo. Imagina una comunicación simple entre dos personas, donde el primero dice 'Hola', y el segundo que también responde a 'Hola'.

 

En un mundo ideal, el discurso de primer persona viaja hasta el segundo, tomando una cierta cantidad de tiempo (t1), y el discurso de la segunda persona regresa con un tiempo (t2). Entonces, nos hemos un tiempo total transcurrido desde cuando la primera persona dice 'Hola' hasta que recibió la respuesta del otro tipo. Este tiempo es el tiempo de ida y vuelta, o el momento en que una señal viaja una ruta hasta que se recibe la respuesta en la fuente.

Traer esta analogía a una UE y un NodeB, tenemos la imagen de abajo.

:: RTT = (t1 + t2)

De hecho, el enfoque anterior está muy cerca de real. Pero tenemos que considerar también el tiempo en que tarda el receptor 'proceso' la información, o el tiempo que tardan en responder después de recibir la información.

Considerando esta vez 'latencia' (TL), el RTT es como:

:: RTT = (t1 + t2) + TL

 

Entonces, entendemos entonces que es RTT. Pero ¿cómo lo uso?

Esta información es muy importante para el sistema y puede utilizarse para varios propósitos. Uno de ellos por ejemplo, puede ser también para encontrar lugares de la UE. Nuestro objetivo hoy es saber todos los medios para encontrar la información de la ubicación de la UE, ¿recuerdas?

Bueno, este es otro método (además de los contadores, como veremos pronto). Cuando el NodeB envía un mensaje a la UE sabe exactamente qué hora es. Y entonces, cuando recibe una respuesta de la UE, también sabe exactamente qué hora es!

Así que, no sólo la sustracción de los tiempos para encontrar el RTT y calcular la distancia! Nota: el tiempo utilizado para el cálculo de la mitad de la RTT es como el RTT es el camino de ida y vuelta. En este caso, el tiempo de latencia en el receptor es 'ignorado'.

Con esta información de distancia podemos dibujar un círculo con la probable zona donde la UE. Y si se sirve por varias células, la intersección de los círculos de cada uno de ellos nos da un posicionamiento más preciso (es lo que llamamos 'Triangulación'). Y estos cálculos son aún más precisos cuando otra información es togheter usado, tales como 'CellID', MCC, RNC, LAC y registros llamar (CDR), con mucha más información detallada.

 

Pero volvamos a la caja donde sólo usamos la información de retardo de propagación - hoy - es nuestro enfoque y eso ya nos da un margen suficiente para varios análisis muy interesante.

 

Contadores de TA y PD (retardo de propagación)

La información de retardo de propagación (también) están disponibles en forma simple de contadores de performance.

Estos tipos de contadores están disponibles en rangos preestablecidos según cada proveedor. Los rangos varían de 1 retardo de propagación a varios retardos de propagación 'agrupados' .

Por ejemplo en Huawei tienen algunas gamas de TA en GSM y otras gamas de PD en WCDMA (Nota: Huawei llama estos retardo de propagación contador s como TP en lugar de PD). Para un escenario 'ideal', tenemos contadores para 'cada' retardo de propagación.

 

En realidad, es que no lo que pasa, porque como dijimos antes, se pueden agrupar en gamas. Nota: la razón de esto no es el caso, pero también muchas gamas pueden interrumpir ni análisis.

TP (retardo de propagación WCDMA en Huawei) tiene 12 gamas.

 

En la figura anterior tenemos PDTA de 0 a 11.

  • Para TP_0 la UE está entre 0 y 234 metros de NodeB;
  • Para TP_1 la UE está entre 234 y 468 metros de NodeB;
  • ...
  • Para TP_36_55 la UE está entre 8,4 y 13,1 km de NodeB;
  • Y para TP_56_MORE la UE es más de 13,1 km de NodeB.

En el GSM (Huawei) tienen el mismo concepto.

 

Nota: Ver sin embargo que la cantidad de gamas aquí (GSM) es mucho más grande y sólo comienzan a agruparse de 30 (de casi 17 km.).

