Técnicas de planeamento rádio na migração 3G/LTE. Engenharia Electrotécnica e de Computadores

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1 Técnicas de planeamento rádio na migração 3G/LTE Estudo de caso na Escandinávia João Miguel Mendonça Jardim Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores Orientador: Prof. António José Castelo Branco Rodrigues Júri Presidente: Prof. José Eduardo Charters Ribeiro da Cunha Sanguino Orientador: Prof. António José Castelo Branco Rodrigues Vogais: Prof. Francisco António Bucho Cercas Eng. Paulo Henrique Batalha Duarte Novembro de 2015

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3 iii Para a minha família e amigos

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5 Agradecimentos Agradecimentos Em primeiro lugar gostaria de agradecer ao Professor António Rodrigues pelo apoio, supervisão e disponibilidade demonstrada ao longo da realização desta dissertação. Em segundo lugar gostaria de agradecer à Alcatel-Lucent, na pessoa do Nuno Marques, que através desta colaboração permitiram a realização desta dissertação numa área atual e extremamente motivamente e desafiante. Queria agradecer ao meu orientador na Alcatel-Lucent, o Paulo Duarte, que além da coordenação técnica feita ao longo desta dissertação, foi também o responsável pela minha integração na equipa da Alcatel-Lucent, permitindo-me adquirir bons conhecimentos na área do planeamento rádio. Agradeço a toda a equipa do departamento, que me acolheu da melhor foma possível, transmitindo diversos conhecimentos técnicos, e mostrando sempre uma grande abertura para o esclarecimento de dúvidas. Quero também agradecer aos meus pais, por me terem dado a possibilidade de realizar todo este percurso académico, e que mesmo longe de casa, sempre me deram todo o apoio e força para continuar a lutar pelos meus objetivos. Quero agradecer à Sandra Pires pelo enorme apoio, motivação e otimismo constante que me transmitiu ao longo deste trajeto. Quero agradecer aos meus amigos, em especial ao Hugo Café, José Guita, Francisco Duarte e Jóni Silva, que me acompanharam ao longo deste meu percurso pelo Instituto Superior Técnico, e que sempre me apoiaram e acompanharam, e sem os quais tudo teria sido muito mais difícil. v

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7 Resumo Resumo O crescimento do tráfego de dados nas redes móveis durante os últimos anos tem sido enorme, e as previsões apontam na continuidade deste crescimento. A adoção da tecnologia LTE por parte dos operadores é cada vez mais necessária e mais frequente, aumentando deste modo, os processos de transição entre o 2G/3G e o LTE. Este trabalho foi elaborado em colaboração com a Alcatel-Lucent e aborda esta temática de alteração da tecnologia pelos operadores móveis. Define-se assim como objetivo deste trabalho, a análise às diversas técnicas e processos de planeamento rádio, utilizados num processo de transição entre tecnologias móveis para um operador. Inicialmente analisam-se as ferramentas de planeamento utilizadas pela Alcatel-Lucent, apresentando os seus principais dados de entrada e as suas configurações. Analisam-se os vários indicadores para a área em estudo neste relatório, de forma a validar a cobertura nessas zonas. Para as situações prejudiciais para a rede, como por exemplo, as falhas de cobertura ou o overshooting, aplicaram-se um conjunto de técnicas de optimização rádio, que permitem reduzir o impacto desses problemas. Também na análise a estas técnicas, compara-se o impacto numa célula, entre a utilização de tilt mecânico e a utilização de tilt eléctrico, mostrando-se os benefícios da utilização de ambos os métodos. Para a melhoria da cobertura, comparam-se as duas possibilidades: a otimização dos equipamentos existentes e a introdução de novos sites. Os resultados apresentados por esta última solução, são claramente superiores aos obtidos com a otimização, introduzindo em alguns casos, melhorias de 25% na cobertura. Palavras-chave LTE; Planeamento rádio; Cobertura; Optimização; Introdução de sites; vii

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9 Abstract Abstract During the last years, the growth of data traffic, on mobile networks, has been huge and forecasts suggest a continuation of this growth. The adoption of LTE technology by operators is increasingly necessary and more frequent, thereby increasing the transitions between 2G / 3G and LTE. This work was made in colaboration with Alcatel-Lucent and approaches this issue of change of technology by mobile operators. The aim of this project is analysing the several techniques and radio network planning processes, used in a process of transition between mobile technologies by an operator. Initially, we analyse the planning tools used by Alcatel-Lucent, presenting its main input data and their settings. In order to validate coverage, we analysed several indicators for the area under study in this report. For harmful situations to the network, such as, coverage gaps or overshooting, we used a set of radio optimization techniques, which reduce the impact of these problems. By the analysis to these techniques, we compared the cell impact of using mechanical tilt and electrical tilt, showing the benefits of both methods. To improve coverage, both possibilities are compared: optimization of equipment and the introduction of new sites. The results presented by the introduction of new sites are clearly higher than those obtained with optimization, in some cases, improving the coverage in 25%. Keywords LTE; Radio Network Planning; Coverage; Optimization; Introduction of sites; ix

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11 Índice Índice Agradecimentos...v Resumo vii Abstract.ix Índice.xi Lista de Figuras... xiii Lista de Tabelas... xv Lista de Acrónimos... xvii Lista de Símbolos... xix 1 Introdução Motivação Definição do problema e objetivos Conceitos básicos sobre LTE Requisitos iniciais Arquitetura de rede Técnicas de acesso múltiplo Modulação Tipo de transmissão Qualidade de serviço e qualidade de experiência Small-cells Modelos de propagação e planeamento de rede Tilt elétrico e mecânico Plano de vizinhanças LTE radio network planning Introdução Descrição das ferramentas Ferramenta de link budget Software 9955 RNP Inputs Dados geográficos Antenas Modelos de propagação Posicionamento e configurações de rede Critérios de validação da cobertura rádio Análise de resultados e otimização rádio xi

12 4.1 Técnicas de otimização rádio Verificação de cobertura Ajuste de tilt elétrico e mecânico Verificação de overshooting Alteração da banda de frequências Análise de resultados Análise de cobertura Análise de best server Análise dos restantes indicadores Plano de physical cell identifiers Plano de vizinhanças Introdução de novos sites considerando o número de habitantes Caso de estudo: otimização versus introdução de novos sites Estado inicial da zona em análise Soluções possíveis Comparação de melhorias introduzidas pelas soluções apresentadas Vantagens e desvantagens das soluções Conclusões Anexo A. Dados introduzidos na ferramenta 9955 RNP A.1 Configurações dos modelos de propagação A.2 Parâmetros das antenas utilizadas Anexo B. Resultados das simulações B.1 Predições de RSRP para a zona B.2 Predições de best server para a zona B.3 Predições de RSRP para espaços indoor B.4 Modificações efetuadas na zona B.5 Predição de best server na banda LTE B.6 RSRQ, SINR, Overlapping 4 e 10 db, para a zona B.7 RSRQ, SINR, Overlapping 4 e 10 db, para a zona Anexo C. Resultados do caso de estudo C.1 Predição de SINR para o estado inicial C.2 Após optimização dos parâmetros físicos C.3 Após introdução de novo site Anexo D. Método numérico para o cálculo de tilt Referências xii

13 Lista de Figuras Lista de Figuras Figura 1.1 a) Previsão do tráfego médio de dados por mês em exabytes ( ); b) Previsão do tráfego global ( ) [1] [2] Figura 1.2 a) Resultados globais de dispositivos e de ligações por tecnologia; b) Resultados mensais de tráfego por tecnologia [2] Figura 1.3 Diferentes tipos de small-cells [5] Figura 2.1 Arquitetura da rede LTE, com componentes e protocolos de ligação [7] Figura 2.2 Representação da utilização da frequência e do tempo para o TDD o FDD [6] Figura 2.3 Relação entre eficiência espetral e qualidade rádio para as várias modulações [6]...13 Figura 2.4 Utilização de MIMO para uma situação com duas antenas na emissão e duas na receção [6] Figura 2.5 Estabelecimento de uma bearer entre o UE e o PGW [6] Figura 2.6 Esquemas representativos dos modelos de propagação, SPM e Ray Tracing [13] Figura 2.7 Esquema com os ângulos dos tilts elétrico e mecânico [14] Figura 3.1 Área de trabalho da ferramenta 9955 RNP [20] Figura 3.2 Representação dos DTM para a zona 1 [20] Figura 3.3 Representação dos DTM para a zona 2 [20] Figura 3.4 Representação dos clutter classes da zona 1 [20] Figura 3.5 Representação dos clutter classes da zona 2 [20] Figura 3.6 Representação de vetores de estradas e lagos [20] Figura 4.1 Comparação da cobertura com a aplicação de diferentes valores de tilt [20]...43 Figura 4.2 Exemplificação de situações de overshooting [20]...45 Figura 4.3 Exemplo de alteração da banda de frequências [20] Figura 4.4 Predição de RSRP para a zona 1, no LTE 450 [20] Figura 4.5 Predição de RSRP para a zona 1, no LTE 800 [20] Figura 4.6 Predição de RSRP para a zona 1, no LTE 1800 [20] Figura 4.7 Identificação de célula responsável pela cobertura da zona de falha [20] Figura 4.8 Perfil de terreno entre a EB emissora e a zona de falha [20] Figura 4.9 Predição de cobertura para a zona de falha, após a otimização [20]...51 Figura 4.10 Predição de best server para a zona 1, no LTE 450 [20] Figura 4.11 Predição de best server para a zona 1, no LTE 800 [20] Figura 4.12 Predição de best server para a zona 1, no LTE 450, após otimização [20] Figura 4.13 Predição de best server para a zona 1, no LTE 800, após otimização [20] Figura 4.14 Esquema de distribuição de PCI por dois países Figura 4.15 Processo de otimização da alocação de PCI na ferramenta 9955 RNP xiii