Con los contadores organizados en formas tan diferentes, agruparse por resulta de diversas gamas, distancia diferente (550 m para GSM y WCDMA 234 m) es muy difícil analizar las propagaciones, o más bien, es casi imposible compararlas...

¿Y así qué hace, puesto que necesitamos analizar la distribución de la UE de un modo genérico, no importa si está usando 2G o 3G?

La solución que hemos encontrado en telecomHall fue a hacer un 'enfoque', es decir, una manera de ser capaz de ver donde nos hemos concentrado más de la UE, no importa si en el momento están usando 2G o 3G. Incluso porque, esta 'distribución' entre las tecnologías y los portadores depende de varios factores, como los parámetros de selección y entrega y también los ajustes físicos del sistema radiante. Pero la 'concentración' de los usuarios no dependen de estos factores: la cantidad total de usuarios en un área en particular es siempre la misma!

 

A esto, el módulo 'Hunter Propagation Analyzer' utiliza una metodología y contadores 'especial', que permite hacer este enfoque: hemos creado una gama y lo llamó PDTA. Como la 3G (Huawei, que estamos utilizando como ejemplo) hemos menos gamas - sólo 12, hemos hecho la definición inicial de PDTA basada en él. El resultado puede verse en la tabla a continuación.

 

Por supuesto este enfoque o 'metodología' no es perfecta, pero en la práctica, el resultado es muy eficiente. Además, si usted necesita un análisis más detallado (por ejemplo, si necesitas saber con más exactitud que el enfoque presentado aquí) mira a la tabla original, que contiene cada contador en su gama estándar de granularidad original.

Para otros proveedores, las gamas pueden ser diferentes, pero la metodología siempre es el mismo.

En Ericsson, por ejemplo, el contador de WCDMA de retardo de propagación es 'pmPropagationDelay', y se recoge por el RNC como en Huawei.

Tiene 41 contenedores, siendo el primero en indicar la demora máxima en chips (rango de celdas) y otros (1 a 40) para informar al número de muestras en el período, refiriéndose al porcentaje de la gama máxima de la célula (cell range).

Cuando la UE intenta conectarse a un punto mayor que el cell range, fracasará.

En cuanto a contenedores, la distribución va de 0 a 100%, como la regla siguiente:

  • bin1: muestras entre 0 y 1% del cell range (por ejemplo, si el rango de celdas es de 30 km, el bin1 tiene las muestras entre 0 y 300 m de NodeB);
  • bin2: muestras entre 1% y 2% del cell range;
  • bin40: muestras entre 96 y 100% del cell range.

Y el 'ajuste' de PDTA puede hacerse del mismo modo, dependiendo de su necesidad.

CONCLUSIÓN: Diferentes proveedores tienen contadores de propagación diferentes y en diferentes formatos, pero la información es siempre la misma! En todos los casos podemos hacer los cálculos que el análisis del mismo universo de comparación, con los beneficios que nos hemos ilustrado arriba.

 

Distribución de Radio Link Failure - Falla de Radio Enlace (GSM) y EcNo (WCDMA)

Bien, hemos visto hoy cómo comprobar la distribución de la UE está en 2G o 3G redes basadas en sus contadores. Pero además, también tenemos otro igualmente interesante información!

En GSM, además de PDTA, pudimos contar con fracasos de enlace Radio. Y esto nos da una gran oportunidad de cruzar esta información con la cantidad de llamadas caídas! La regla es simple: el punto tenemos muchas fallas de enlace Radio, 'mucho' probablemente que también tienen un montón de llamadas ha caído! La relación es sencilla.

Y en WCDMA, además de PDTA, también tenemos el valor promedio de EcNo, que indica la calidad promedio de una celular o región determinada.

Nota: En Huawei, para el valor medio de Ec/No para cada TP, tomar el valor del contador y usar la fórmula: EcNo = (valor - 49) / 2.