14 Figura 4.16 Relações de vizinhança de uma célula [20]...59 Figura 4.17 Predição de RSRP e identificação das localidades com falhas [20] Figura 4.18 Predição de RSRP, após a introdução de dois novos sites [20] Figura 4.19 Predição de SINR, antes da otimização [20] Figura 4.20 Predição de SINR, após a introdução de novos sites [20] Figura 4.21 Predição inicial de RSRP para o caso de estudo [20] Figura 4.22 Predição inicial de best server, para o caso de estudo [20] Figura 4.23 Células com possibilidade de cobertura na zona de falha [20] Figura 4.24 Perfis de terreno para as células a), b) e c) que cobrem o IMSI [20] Figura 4.25 Predição de RSRP após a otimização da rede [20] Figura 4.26 Predição de RSRP, após introdução de novos sites [20] Figura 4.27 Predição de best server, após a introdução de novos sites [20] Figura B.1 Predição de RSRP para a zona 2, no LTE 450 [20]...87 Figura B.2 Predição de RSRP para a zona 2, no LTE 800 [20]...88 Figura B.3 Predição de best server para a zona 2, no LTE 450 [20]...89 Figura B.4 Predição de best server para a zona 2, no LTE 800 [20]...89 Figura B.5 Predição de RSRP indoor para a zona 1, no LTE 450 [20]...90 Figura B.6 Predição de RSRP indoor para a zona 1, no LTE 800 [20]...91 Figura B.7 Predição de best server para a zona 1, no LTE 1800 [20]...93 Figura B.8 Predição de RSRQ para a zona 1, no LTE 450 [20] Figura B.9 Predição de SINR para a zona 1, no LTE 450 [20] Figura B.10 Predição de Overlapping 10 db para a zona 1, no LTE 450 [20]...96 Figura B.11 Predição de Overlapping 4 db para a zona 1, no LTE 450 [20]...97 Figura B.12 Predição de RSRQ para a zona 1, no LTE 800 [20] Figura B.13 Predição de SINR para a zona 1, no LTE 800 [20] Figura B.14 Predição de Overlapping 10 db para a zona 1, no LTE 800 [20] Figura B.15 Predição de Overlapping 4 db para a zona 1, no LTE 800 [20] Figura B.16 Predição de RSRQ para a zona 2, no LTE 450 [20] Figura B.17 Predição de SINR para a zona 2, no LTE 450 [20] Figura B.18 Predição de Overlapping 10 db para a zona 2, no LTE 450 [20] Figura B.19 Predição de Overlapping 4 db para a zona 2, no LTE 450 [20] Figura B.20 Predição de RSRQ para a zona 2, no LTE 800 [20] Figura B.21 Predição de SINR para a zona 2, no LTE 800 [20] Figura B.22 Predição de Overlapping 10 db para a zona 2, no LTE 800 [20] Figura B.23 Predição de Overlapping 4 db para a zona 2, no LTE 800 [20] Figura C.1 Predição de SINR para o caso de estudo no estado inicial [20] Figura C.2 Predição de best server após a otimização das EB já existentes [20] Figura C.3 Predição de SINR para o caso de estudo, após otimização [20] Figura C.4 Predição de SINR para o caso de estudo, após a introdução de novo site [20] Figura D.1 Esquema de cálculo de tilt xiv

15 Lista de Tabelas Lista de Tabelas Tabela 2.1 Modulação e eficiência na escala CQI para uma situação com 4 bits [6] Tabela 2.2 Escala CQI identificando para cada valor qual o tipo recurso, a prioridade, o Packet Delay Budget, o Packet Error Loss Rate e um exemplo de serviço [7]...16 Tabela 3.1 Parâmetros definidos para o link budget [17] [18]...27 Tabela 3.2 Resultados obtidos no link budget, por serviço e banda Tabela 3.3 Distribuição dos clutter classes pelas zonas 1 e Tabela 3.4 Diagramas de radiação horizontal e vertical, para as antenas A e H [20]...35 Tabela 3.5 Distribuição de sites e estações de base por banda Tabela 3.6 Parâmetros configurados no 9955 RNP, gerais aos vários equipamentos Tabela 4.1 Resultados da aplicação de diferentes configurações de tilt [20]...44 Tabela 4.2 Resultados de RSRP para a zona 1, no LTE Tabela Resultados de RSRP para a zona 1, no LTE Tabela 4.4 Resultados obtidos nos diversos KPI para ambas as zonas...56 Tabela 4.5 Número de habitantes por cidade/aldeia...60 Tabela 4.6 Parâmetros físicos das EB, com os valores da otimização...61 Tabela 4.7 Resultados da predição de RSRP, antes e após a otimização Tabela 4.8 Resultados de SINR, antes e após a introdução de novos sites...64 Tabela 4.9 Alterações físicas aplicadas na solução de otimização...68 Tabela 4.10 Configurações físicas dos novos sites a serem introduzidos Tabela 4.11 Resultados de RSRP, após otimização e introdução de novos sites...70 Tabela 4.12 Resultados de SINR, após otimização e introdução de novos sites...71 Tabela 4.13 Comparação das vantagens e desvantagens de cada método...71 Tabela A.1 Configurações do modelo SPM para o LTE Tabela A.2 Configurações do modelo SPM para o LTE Tabela A.3 Configurações do modelo SPM para o LTE Tabela A.4 Configurações dos parâmetros do modelo SPM relativos aos clutters...82 Tabela A.5 Perdas para os espaços indoor, por clutter classe...83 Tabela A.6 Características das antenas utilizadas na ferramenta de planeamento [20]...83 Tabela B.1 Resultados de RSRP para a zona 2, no LTE Tabela B.2 Resultados de RSRP para a zona 2, no LTE Tabela B.3 Resultados de RSRP indoor para a zona 1, no LTE Tabela B.4 Resultados de RSRP indoor para a zona 1, no LTE Tabela B.5 Modificações aplicadas na zona Tabela B.6 Resultados de RSRQ para a zona 1, no LTE xv

16 Tabela B.7 Resultados de SINR para a zona 1, no LTE Tabela B.8 Resultados do Overlapping 10 db para a zona 1, no LTE Tabela B.9 Resultados de Overlapping 4 db para a zona 1, no LTE Tabela B.10 Resultados de RSRQ para a zona 1, no LTE Tabela B.11 Resultados de SINR para a zona 1, no LTE Tabela B.12 Resultados do Overlapping 10 db para a zona 1, no LTE Tabela B.13 Resultados de Overlapping 4 db para a zona 1, no LTE Tabela B.14 Resultados de RSRQ para a zona 2, no LTE Tabela B.15 Resultados de SINR para a zona 2, no LTE Tabela B.16 Resultados do Overlapping 10 db para a zona 2, no LTE Tabela B.17 Resultados de Overlapping 4 db para a zona 2, no LTE Tabela B.18 Resultados de RSRQ para a zona 2, no LTE Tabela B.19 Resultados de SINR para a zona 2, no LTE Tabela B.20 Resultados do Overlapping 10 db para a zona 2, no LTE Tabela B.21 Resultados de Overlapping 4 db para a zona 2, no LTE xvi

17 Lista de Acrónimos Lista de Acrónimos 3G 3GPP ALU ANACOM ANR ARP AUC CDMA CQI DL DTM DU/U EB enb epc e-utran FDD GBR GPRS HeNB HSPA HSS IMSI IP KPI LTE LTE-A MAPL MIMO MISO MME NAS OFDMA PAPR Terceira geração de redes móveis Third Generation Partnership Project Alcatel-Lucent Autoridade Nacional de Comunicações Automatic Neighbour Relationship Allocation and Retention Priority Authentication Center Code Division Multiple Access Channel Quality Indication Downlink Digital Terrain Model Denso Urbano/Urbano Estação de base Evolved Node B Evolved Packet Core Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network Frequency Division Duplex Guaranteed Bit Rate General Packet Radio Service Heterogeneous enb High Speed Packet Access Home Subscription Server International Mobile Subscriber Identity Internet Protocol Key Performance Indicator Long Term Evolution LTE Advanced Maximum Allowable Path Loss Multiple Input Multiple Output Multiple Input Single Output Mobility Management Entity Non-Access-Stratum Orthogonal Frequency Division Multiple Access Peak-to-Average Power Ratio xvii

18 PAR PCI PCRF PGW PLMN ID PS PSS PUSCH QAM QCI QoE QoS QPSK RB RNP RS SINR RSRP RSRQ SC-FDMA SGW SIMO SINR SNR SPM SSS SU/R SU-MIMO TAC TDD UE UL VoIP WiMAX Peak Average Ratio Physical Cell Identifier Policy and Charging Resource Function Packet Data Network Gateway Public Land Mobile Network Identifier Packet Switch Primary Synchronization Signal Physical Uplink Shared Channel Quadrature Amplitude Modulations Quality of Service Class Identifier Qualidade de experiência Qualidade de serviço Quadrature Phase Shift Keying Resource Blocks Radio Network Planning Reference Signal, Signal to Interference plus Noise Ratio Reference Signal Received Power Reference Signal Received Quality Single Carrier Frequency Division Multiple Access Serving Gateway Single Input Multiple Output Signal to Interference plus Noise Ratio Signal-to-Noise Ratio Standard Propagation Model Secondary Synchronization Signal Suburbano/Rural Single User - Multiple Input Multiple Output Tracking Area Code Time Division Duplex User Equipment Uplink Voz por Internet Protocol Worldwide Interoperability for Microwave Access xviii

19 Lista de Símbolos Lista de Símbolos elec mech tilt Cm d Difloss f FeNB f ( clutter ) GanhoFSS db Ganho HO db GanhoRx dbi Ganho Tx dbi heb hue I K i Kclutter Lp Margem IoT db Margem Penetração db Margem Shadowing db Tilt elétrico de uma antena Tilt mecânico de uma antena Total de tilt aplicado numa antena Atenuação adicional do modelo COST 231-Hata Distância entre emissor e recetor Perdas devido à difração num percurso com obstáculos Frequência da portadora Fator de ruído Valor médio de perdas por clutter Ganho devido à seleção da frequência Ganho devido à seleção de best server Ganho da antena do recetor Ganho da antena do emissor Altura efetiva da antena do emissor Altura efetiva da antena do recetor Interferência no sinal recebido Fatores multiplicativos do modelo de propagação SPM, apresentado na expressão 11, com 1i 7 Fator multiplicativo do modelo SPM, relativo ao clutter Valor médio do path loss Margem de interferência Perdas de penetração para interiores Desvanecimento lento xix

20 N NRB( UL) Nth P Perdas CorpoUE Perdas Rx db Perdas Tx db P MaxTX _ PUSCH dbm Sensibilidade dbm WRB Ruído térmico Número de Resource Blocks Densidade de potência espectral de ruído térmico Potência recebida do sinal Atenuação devido ao corpo do utilizador para todos os serviços Total de perdas no percurso de receção Atenuação total no percurso de transmissão Potência máxima transmitida pelo utilizador em PUSCH Sensibilidade do emissor por serviço Largura de banda de um Resource Blocks xx

21 Capítulo 1 Introdução 1 Introdução Este capítulo introduz o trabalho realizado, sendo apresentada a motivação para a sua realização. É também definido o problema em estudo e os objetivos que se pretende atingir. 1

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23 1.1 Motivação O desenvolvimento tecnológico nos últimos anos originou uma crescente necessidade de melhoria dos meios e dos fluxos de informação. Na área das telecomunicações móveis este facto foi evidente, pois houve uma mudança de paradigma. Se nas primeiras gerações de redes móveis os principais serviços eram os serviços de voz e mensagens, na terceira e quarta geração (3G e LTE), o tráfego de dados ganhou especial importância. O crescimento do tráfego de dados tem sido enorme e a previsão é continuar a aumentar, ficando o tráfego de voz com uma expressão cada vez mais insignificante em comparação com o tráfego de dados em telemóveis e noutros dispositivos como tablets e computadores. Segundo as análises da Cisco, o tráfego mensal em 2014 foi de 2.5 exabytes e como se verifica pela figura 1.1-a), está previsto crescer 10 vezes mais nos próximos 5 anos, atingindo valores de 24.3 exabytes em As previsões da Ericsson seguem a mesma linha, apresentando que entre 2014 e 2020, o crescimento do tráfego de dados será também na ordem de 10 vezes mais, como se observa na figura 1.1-b) [1] [2]. a) b) Figura 1.1 a) Previsão do tráfego médio de dados por mês em exabytes ( ); b) Previsão do tráfego global ( ) [1] [2]. Este crescimento de tráfego deve-se à cada vez maior utilização da internet em dispositivos móveis (smartphones, tablets ou computadores). Além disso, a diversificada gama de aplicações que surgem todos os dias para estes dispositivos intensifica a sua utilização e a necessidade por parte das redes em suportar este cada vez maior débito binário. É de realçar que apesar de atualmente os smartphones não serem o dispositivo móvel mais utilizado, correspondendo apenas a 29% dos equipamentos no mercado, o tráfego mensal gerado por smartphone em 2014 foi de 819 MB [2]. De forma a acompanhar e suportar todo este crescimento foi necessário desenvolver novas tecnologias, surgindo neste contexto as redes de quarta geração. Assim em 2008, o 3rd Generation Partnership Project (3GPP) lança as especificações para o Long Term Evolution (LTE). Além da 3

24 necessidade de um maior débito binário, a orientação das redes móveis para a internet e a uniformização do tráfego fizeram com que, para esta nova geração, se utilizasse uma arquitetura orientada para o tráfego de pacotes. O aumento da qualidade de serviço (QoS) e da qualidade de experiência (QoE), a redução de custos e a redução da complexidade foram outras das motivações para o desenvolvimento do LTE [3]. A capacidade do LTE e a sua importância, tanto atual como futura, é facilmente compreendida através da análise da figura 1.2. Apesar de, em 2014 esta tecnologia representar apenas 7% das ligações móveis (figura 1.2-a), o tráfego do LTE já correspondia a 40% do total (figura 1.2-b), estando previsto estes valores aumentarem de forma exponencial nos próximos anos. a) b) Figura 1.2 a) Resultados globais de dispositivos e de ligações por tecnologia; b) Resultados mensais de tráfego por tecnologia [2]. As futuras evoluções do LTE já estão definidas em alguns casos e outras estão em estudo, como as releases 10 e 11 que definem o LTE Advanced (LTE-A), e das releases 12 e 13 que definem linhas gerais para os formatos sucessores. Em 2014, apenas cerca de 40% da população mundial estava coberta pelo LTE, e as previsões apontam que em 2020, esteja coberta pelo menos 70% da população [1]. Verifica-se assim que terá de haver uma forte implementação desta tecnologia nas redes atuais, constituindo um importante desafio para os operadores móveis, ao longo dos próximos anos. Para tal, existem dois cenários possíveis. A introdução de uma rede LTE de base, ou a utilização da rede de 2G/3G como base para a criação da rede LTE. Esta segunda hipótese apesar de implicar um custo económico inferior, possui diversas limitações provenientes da rede anterior. A distribuição física, por exemplo, é mantida entre tecnologias, provocando uma menor flexibilidade na distribuição de sites e uma consequente menor capacidade de otimização física, no momento da introdução do LTE. Com o desenvolvimento de novas tecnologias, a forma como a rede está organizada modificou-se, e desta forma, no LTE o conceito de small-cells ganhou importância. As small-cells são essencialmente estações de base (EB) que operam a baixa potência e com um alcance inferior às EB tradicionais [4]. As suas principais funções são a melhoria da cobertura e da capacidade em zonas específicas da rede móvel. 4

25 Atualmente, o conceito de small-cells abrange tanto a cobertura ao nível interior de edifícios, as designadas femto-células e pico-células, bem como no exterior, em zonas urbanas, com as metro-células e micro-células. Além disso, como se pode observar na figura 1.3, o tamanho destas células é crescente, sendo as mais pequenas as femto-células e as maiores as micro-células. Assim, com a colocação deste tipo de células, pretende-se que o utilizador possa ter cobertura e capacidade (ou uma melhoria destes aspetos), independentemente do ambiente em que está inserido [5]. Figura Diferentes tipos de small-cells [5]. 1.2 Definição do problema e objetivos A implementação do LTE por parte dos operadores, como resposta aos requisitos cada vez mais exigentes dos utilizadores, é uma realidade cada vez mais comum. Os processos de migração entre o 2G/3G e o LTE obrigam à elaboração e análise de diversos estudos de impacto. A esta mudança, é necessário que esteja sempre associada uma melhoria da qualidade global da rede. O desenvolvimento deste trabalho foi feito na Alcatel-Lucent Portugal, que é um fornecedor de referência a nível mundial, na área das telecomunicações. Uma das suas principais áreas de ação é no fornecimento de tecnologia LTE. Este trabalho enquadra-se nesse contexto, estando inserido num projeto real, para um cliente da Alcatel-Lucent (ALU) no Norte da Europa. Este projeto tem como objetivo a atualização da rede existente para LTE, encontrando-se atualmente em fase de execução. A transição entre duas tecnologias diferentes cria inúmeros desafios tanto ao cliente, como ao fornecedor. Entre os diversos processos executados, destaca-se o planeamento rádio, que desempenha um papel ativo no projeto, tanto numa fase inicial, com os estudos relativos ao impacto da nova tecnologia, bem como numa fase posterior de expansão e reforço da rede móvel. Define-se como objetivo deste trabalho, a análise às diversas técnicas e métodos utilizados no processo de Radio Network Planning (RNP). Pretende-se também compreender as possíveis soluções a implementar na rede, de forma a melhorar a qualidade do sinal rádio, analisando as vantagens e desvantagens de cada solução. 5

26 Esta dissertação está dividida em cinco capítulos, onde se acompanha o desenvolvimento do projeto com a ALU. Apresentam-se no capítulo 1, as motivações para a elaboração desta dissertação, a definição do problema e os objetivos que se pretendem alcançar. No capítulo 2 descrevem-se os diversos conceitos relativos à tecnologia LTE, iniciando-se pelos requisitos estabelecidos para esta tecnologia, e apresentando a arquitetura de rede do LTE. Abordam-se as diversas mudanças necessárias para o cumprimento dos requisitos da tecnologia, nomeadamente ao nível das técnicas de acesso múltiplo, modulação e tipo de transmissão. Ainda neste capítulo, detalham-se os modelos de propagação rádio, introduzem-se os conceitos de tilt elétrico e tilt mecânico, e o plano de vizinhanças de uma célula. Estes conceitos são especialmente relevantes para o processo de planeamento rádio. O enquadramento e descrição do projeto é feito na secção inicial do capítulo 3. Nas secções seguintes descrevem-se as ferramentas utilizadas num processo de planeamento da ALU, detalhando-se os diversos inputs e configurações, necessários para a obtenção dos resultados. Encerra-se este capítulo através da apresentação dos critérios estabelecidos para a validação da cobertura rádio no projeto em análise. No capítulo 4 apresentam-se as técnicas de otimização aplicadas pela ALU e os diversos resultados das simulações efetuadas. Na primeira secção, definem-se as diversas técnicas, demonstrando-se situações em que a sua introdução permite uma melhoria na qualidade da rede. Posteriormente analisa-se o estado da rede, antes da aplicação de alterações, apresentando-se depois os resultados obtidos após a otimização. Nas secções 3 e 4 deste capítulo, encontram-se detalhados os métodos para a elaboração do plano de Physical Cell Identifiers (PCI) e de vizinhanças. A secção seguinte, aborda a introdução de novos sites, ponderando a sua localização e configuração de acordo com a distribuição geográfica nesse ambiente. Encerra-se o capítulo analisando um caso de estudo, onde se identificam as falhas presentes na área e comparam-se os resultados obtidos entre a otimização dos equipamentos existentes e a introdução de novos sites. No capítulo 5 descrevem-se as conclusões, retiradas da elaboração deste trabalho. Sintetizam-se as diversas conclusões adquiridas ao longo de cada capítulo, com especial ênfase nos resultados obtidos no capítulo 4. Apresentam-se posteriormente, um conjunto de anexos com informações complementares. No anexo A são detalhados os dados introduzidos na ferramenta de planeamento, como configurações dos modelos de propagação ou dados das antenas. No anexo B são apresentados os resultados obtidos com a ferramenta de planeamento para as zonas em estudo neste trabalho, antes e após as otimizações introduzidas. Os resultados adicionais relativos ao caso de estudo, incluindo dados do estado inicial da área e após a otimização, são demonstrados no anexo C. No anexo D, é detalhado o método numérico para o cálculo do valor de tilt. 6