 

TA en 4G (LTE)

Así como en 2G y 3G, pudimos también obtener información de la distribución de la UE en LTE. Los conceptos que se aplican son los mismos que ya has visto antes, sólo podemos señalar que en LTE tenemos tanto TA y PD.

Como tutorial de hoy ya es bastante extenso, terminaremos esta parte aquí, pero con la certeza de eso si asimilaron lo que se presentó, sin mayores problemas, usted podrá extender esta información a su escenario específico.

 

Análisis Práctico

Después de haber visto - incluso con un poco más de detalle - los conceptos de propagación (incluyendo fallas en GSM y EcNo en WCDMA), veremos algunas posibles análisis que podemos hacer en la práctica.

Ya hemos dicho que el profesional que tiene experiencia en este tipo de análisis puede mejorar bastante a red indicadores como retención y accesibilidad. Pero ¿cómo se las arregla para hacer esto?

Simple: con el análisis de propagación, es posible identificar las células que están con su cobertura mucho mayor de lo planeado/previsto - células 'overshooting', especialmente si ellos están llegando a lugares donde tenemos otras células con mejor nivel de señal.

 

En este caso, tenemos el pilot pollution, interferencia y alta potencia de transmisión. Como resultado, aumento de fallos del establecimiento y llamadas caídas, ambos en la misma célula, como en el otra donde está interfiriendo.

Además, podemos descubrir las células que tienen su área de cobertura en la misma dirección (sector), pero que tienen concentración muy diferente (por ejemplo en el caso de 3 portador WCDMA, donde uno puede ser portador con la mayor concentración de usuarios a la célula y otra con esta concentración; no te preocupes, veremos ejemplos y será más fáciles de entender).

Esta diferencia de distribución o concentración puede verse entre los multitecnologías del sector, por ejemplo, si la cobertura GSM es mucho menor que el WCDMA y viceversa. En este caso, sirve como una gran convocatoria de ajustes de Tilt y Azimut entre las antenas en este sector.

 

 

Análisis práctico – Hojas de Cálculo y Gráficos

Utilizando datos de contadores sencillos, ya tenemos excelentes maneras de análisis como tablas y gráficos. Por ejemplo, la siguiente es una visión completa de un sector particular de nuestra red (todas las células de todas las tecnologías y todos los portadores). Tenga en cuenta que la simple distribución temática obtenida con formato condicional de Excel ya nos da una visión clara de este sector.

 

Filtrado sólo por la contribución ('PDTA_P') de cada célula, podemos ver claramente que un sector (Hxxx21) es con su cobertura más allá de la esperada (1).

 

Además, hemos sido capaces de igualar (1) fallas (ahora filtrado por 'ECNORLFAIL_P'), mostrando la necesidad inmediata de acciones en este sector.

 

Análisis Práctico - Mapas

Además de los simples análisis de gráficos y tablas, podemos geo-referencia que, con una relación directa con el área de cobertura. Para la demostración, creamos algunos datos ficticios PDTA de nuestra red. Nota: Una verdadera red tiene células mucho más, pero con estos pocos datos muestra podemos mostrar los principales puntos de análisis.

Continuando, entonces veremos datos PDTA de 4 sitios de ejemplos.

Para analizar la distribución de PDTA en Google Earth, utilizamos un informe generado por el módulo de 'Hunter GE Propagation Analyzer’' *, y así que necesitamos conocer los criterios que estamos usando: en este informe, las alturas (1) de cada región (PDTA de 0 a 11) representan el porcentaje de muestras en esa región. Y los colores (2) representan la calidad: EcNo a UMTS y  % de fracaso de Radio enlace para GSM. * Nota: puede construir sus informes en Google Earth o Mapinfo, sólo tienes que seguir y aplicar los conceptos presentados aquí a sus propias herramientas/macros.

 

Los datos se agrupan en 'Carpetas', con el primer nivel, siendo el sector (1) (una dirección específica para todas las células de todas las tecnologías y portadores). En el segundo nivel, tenemos las gamas (2) porcentaje de PDTA (cuántas muestras de muestras celulares total que tenemos en cada región). Y en el tercer nivel tenemos células/PDTA (3).

 

También es igualmente importante la definición de la gama que se utilizan en la generación de los datos y en consecuencia en la leyenda. Observe que utilizamos la misma escala del colorante para EcNo y Falla de Enlace de Radio. Entonces, no importa si la cobertura es GSM o UMTS - por ejemplo, si la región es rojo, sabemos que es malo! (O WCDMA EcNo peor-16 dB, o Falla de Enlace de Radio GSM más del 50%!).

 

Conocer estos detalles, podemos hacer algunas demostraciones. Dar un zoom en un área más extensa, vemos que tenemos varias celdas con cobertura en lugares donde no debería estar cubriendo. Por supuesto, estos puntos tienen unas muestras, pero con variar la mala calidad, como vemos en la región se muestra a continuación (1) - se extiende sobre todo color de Rosa, Rojo y Naranja.

 

Análisis de células específicas, por ejemplo 'AAN', vemos que la misma área de cobertura es mucho mayor de lo que debe (superación de célula), tanto el GSM (1) y UMTS (2) son más de 4 km de la porción de la célula.

 

En este caso, tenemos otro punto interesante, también visto por debajo: la mayoría de los usuarios en la región (1) se sirve casi exclusivamente por GSM. Ahora en la región (2) casi todos los usuarios usan WCDMA. Este es otro punto de optimización: estas coberturas deben ser, en lo posible, 'proporcional'.

 

Otro ejemplo: el sitio de 'ABU' es un caso típico de la necesidad de medidas urgentes, por ejemplo aumentando la inclinación de la superación de las células. Demasiadas muestras a más de 4 km y con mala calidad. Como son las células de un área urbana, y además tenemos otras células que sirve eso lugares distantes, se recomienda aumentar el Tilt, y después ejecutar un nuevo análisis.

 

Al contrario de lo que vimos anteriormente también es posible: podemos identificar las células que tienen un área de cobertura muy buena (en este caso, un contenido más área), y con niveles de excelente calidad (Verde y Azul).

 

Nosotros podríamos demostrar varios otros análisis que son posibles con los datos presentados aquí hoy. Sin embargo, la mejor manera es utilizar estos recursos increíbles en su análisis, porque sin duda representa una gran ayuda.

Muchas personas intentan optimizar la red basada en los cambios de parámetros. Pero vimos que en muchos casos como anteriormente, pueden existir situaciones donde la más recomendada es la intervención física (ajuste de la antena, altura y azimut, tilt, etc....).

Sin duda el análisis presentado en este tutorial son esenciales para la mejora de cualquier red de telefonía móvil, y si hasta ahora no has usado, es un buen momento para empezar.

 

Conclusión

Hoy nos enteramos de un concepto importante utilizado en muchas áreas de redes móviles 2G/3G/4G: el retardo de propagación, utilizado como una herramienta para la evaluación de la distribución geográfica de los usuarios.

Las medidas son el avance del tiempo, que en GSM se mide por la UE, y el retardo de propagación, que en UMTS es calculado por el RNC. Ambos permiten estimar la distancia de la UE hasta la celda de servir, permitiendo en consecuencia varios análisis, ejemplificado por encima.

La TA en GSM tiene una granularidad de 550 metros, y el retardo de propagación en WCDMA granularidad de 234 metros. Mediante estas medidas, podemos 'ver' exactamente donde los usuarios de la red se distribuyen en un nivel de tecnología/carrier/celda en cada región.

Además, tenemos otras medidas, también asignados por región: EcNo para WCDMA y Falla de Enlace de Radio para GSM.

Todas estas medidas, junto con otra información de red (sistemas radiantes, acimutes, tilts, etc...) dan una gran ayuda para el profesional de análisis y optimización de las tareas con resultados significativos para la mejora de la calidad de toda la red de telecom.

Esperamos que hayan disfrutado. Hasta nuestro próximo encuentro.