27 Capítulo 2 Conceitos básicos sobre LTE 2 Conceitos básicos sobre LTE Neste capítulo abordam-se os diversos conceitos relacionados com a tecnologia LTE. Descrevem-se as suas principais características, a arquitetura e as diversas técnicas introduzidas nesta geração. Apresentam-se também as configurações físicas, nomeadamente o tilt elétrico e mecânico, importantes para a otimização da rede. 7

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29 2.1 Requisitos iniciais A introdução do LTE tinha como objetivo a criação da geração de redes móveis sucessora do 3G, permitindo acompanhar o crescimento das redes, como foi referido no capítulo anterior. Desta forma, foram estabelecidos um conjunto de requisitos iniciais que esta nova geração necessitava de cumprir, sendo alguns deles os seguintes [6]: A eficiência espetral para o downlink (DL) deveria ser entre 3 a 4 vezes superior à geração anterior e no uplink (UL) entre 2 a 3 vezes superior; O espetro de frequências deveria cobrir desde os 450 MHz aos 2.6 GHz, e ter uma largura de banda na escala de 1.4, 3, 5, 10, 15 e 20 MHz; O débito de pico para o DL teria de ser superior a 100 Mb/s e para o UL superior a 50 Mb/s, para uma alocação espectral de 20 MHz; Os valores de latência para o plano de controlo deviam ser inferiores a 100 ms, para o estabelecimento do plano de utilizador, sendo que a latência deste deveria ser inferior a 10 ms, desde o utilizador ao servidor. Definiu-se, também, que a otimização da rede deveria ser para velocidades baixas (0-15 km/h), mas a ligação deveria manter-se para velocidades até 500 km/h. 2.2 Arquitetura de rede A organização da arquitetura de rede do LTE tem como base uma rede orientada à comutação por pacotes, havendo assim uma mudança de paradigma em relação às gerações anteriores, que funcionavam na comutação de circuitos. Esta nova arquitetura além de introduzir diversas simplificações na rede, eliminando pontos de falha, também permite melhorar a eficiência através da redução da latência. A compatibilidade com as gerações móveis anteriores também é mantida. Como se pode observar na figura 2.1, este sistema é constituído por duas grandes redes, nomeadamente a evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network (e-utran) e a evolved Packet Core (epc). A e-utran é constituída pelas estações de base inteligentes, designadas evolved Node B (enb). As enb caracterizam-se pela sua autonomia e elevado desempenho, eliminando assim a necessidade de uma entidade controladora das várias estações de base como acontecia anteriormente. 9

30 Figura Arquitetura da rede LTE, com componentes e protocolos de ligação [7]. A rede epc é composta por diversos componentes, com funções variáveis, designadamente [6][7][8]: Mobility Management Entity (MME) É responsável pelo controlo de sessões, ao encaminhar e solicitar a autenticação do User Equipment (UE) ao Home Subscription Server (HSS). O MME faz o processamento da sinalização do plano de controlo entre o UE e o epc. As suas funções podem agrupar-se em duas categorias distintas: as funções relacionadas com a gestão das ligações lógicas virtuais (bearer) e as funções relacionadas com a gestão da ligação. Na gestão da bearer está incluído o estabelecimento, a manutenção e a libertação das bearers, sendo executado pela camada de gestão de sessão no protocolo NAS (Non-Access-Stratum). Em relação à gestão da ligação, as funções incluem o estabelecimento da ligação e a segurança entre a rede e o UE, sendo controlado pela camada de gestão de ligação ou de mobilidade. Desta forma é responsável pela gestão do handover e pelo roaming. Serving Gateway (SGW) faz o encaminhamento dos pacotes IP (Internet Protocol) dos utilizadores, funcionando também como âncora para o handover entre as diferentes enb. Quando o utilizador está no estado inativo, o SGW retém informação sobre as bearers, e faz o carregamento temporário da informação de DL enquanto o MME não está preparado para a receber. Adicionalmente, é responsável pela ligação a outras tecnologias de dados da 3GPP, como o General Packet Radio Service (GPRS) e o High Speed Packet Access (HSPA). Também executa funções administrativas sobre as redes acedidas, como a recolha de dados para o operador (por exemplo consumos de tráfego). Policy and Charging Resource Function (PCRF) responsável pelo controlo de políticas e de fluxo de dados, ajustando o débito binário de acordo com a qualidade de serviço necessária. O PCRF fornece a autorização de QoS, composta por um identificador de classe e o débito binário, garantindo que um determinado fluxo de tráfego está de acordo com o perfil do utilizador. 10

31 Packet Data Network Gateway (PGW) responsável pela conectividade dos utilizadores, fazendo a ligação com as redes de dados externas. Neste equipamento, também é feita a atribuição do endereço IP a cada UE e o controlo de fluxo de acordo com as regras estabelecidas pelo PCRF. Este equipamento faz a filtragem dos pacotes IP do UE na ligação descendente (DL), tendo por base as diferentes QoS exigidas pelas diferentes bearers e realiza QoS para um determinado débito binário garantido (Guaranteed Bit Rate, GBR). Além disso, o PGW funciona como ponto âncora para as redes que não são 3GPP, como o Code Division Multiple Access (CDMA) e o Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX). Home Subscription Server (HSS) - corresponde a uma base de dados contendo diversas informações sobre as redes públicas. Aqui são mantidos dados como por exemplo, o perfil QoS, possíveis restrições de roaming ou quais as redes a que um UE se pode ligar. Neste equipamento, também é armazenada diversa informação dinâmica, como por exemplo, quais são os utilizadores registados num determinado MME. Pode também ser integrado neste equipamento o Authentication Center (AUC), onde são geradas chaves para a autenticação e de segurança. A ligação entre diferentes enb, também representada na figura 2.1, é feita através da interface X2, que para o tráfego do plano de dados é denominada X2-U e para o plano de controlo é designada X2-C. Para a ligação entre as redes e-utran e epc é utilizada a interface S1, que para a ligação entre a enb e o SGW é designada de S1-U. Este protocolo é responsável pelo tráfego no plano de utilizador, transportando, por exemplo, o tráfego de internet ou a voz por IP (VoIP), e fornecendo assim aos utilizadores conectividade à restante rede. Para utilização exclusiva do plano de controlo, e fazendo a ligação entre a enb e o MME, a interface é denominada de S1-MME, onde é transportada toda a sinalização. 2.3 Técnicas de acesso múltiplo As técnicas de acesso múltiplo que a tecnologia LTE utiliza são a Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) e a Single Carrier Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA). A técnica OFDMA é utilizada para o DL, pois permite uma melhoria na eficiência espectral e é mais robusta em relação às interferências. Como desvantagem, tem um valor elevado de Peak-to-Average Power Ratio (PAPR), o que limita a potência de transmissão no UL e reduz a cobertura. O elevado PAPR também obriga à utilização de melhores amplificadores de potência, constituíndo uma dificuldade acrescida para os fabricantes de equipamentos móveis. Desta forma, para o UL é utilizada a técnica SC-FDMA, que é uma modificação da OFDMA, possuindo um Peak Average Ratio (PAR) inferior. Assim há uma redução no custo dos equipamentos, e uma redução no consumo, permitindo uma utilização energética eficiente [6]. A ortogonalidade da técnica OFDMA permite uma utilização mais eficiente do espectro, pois não requer a utilização de uma banda de guarda, que em técnicas anteriores tinha como função evitar a 11

32 interferência entre sub-canais. Assim, a remoção desta banda de guarda permite o envio simultâneo de uma maior quantidade de símbolos, resultando numa maior quantidade de dados. Para a separação do tráfego de DL e UL, o LTE suporta tanto o Time Division Duplex (TDD) como o Frequency Division Duplex (FDD). Para o TDD, as ligações de DL e de UL utilizam a mesma frequência mas a transmissão é feita em diferentes intervalos de tempo. Inversamente, para o FDD as transmissões são feitas simultaneamente utilizando diferentes frequências para o DL e UL, como se pode observar na figura 2.2. A maioria dos sistemas desenvolvidos utilizam FDD por ser a preferência do mercado [6]. TDD FDD Figura Representação da utilização da frequência e do tempo para o TDD e para o FDD [6]. O 3GPP especifica que o LTE pode ser desenvolvido na banda de frequências IMT-2000, que inclui desde os 450 MHz até aos 2.6 GHz. No entanto, apesar do 3GPP definir uma vasta gama de frequências, nem todas estão disponíveis, variando de acordo com o país. Em Portugal a entidade gestora do espectro, é a Autoridade Nacional de Comunicações (ANACOM), que realizou um leilão público para atribuição das diversas faixas aos diferentes operadores. Sobre a largura de banda, é definido pelas normas internacionais que esta é escalável, com valores de 1.4, 3, 5, 10, 15 e 20 MHz. 2.4 Modulação A transmissão de sinais é feita através de sinais modulados, na medida em que um sinal na banda de base não se difunde. A modulação consiste no envio do sinal em banda de base através de uma portadora, sendo o sinal em banda de base modulado pelo emissor e desmodulado pelo recetor. Na tecnologia LTE são utilizadas três tipos de modulações QAM (Quadrature Amplitude Modulations) de acordo com a qualidade do sinal, sendo transmitidas portadoras utilizando uma amplitude e uma fase específica durante períodos finitos de tempo. Assim o LTE suporta QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), 16-QAM e 64-QAM. Na figura 2.3 é qualificada a análise entre eficiência espectral e a qualidade rádio. Verifica-se que para uma qualidade rádio inferior, a QPSK é a modulação aconselhada, pois é mais robusta. Com o aumento da qualidade do sinal rádio, a 64-QAM torna-se muito mais eficiente que as restantes modulações, sendo, no entanto, menos robusta [6]. 12

33 Figura 2.3 Relação entre eficiência espetral e qualidade rádio para as diversas modulações [6]. O 3GPP definiu uma escala denominada Channel Quality Indication (CQI), com uma gama crescente de valores entre 1 e 15. A escala é crescente de acordo com as condições do canal, em que os valores mais baixos de CQI correspondem às piores condições e os mais elevados às melhores condições. Na tabela 1 está representada a escala CQI para uma situação de 4 bits. Verifica-se que, para situações em que a potência do sinal é menor, é utilizada a modulação QPSK, pois esta é mais eficiente para situações deste género. Da mesma forma, para sinais com boa qualidade, ou seja, com CQI maior, a modulação definida é a 64-QAM, que apresenta uma eficiência superior, confirmando a análise efetuada à figura 2.3 [6]. Escala CQI Tabela 2.1 Modulação e eficiência na escala CQI para uma situação com 4 bits [6]. Modulação 0 Fora de alcance Taxa de codificação 1024 Bits por símbolo Eficiência: Taxa de codificação Bits por símbolo 1 QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QAM QAM QAM QAM QAM QAM QAM QAM QAM

34 2.5 Tipo de transmissão De forma a melhorar os resultados obtidos na transmissão, o LTE utiliza a técnica de múltiplas antenas, estando assente no princípio do multi-percurso que um sinal pode sofrer entre um emissor e um recetor. Este método obriga à utilização de diversas antenas na transmissão e/ou na receção, para assim melhorar a qualidade do sinal, a capacidade e a cobertura do sistema. Uma primeira técnica com múltiplas antenas é a Multiple Input Single Output (MISO), que utiliza dois ou mais emissores e um recetor apenas. Esta técnica explora a diversidade na transmissão, através do envio da mesma informação através de dois emissores. Assim há uma melhoria em diversos aspetos, como a robustez do sinal em relação ao desvanecimento, a performance em condições com baixo Signal-to-Noise Ratio (SNR) e a melhoria da cobertura nos limites da célula [6]. A Single Input Multiple Output (SIMO), que explora a diversidade na receção, utiliza apenas um emissor e dois ou mais recetores. Apesar de não provocar um aumento do débito do UL devido a apenas ser enviada uma transmissão, permite que a cobertura nos limites da célula seja melhorada. Aplicando este princípio tanto no emissor como no recetor, obtém-se o Multiple Input Multiple Output (MIMO), que tem como base a utilização de dois ou mais emissores e de dois ou mais recetores. Nesta técnica, e contrariamente ao MISO, são enviadas diversas transmissões, sendo que para N transmissões são necessárias pelo menos N antenas. Para o correto funcionamento, é necessário que a transmissão de cada antena seja unicamente identificável por cada recetor, que conhecendo em tempo real as características de cada sinal, consegue fazer a separação de ambos. Na figura 2.4 tem-se o exemplo da utilização de MIMO com duas antenas no enb e de duas no UE. São enviadas duas transmissões em paralelo e na mesma frequência, representadas a azul e a vermelho, em que cada antena na receção recebe parte de cada transmissão. O UE devido a possuir as características de cada sinal consegue assim distinguir e recuperar cada uma das transmissões. Caso a diferença entre percursos não seja suficientemente elevada para verificar-se uma situação de multi-percurso, ou se a degradação de um dos sinais for muito alta, opta-se pelo sinal com o melhor valor de SNR [6]. Figura 2.4 Utilização de MIMO para uma situação com duas antenas na emissão e duas na receção [6]. 14

35 2.6 Qualidade de serviço e qualidade de experiência O estabelecimento de bearers permite fazer a ligação entre dois pontos específicos da rede como está representado na figura 2.5, onde é estabelecida uma bearer entre o UE e o PGW. Desta forma, de acordo com o tipo de tráfego a que se destina, a rede tem de garantir um determinado nível de serviço para as ligações lógicas. Através de um conjunto de parâmetros de QoS a rede consegue garantir esse nível de serviço. Figura 2.5 Estabelecimento de uma bearer entre o UE e o PGW [6]. Os parâmetros de QoS associados a uma ligação permitem analisar o nível de serviço oferecido através de uma gama de indicadores. Esta análise também é variável de acordo com o tipo de tráfego da ligação, em que estão definidas classes para os vários tipos de tráfego. Estas ligações caso tenham recursos permanentemente alojados, são designadas como Guaranteed Bit Rate (GBR), caso contrário, definem-se como non-gbr. Além de servir como caracterizador da bearer, o parâmetro GBR define também o valor de débito garantido para esta ligação. Na tabela 2 está representada a QoS Class Identifier (QCI), que corresponde a uma escala que contém valores já pré-definidos para os parâmetros que controlam o encaminhamento de pacotes numa bearer. A QCI tem como atributos QoS os seguintes parâmetros [7]: O tipo de recurso, podendo ser GBR ou non-gbr; A prioridade através do Allocation and Retention Priority (ARP), que indica a prioridade de uma bearer quando comparada com uma outra bearer. Permite também decidir se o pedido para o estabelecimento de uma determinada ligação lógica é aceite ou rejeitado caso haja limitação de recursos de rede; O Packet Delay Budget, que corresponde ao valor de atraso que um pacote pode ter, de forma a manter os requisitos para uma determinada classe; O Packet Error Loss Rate, que corresponde à taxa de pacotes perdidos que uma classe pode atingir continuando a garantir o nível desse serviço. Na última coluna é apresentado um conjunto de serviços assegurados por cada classe do CQI. A classe 1 correspondente à conversação por voz, enquanto que para a classe 7 é assegurada a transmissão em direto. 15

36 Tabela 2.2 Escala CQI identificando para cada valor qual o tipo recurso, a prioridade, o Packet Delay Budget, o Packet Error Loss Rate e um exemplo de serviço [7]. Nos últimos anos um conceito que ganhou cada vez mais importância para os operadores foi o da qualidade de experiência. Contrariamente à QoS, que se relaciona com a qualidade na ótica da rede e com base em valores técnicos, a QoE está relacionada com a forma como o utilizador qualifica a sua satisfação em relação à rede. Esta avaliação pode ser feita por exemplo, em relação à forma de utilização, velocidade, tempo de resposta, e tem também como classificações possíveis excelente, bom, razoável, fraco, etc. Normalmente uma rede com valores de QoS dentro do esperado, também possui bons valores de QoE, mas por vezes tal pode não acontecer, pois as reais necessidades do utilizador podem não ser cumpridas com os parâmetros técnicos definidos na rede. 2.7 Small-cells O crescimento do número de equipamentos como smartphones e tablets tem provocado um aumento exponencial no tráfego das redes móveis, como foi demonstrado na introdução deste trabalho. Atualmente a QoE tornou-se mais exigente, pois os utilizadores pretendem manter as velocidades e a acessibilidade nos diversos dispositivos, independentemente se estão numa ligação móvel ou fixa. Assim começou-se a estudar formas de aumentar a capacidade oferecida pelas redes, em que as small-cells têm vindo a ganhar cada vez mais importância. A densificação das redes com small-cells tem-se revelado uma boa solução para acompanhar o aumento do tráfego. Como foi referido anteriormente, estas são essencialmente estações de base com um menor alcance, permitindo assim melhorar cobertura e a capacidade numa determinada zona da rede móvel. A sua potência de emissão tem valores que variam entre os 250 mw e os 5 W para uma metro-célula, enquanto uma estação de base comum emite um valor máximo de 60 W [9].Uma denominação utilizada pelo 3GPP para as small-cells é Heterogeneous enb (HeNB) devido à heterogeneidade que conferem à rede. 16

37 A utilização de small-cells pode ser tanto em zonas fechadas (utilização empresarial e doméstica), como em zonas exteriores, com diferentes designações como está representado na figura 1.3 do capítulo anterior. A nível urbano, a sua implementação possibilita principalmente a libertação de tráfego da macro-célula, aumentando desta forma a capacidade da rede. Num outro cenário, a cobertura da macro-célula no exterior pode até ser de qualidade, mas no interior dos edifícios a QoE pode não ser a suficiente, colocando-se assim a necessidade de melhorar a qualidade para as áreas interiores. Na utilização doméstica destes dispositivos, impõe-se que a instalação seja simples e que um utilizador sem conhecimentos técnicos a consiga executar. Neste tipo de utilização, a ligação à rede (designada de backhaul) é assegurada recorrendo a uma ligação do tipo Ethernet. Deste modo, a célula tem de ser capaz de se autoconfigurar, adaptando-se ao ambiente que a rodeia e evitando provocar interferência em alguma macro-célula já existente ou noutras small-cells. A redução da interferência é a chave para uma maior cobertura e capacidade, tanto na small-cell como na rede macro. 2.8 Modelos de propagação e planeamento de rede Os modelos de propagação são importantes pois permitem obter uma previsão sobre as capacidades da rede móvel ou de uma deterrminada ligação através do cálculo das perdas de propagação (path loss). Desta forma possibilitam a avaliação da cobertura da célula, sendo utilizados para situações de planeamento ou de melhoria da rede. A sua utilização permite assim otimizar a rede, quer seja ao nível da redução da interferência, da melhoria da qualidade do sinal, ou do posicionamento e configuração dos equipamentos. Os modelos de propagação podem ter diferentes classificações, podendo ser designados como [10] [11]: Empíricos, que caracterizam-se por equações simples, derivadas de medições intensivas de campo, de ambientes reais. Têm uma grande versatilidade pois podem ser aplicados a uma grande variedade de ambientes onde se efetuem testes, mas no entanto é necessário que tenham características semelhantes aos ambientes onde foram efetuadas as medições. Como exemplos deste tipo de modelos, tem-se o Okumura-Hata, o COST 231-Hata e o Standard Propagation Model (SPM) representado na figura 2.6. Determinísticos, que se baseiam em aproximações numéricas, exigem um grande nível de detalhe dos parâmetros de entrada e uma grande complexidade computacional. O ray tracing method é um exemplo deste tipo de modelo, que calcula diversos caminhos entre o emissor e o recetor, como se pode observar na figura

38 Semi-empíricos, que obtêm-se através da combinação dos modelos empíricos e determinísticos, assumindo algumas condições ideais. O principal modelo é o COST 231 Walfisch-Ikegami. Figura 2.6 Esquemas representativos dos modelos de propagação, SPM e Ray Tracing [13]. Para este projeto, foi definido entre o cliente e a ALU que o modelo utilizado seria o SPM, que será detalhado em capítulos seguintes. O modelo SPM tem como base os modelos Okumura-Hata e a sua extensão, o modelo COST 231-Hata. Como referido, o modelo Okumura-Hata é um modelo empírico, sendo a base de diversos modelos de propagação utilizados atualmente. O valor médio do path loss, é obtido através da expressão [12], Onde: L 69, 55 21,16log f 13,82log h [44, 90 6, 55log h ]log d H ( h, f ) (2.1) p EB EB UE UE L p : valor médio do path loss [db]; f : frequência [MHz]; h EB : altura da antena da estação de base [m]; d : distância [km]; h UE : altura da antena do equipamento do utilizador [m]. E em que para pequenas cidades, H ( h, f ) [1,10log f 0,70] h [1,56log( f ) 0,80] (2.2) UE[ db] UE UE E para grandes cidades, h para f MHz 2 8,29log (1,54 UE ) 1, UE[ db] ( UE, ) 2 UE H h f 3,20log (11,75 h ) 4,97 para f 400 MHz (2.3) 18

39 Este modelo possuí um conjunto de restrições para o qual é valido: 150 f 1500 MHz 1d 20 km 30 h 200 m EB 1h 10 m UE Com a necessidade de utilização de frequências mais elevadas, foi necessário ajustar o modelo para ir além da restrição apresentada anteriormente. Surge desta forma, a extensão ao modelo Okumura- Hata, sendo designado de modelo COST 231-Hata. O cálculo de path loss é obtido através da expressão [12] [13]: L 46, 30 33, 90log f 13,82log h [44, 90 6, 55log h ]log d H ( h, f ) C (4) p EB EB UE UE m Onde mantêm-se os parâmetros definidos para a expressão (2.1), e adiciona-se uma nova atenuação, em que: C m 0 db, para pequenas cidades 3 db, para áreas metropolitanas As limitações deste modelo mantêm-se para a distância, altura da EB e altura do UE. A frequência, neste caso passou para: 1500 f 2000 MHz Os estudos de planeamento, tendo por base o cálculo do path loss, exigem que haja uma previsão realista e precisa dos fenómenos de propagação. A precisão destes estudos depende principalmente da qualidade da base de dados geográfica e da precisão do modelo de propagação. Em relação às bases de dados geográficas, estas dividem-se em três categorias. As bases de dados do terreno (Digital Terrain Model, DTM), as bases de dados ambientais (Clutter) e esquemas de construção. Tal como o nome indica, o DTM contém essencialmente os valores de altitude da região, sendo caracterizado por uma latitude, longitude e precisão. O Clutter contém a distribuição geográfica dos ambientes, caracterizando por exemplo, os ambientes naturais como florestas ou rios, e as áreas urbanas como densas, muito densas. Os esquemas de construção são bases de dados que contêm informação muito precisa de todos os edifícios, podendo conter atualmente vetores a três dimensões [10]. 19

40 2.9 Tilt elétrico e mecânico O tilt corresponde à inclinação dada a uma antena, em relação ao seu eixo de referência. O seu valor pode ser dado em graus ou em db. Existem dois tipos de tilts, o elétrico e o mecânico, sendo necessário distinguir a sua implementação e o seu impacto na cobertura de um emissor. Na figura 2.7 apresentam-se estes dois tipos de tilts, identificando-se os seus eixos e ângulos de medição. Figura 2.7 Esquema com os ângulos dos tilts elétrico e mecânico [14]. O tilt mecânico corresponde à alteração física do eixo da antena, inclinando-a na direção desejada, e modificando as direções de propagação do sinal. O tilt elétrico, não implica alterações físicas na antena, mas sim a alteração da fase do sinal, alterando-se desta forma o diagrama de radiação da antena. Na figura 2.7 estão assinalados o ângulo mecânico, mech, e o ângulo elétrico, elec. Assim o valor total de tilt é dado por, tilt mech elec (2.5) Os resultados obtidos com a utilização exclusiva de tilt mecânico, tilt elétrico ou pela conjugação de ambos os métodos, estão sempre dependentes do ambiente em que as EB estão inseridas [15]. De uma forma geral, considera-se que a opção entre a aplicação de tilt elétrico ou mecânico no efeito sobre a cobertura tem um impacto pouco significativo. Habitualmente o aspeto mais relevante é o valor global de tilt, dado pela expressão (2.5) [14]. Em relação aos valores máximos de tilt que podem ser implementados numa antena, estes estão dependentes de limitações técnicas e ambientais. Ao nível técnico, estas limitações variam de acordo com o fabricante e com o modelo em causa. No caso do tilt mecânico, o valor máximo é imposto tanto pelo extensor colocado no suporte da base da antena, como pelo pelo ângulo do primeiro mínimo do diagrama de radiação da antena, que não pode ultrapassar a linha do horizonte. Para o tilt elétrico, o limite é imposto pelo valor máximo permitido pelo desfazador existente na antena. As limitações técnicas podem ser agravadas pelas condições ambientais da zona onde está inserida a EB. 20

41 Por vezes, na presença de ambientes com uma orografia específica e especialmente acidentada, o impacto resultante da aplicação destes diferentes métodos, conduz a diferentes resultados. Nestas situações, a introdução de tilt mecânico permite manter uma maior largura de cobertura, mas provoca um aumento do impacto dos lóbulos traseiros. Deste modo, a utilização de tilt elétrico permite concentrar a energia do sinal na zona central e reduzir os lóbulos traseiros. O impacto da aplicação de tilt elétrico ou mecânico, na capacidade de uma EB, também é um aspeto relevante e que deve ser objeto de análise no processo de RNP. A utilização exclusiva de tilt elétrico, permite a obtenção de um nível de throughput mais elevado nos limites da célula. A possibilidade de introdução de equipamentos com ajuste remoto de tilt elétrico, permitindo a realização de modificações posteriores à integração, constituí uma vantagem em relação ao tilt mecânico. Por outro lado, a introdução na mesma EB, de valores equivalentes de tilt mecânico e elétrico, permite uma melhoria ao nível de peak rate, mas com uma redução dos níveis nos limites das células [14] Plano de vizinhanças A lista de relações de vizinhança de cada célula é um importante auxiliar na gestão de uma rede móvel. Através desta lista, uma célula fica a conhecer rapidamente quais são as células existentes na sua vizinhança, facilitando os processos de mobilidade como o handover. No LTE esta informação é ainda mais importante, pois devido à arquitetura desta rede, os handovers ocorrem principalmente entre enb, sem interferência direta de um controlador ou dispositivo central. Nesta tecnologia, este processo é facilitado com a existência da função Automatic Neighbour Relationship (ANR), que permite uma atualização automática da lista de vizinhas de cada célula. Esta função está presente em cada enb, fazendo uma gestão ativa da lista de vizinhas desse mesmo enb. O ANR tem como principais fontes de informação, os UE que o enb está a servir, e os enb vizinhos. Quando solicitados pelos enb, os UE podem efetuar medições ao nível rádio na sua vizinhança e reportar essa mesma informação ao enb. Além disso, os enb vizinhos também enviam informação relativa à sua própria vizinhança através do protocolo X2. As principais funções do ANR passam pela criação e adição de relações de vizinhança, através da análise da informação dos UE e/ou dos enb vizinhos, e pela gestão destas relações, removendo as que sejam consideradas obsoletas. Além disso, o ANR é responsável também pela sincronização com o servidor do operador, fazendo com que este tenha sempre conhecimento sobre quaisquer alterações na lista de vizinhas. A ativação e utilização desta função não impossibilita também que a qualquer momento, o operador possa fazer a gestão das relações de vizinhança de uma célula, adicionando ou removendo elementos da lista. Desta forma, por cada célula existe uma tabela, gerida pelo ANR, que contém as 21

42 células que de acordo com determinados parâmetros, são consideradas vizinhas. O estabelecimento de uma relação de vizinhança, permite a uma célula armazenar vários parâmetros e identificadores sobre as suas células vizinhas, destacando-se [6]: A ativação/desativação de features; O tipo de célula e o respetivo enb Identifier; Tracking Area Code (TAC), que é um parâmetro de rede, indicativo da localização do enb. Public Land Mobile Network Identifier (PLMN ID), que é um identificador da rede em que está inserido o enb. Physical Cell Identifier (PCI), é o principal identificador de uma célula e a sua distribuição pela rede deve cumprir determinadas regras. A obtenção de um PCI, é feita através da expressão, Em que: PCI PSS 3 SSS (2.6) PSS é o Primary Synchronization Signal, com valores possíveis de 0, 1 e 2; SSS, é o Secondary Synchronization Signal, com valores entre 0 e 167. Desta forma, existem no máximo 504 valores possíveis para o PCI. 22

43 Capítulo 3 LTE radio network planning 3 LTE radio network planning Neste capítulo são descritas as ferramentas de planeamento utilizadas pela Alcatel-Lucent. Descrevem-se as suas principais características e os inputs necessários para a sua utilização. Apresentam-se também os diversos critérios de validação de cobertura para o projeto em estudo. 23

44 24

45 3.1 Introdução A introdução do LTE nas redes móveis de todo o planeta é a resposta natural dos operadores às necessidades dos utilizadores. A introdução desta tecnologia pode ser feita de duas formas: através da introdução num ambiente onde não existe nenhuma rede móvel, ou pode ser feita a atualização numa rede de 2G/3G, utilizando-a como base para o LTE, sendo denominado de swap. Este trabalho acompanha um projeto da Alcatel-Lucent, onde é proposta a realização de um swap de dois operadores móveis. Estes estão localizados em três países da Escandinávia, nomeadamente Noruega (operador A), Suécia e Dinamarca (operador B). O objetivo do projeto passa pela atualização da rede atual em CDMA450 para uma rede LTE na banda dos 450 MHz (LTE 450) e, adicionalmente, disponibilizar EB nas bandas dos 800 MHz (LTE 800) e 1800 MHz (LTE 1800). Para a execução de um swap, numa rede e num ambiente com a dimensão do projeto em causa, é necessário e importante a definição de etapas e objetivos a serem cumpridos ao longo da execução projeto. Desta forma, são definidas de uma forma geral, três fases [16]: 1. Preparação é a fase inicial do projeto, onde são definidos e validados principalmente todos os procedimentos a executar e os valores a atingir pelos Key Performance Indicators (KPI). Além disso, é feita uma análise de RNP, permitindo fazer uma primeira avaliação ao estado global da rede. 2. Validação onde são realizados os primeiros testes no terreno. Num primeiro momento são analisados apenas quatro ou cinco enb, sendo aplicados a estes, todos os procedimentos de testes e de validação definidos na fase anterior. Posteriormente, o processo repete-se, mas para um cluster teste (com cerca de vinte enb), de forma a validar todos os procedimentos. 3. Execução é a última fase do projeto e a de maior duração. Nesta fase é realizado gradualmente o swap em toda a rede, sendo necessário que sejam cumpridos todos os procedimentos estabelecidos no ponto 1 e validados no ponto 2. Após a integração dos enb é feita a otimização da rede de acordo com os resultados obtidos e com as exigências do cliente. O processo de RNP assume especial importância na fase de preparação, pois é através do mesmo que se obtém uma visão geral do estado da rede. A análise mais relevante é feita recorrendo à utilização de ferramentas específicas de planeamento, que através de um conjunto de entradas (dados geográficos, equipamentos) permitem obter uma predição dos diversos indicadores de rede. Estes resultados são apresentados, quer estatisticamente, quer graficamente, e tornam possível a identificação de diversos problemas como zonas com falhas de cobertura ou com elevado ruído. Além da componente de simulação e predição, o RNP engloba também o planeamento ao nível de lista de células vizinhas e de PCI. 25

46 Nas fases de validação e execução, as tarefas de RNP englobam também a análise de falhas detetadas pelas equipas de monitorização e consequente otimização da rede existente. Para a resolução das falhas, as soluções habituais passam pelo ajuste dos enb em análise ou pela introdução de novos sites. 3.2 Descrição das ferramentas Num processo de planeamento rádio, independentemente da tecnologia utilizada, o recurso a ferramentas informáticas é cada vez mais indispensável. A utilização destes materiais permite um planeamento mais rápido e eficiente, sendo que para as tecnologias mais recentes como o LTE, são indispensáveis. Descrevem-se nesta secção, a ferramenta de Link Budget, e o principal software de simulação utilizado pela ALU, o 9955 RNP Ferramenta de link budget O link budget é um processo que tem como objetivo avaliar, no contexto de projeto, o valor expectável de alcance de uma célula para garantir um determinado serviço nos limites da célula. O link budget tem por base o cálculo do Maximum Allowable Path Loss (MAPL), entre o equipamento do utilizador e o equipamento do enb. Assim, através de métodos e modelos de propagação, é avaliado o alcance de cada célula para os diversos serviços. O cálculo do link budget na Alcatel-Lucent é feito recorrendo uma ferramenta interna, própria para o efeito. Para a obtenção de resultados com esta ferramenta são necessários diversos dados de entrada, nomeadamente [17]: A densidade de sites por área, que para o caso do swap, obtém-se através dos dados da rede anterior. A adição de novos sites não é considerada no link budget; Requisitos ao nível de taxa de transmissão de dados nos limites da célula; As bandas de frequências utilizadas na rede LTE a ser implementada, e as larguras de banda, que como referido anteriormente, são os 450 MHz/5 MHz, 800 MHz/10 MHz e 1800 MHz/20 MHz; O nível de penetração de cobertura no interior de edifícios; Equipamentos de rede utilizados, principalmente do emissor, mas também as características de um recetor generalizado. Os resultados desta ferramenta podem ser apresentados de diversas formas. Podem referir qual o valor necessário de sinal para que um serviço esteja disponível nos limites da célula, podendo também apresentar o alcance da célula, em quilómetros. Esta informação, permite igualmente avaliar se o número de sites é suficiente para cumprir os objetivos propostos ao nível de cobertura para uma determinada área em análise. 26

47 Alguns parâmetros do utilizador e da rede seguem recomendações da 3GPP, sendo noutros casos, valores generalizados e utilizados pela ALU, neste tipo de simulações. Na tabela 3 são apresentadas algumas destas grandezas. Tabela 3.1 Parâmetros definidos para o link budget [17] [18]. Equipamento do utilizador Potência de saída [dbm] 23 Ganho da antena [dbi] 0 Perdas de utilizador [db] 3 Parâmetros do enb Banda de frequências 3GPP band 31 LTE 450 3GPP band 20 LTE 800 3GPP band 03 LTE 1800 Fator de ruído [db] < 2.4 Margem de interferência [db] Perdas de penetração (Urbano) [db] Perdas de penetração (Interior suburbano) [db] Ganho da antena [dbi] O link budget é calculado inicialmente, tal como em anteriores tecnologias, tendo em consideração um cenário limitativo ao nível de UL. Os fatores que contribuem para este cenário podem ser os procedimentos de estabelecimento de ligação ou as taxas de dados necessárias para um serviço do utilizador. Para o cálculo do MAPL é necessário obter o valor de sensibilidade do enb. A sensibilidade de receção do enb tem como base de cálculo, os estudos de SINR, sendo este valor obtido a partir da expressão geral: P SINR (3.1) I N Em que: SINR : é o Signal to Interference plus Noise Ratio; P : é o valor recebido de potência do sinal; I : é o valor de interferência dos restantes sinais; N : é o valor de ruído térmico. 27

48 Que se traduz na expressão, SINR P ( I N) (3.2) db dbm dbm A partir da expressão (3.2), e adequando-a ao estudo de link budget, obtém-se a sensibilidade através da expressão, Sensibilidade SINR 10 Log ( F N N W ) (3.3) dbm PUSCH _ db 10 enb th RB( UL) RB Em que: SINR PUSCH _ db : valor de SINR no Physical Uplink Shared Channel (PUSCH), necessário para um determinado serviço, em db; F enb : fator de ruído; N th : densidade de potência espectral de ruído térmico; N RB( UL) : número de Resource Blocks (RB), necessários para uma determinada taxa de UL de um dado serviço; W RB : largura de banda de um RB, que para este caso é de 180 KHz. Sendo conhecido o valor da sensibilidade do enb, definem-se as restantes margens, ganhos e perdas, de modo a efetuar-se o cálculo final do MAPL, obtido através da expressão, MAPL P Ganho Perdas Ganho Perdas ( UL) db MaxTX _ PUSCH dbm TxdBi TxdB RxdBi TxdB Perdas Margem Sensibilidade Margem CorpoUEdB PenetraçãodB dbm IoTdB Margem Ganho Ganho ShadowingdB HOdB FSSdB (3.4) Em que: P MaxTX _ PUSCH dbm : potência máxima transmitida pelo utilizador em PUSCH; Ganho Tx dbi Perdas Tx db Ganho Rx dbi Perdas Rx db : ganho da antena do enb; : atenuação total no percurso de transmissão; : ganho da antena do recetor; : total de perdas no percurso de receção; Perdas CorpoUE : atenuação devido ao corpo do utilizador para todos os serviços; Margem Penetração db : perdas de penetração para o interior; Sensibilidade dbm : sensibilidade do enb por serviço; 28

49 Margem IoT db Margem Shadowing db Ganho HO db Ganho FSS db : margem de interferência; : desvanecimento lento; : ganho devido à seleção de best server; : ganho devido à seleção da frequência. Obtidos os valores de MAPL e sendo conhecida a potência do emissor, através do percurso inverso calcula-se quais os níveis de RSRP para que o UE alcance um determinado serviço nos limites da célula. Na tabela 4 apresentam-se os níveis para cada banda, que permitem atingir os diversos serviços nos limites da célula, tendo sido obtidos através da ferramenta de link budget. Os valores apresentados correspondem à taxa do serviço, em que por exemplo, PS 64, é um serviço de packet switch a 64 kbps. Assim para a obtenção de um serviço a 512 kbps, utilizando a banda dos 450 MHz, é necessário que se tenha um valor mínimo de Reference Signal Received Power (RSRP) de dbm. Tabela 3.2 Resultados obtidos no link budget, por serviço e banda. Serviço no limite da célula LTE 450 [dbm] LTE 800 [dbm] LTE 1800 [dbm] PS PS PS PS PS PS PS Software 9955 RNP O principal software de planeamento utilizado pela Alcatel-Lucent é uma ferramenta própria, denominada de 9955 RNP. Este programa possuí um ambiente de trabalho que combina capacidade com flexibilidade. Oferece de uma forma agradável para o utilizador, um conjunto integrado de ferramentas que permite a criação e definição de um projeto de planeamento rádio numa única aplicação. As capacidades de planeamento da ferramenta abrangem as diversas tecnologias rádio com o 2G, 3G e o LTE [19]. O software 9955 RNP necessita de diversos parâmetros de entrada, onde se destacam os parâmetros físicos da rede em estudo e os parâmetros específicos da tecnologia utilizada, que serão detalhados em secções seguintes. As opções de simulação utilizadas com maior frequência passam pelo cálculo de previsões de cobertura e ruído, geração de relações de vizinhança e verificação de 29

50 codificação, que para o LTE, são os PCI. Os resultados obtidos permitem normalmente uma análise gráfica completa, a exportação para outras ferramentas (Google Earth, TEMS) ou a simples análise numérica e estatística. A experiência de utilização é agradável e intuitiva para o utilizador, sendo a principal janela de trabalho a representação sobre o mapa, como se pode verificar no ponto 1 da figura 3.1. O acesso aos sites, estações de base, células e configurações da rede, faz-se pelo bloco à esquerda identificado com o número 2. Nesse mesmo espaço também é possível gerar e selecionar predições dos diversos indicadores, como por exemplo de cobertura ou ruído. Os diversos dados geográficos e a definição de zonas cálculo faz-se através do bloco número 3. Este workspace é totalmente configurável, podendo ser estruturado de acordo com a preferência do utilizador. A análise ao perfil de terreno e aos valores obtidos num determinado ponto do terreno, são apresentados na parte inferior da janela, identificada na figura com o número Figura 3.1 Área de trabalho da ferramenta 9955 RNP [20]. 3.3 Inputs Nesta secção descrevem-se os diversos inputs necessários para a obtenção de resultados com a ferramenta 9955 RNP. As principais bases de trabalho são os dados geográficos, o posicionamento e configuração física das estações de base e o tipo de equipamentos utilizados na rede. 30

51 3.3.1 Dados geográficos Num projeto de planeamento, as bases de dados geográficas são essenciais, principalmente as bases de dados do terreno e as bases de dados ambientais. Neste relatório foram objeto de análise duas áreas diferentes, a zona 1 e zona 2, exemplificando-se assim os distintos tipos de ambiente que foram encontrados na execução deste projeto. A zona 1 corresponde a um ambiente maioritariamente urbano, próximo do oceano e com um relevo moderadamente acidentado nas áreas exteriores. Por outro lado, na zona 2, pretende-se analisar um ambiente maioritariamente rural e com um relevo extremamente acidentado. A zona 1 corresponde a uma área de 137 km 2, enquanto que a zona 2 tem uma área de 3382 km 2. De seguida, apresentamse os dados geográficos necessários, bem como a caracterização dos mesmos para as zonas em estudo Digital terrain model As bases de dados do terreno, DTM, contêm essencialmente a altura em relação ao nível do mar, para todas as posições da área geográfica em análise. Para este trabalho utilizou-se bases de dados com uma resolução de 25 m. A sua visualização na ferramenta de planeamento é apresentada nas figuras 3.2 e 3.3. Observa-se, assim, que a zona 1 possuí um relevo pouco acentuado, existindo apenas algumas zonas montanhosas a Norte. Na zona 2, verifica-se a existência de um relevo extremamente acentuado, habitual para um ambiente rural. Figura 3.2 Representação dos DTM para a zona 1 [20]. 31

52 Figura Representação dos DTM para a zona 2 [20] Clutter classes A distribuição geográfica dos diversos ambientes é dada pelos clutter classes. Nas figuras 3.4 e 3.5 estão representadas as duas zonas que são objeto de análise, estando caracterizados 15 tipos de diferentes ambientes. A cada um destes ambientes é associado um valor de propagação e de atenuação. Com a introdução desta informação, as simulações efetuadas atingem valores mais próximos dos valores existentes no terreno. Adicionalmente, permite identificar zonas e pontos de interesse, como por exemplo áreas urbanas ou industriais. Na tabela 5 apresenta-se a percentagem de cada ambiente para as zonas em análise. Verifica-se que para a zona 1, o ambiente predominante é o urbano, e para a zona 2 são a floresta e a agricultura. Figura 3.4 Representação dos clutter classes da zona 1 [20]. 32

53 Figura Representação dos clutter classes da zona 2 [20]. Tabela 3.3 Distribuição dos clutter classes pelas zonas 1 e 2. Clutter classes Zona 1 Zona 2 Área (km 2 ) Percentagem Área (km 2 ) Percentagem Espaço aberto Oceano Rio Lago Agricultura Pântano Floresta Edifícios Urbanos Construção Edifícios densos Indústria Pedreira Aeroporto Pedreira Zona desportiva

54 Vetores A nível geográfico, além dos dados apresentados, foram também adicionados à ferramenta diversos vetores. Neste caso são dados inseridos pelo utilizador de forma opcional, que não têm nenhuma influência nas previsões calculadas pela ferramenta. Como se pode observar pela figura 3.6, os vetores permitem adicionar elementos como estradas, fronteiras, limites dos clusters, rios, zonas habitacionais, etc. Figura 3.6 Representação de vetores de estradas e lagos [20] Antenas Nas zonas em análise são utilizados 10 diferentes modelos de antenas. No geral apresentam ganhos variáveis entre 12 dbi e 18.3 dbi, com aberturas horizontais entre 62 e 68, e verticais entre 5 e As frequências, como seria de esperar, estão dentro da gama de bandas utilizadas no projeto, ou seja, 450 MHz, 800 MHz e 1800 MHz. No anexo A.2 detalham-se as configurações das diversas antenas utilizadas na rede em estudo. A utilização de uma gama tão vasta de antenas deve-se a vários motivos, técnicos e ambientais, mas principalmente à utilização da rede da geração anterior já existente, que permite a partilha das antenas, originando assim esta diversidade. A utilização de três bandas diferentes, associada à grande dimensão do projeto, e ao facto de existirem diversos ambientes diferentes, com situações características, exigem também a utilização de equipamentos específicos. Por exemplo, para a banda dos 1800 MHz, utilizada essencialmente 34

55 para fazer o offload de tráfego, verifica-se que as antenas destas estações de base possuem uma maior diretividade. Na tabela 6 representa-se os diagramas de radiação de dois modelos de antenas, sendo o primeiro (A) na banda dos 450 MHz e o segundo(h) na banda dos 1800 MHz. Observa-se que o modelo H caracteriza-se principalmente por uma menor abertura vertical, o que provoca uma diminuição no alcance da célula, mas que não é uma prioridade na utilização desta banda. Destacase também que há uma diminuição do ganho das antenas, quando há uma diminuição da banda em utilização. Tem-se assim ganhos mais pequenos para a banda dos 450 MHz, e valores mais elevados para a banda dos 1800 MHz. Estas diferenças ocorrem devido a limitações no design das antenas. A diminuição da banda da antena implica um aumento do comprimento de onda, tendo como consequência um aumento da superfície da antena. Desta forma, para manter os equipamentos com dimensões aceitáveis, o ganho para a banda dos 450 MHz é inferior às restantes bandas. Tabela 3.4 Diagramas de radiação horizontal e vertical, para as antenas A e H [20]. Modelo Horizontal Vertical A H Modelos de propagação De modo a que as predições efetuadas pelo 9955 RNP estejam muito próximas da realidade, é necessário que os modelos de propagação utilizados estejam perfeitamente adaptados ao ambiente em estudo. Além de modelos aperfeiçoados ao longo do tempo pela ALU, são utilizadas também medições efetuadas no terreno, que permitem ajustar o modelo à realidade. 35

56 Para este trabalho estabeleceu-se que deveria ser utilizado o modelo SPM, obtido através da expressão, L K K log( d) K log( h ) K Difloss K log( d) log( h ) SPM EB 4 5 K ( h ) K log( h ) K f ( clutter) 6 UE 7 UE clutter EB (3.5) Onde, K 1 : constante de offset, em db; d : distância entre o emissor e o recetor, em metros; K 2 : fator multiplicativo de log( d ) ; h EB : altura efetiva da antena do emissor, em metros; 3 K : fator multiplicativo de log( H ) ; Txeff Difloss : perdas devido à difração num percurso com obstáculos, em db; K 4 : fator multiplicativo de Difloss ; 5 K : fator multiplicativo de log( d) log( H Txeff ), h UE : altura efetiva da antena do recetor, em metros; K 6 : fator multiplicativo de 7 H Rxeff ; K : fator multiplicativo de log( H ) ; Rxeff f ( clutter ): valor médio de perdas por clutter; K clutter : fator multiplicativo de f ( clutter ). Todos estes parâmetros são configuráveis, e dessa forma, adaptou-se este modelo para os diversos ambientes presentes neste projeto e para as várias bandas utilizadas. Em relação aos tipos de ambientes encontrados, definiu-se duas possibilidades, o suburbano/rural (SU/R) e o denso urbano/urbano (DU/U). A utilização do modelo DU/U ocorreu apenas nas grandes cidades, sendo por isso a sua utilização muito inferior quando comparada com o SU/R. Em relação às áreas estudadas, na zona 1 o modelo DU/U é utilizado em todos os sites, enquanto que na zona 2, apenas foi aplicado em 5 dos 13 sites. No anexo A.1 apresentam-se as configurações utilizadas para cada um dos modelos, nas diversas bandas possíveis. Verifica-se que na mudança do ambiente DU/U para o SU/R, há um aumento da constante K 1 e diminuição de K 2. Estas alterações provocam no ambiente SU/R, um aumento do offset e uma diminuição das perdas com o aumento da distância, quando comparado com o DU/U. Este comportamento justifica-se pelo facto de no ambiente rural haver uma menor atenuação dos sinais transmitidos, sendo possível uma propagação até maiores distâncias. 36

57 Em relação às alterações entre as diversas bandas, verifica-se que com o aumento das frequências, há uma diminuição da constante K 1 e um aumento de K 2. Estas alterações refletem o facto de que as frequências mais elevadas possuem um alcance de propagação inferior. Para uma melhor adaptação dos modelos à realidade, ajustaram-se as perdas por clutter classe à banda utilizados. No anexo A.2 apresentam-se os valores de perdas por classe de clutter para todos os modelos de propagação utilizados. Assim, para o mesmo ambiente, o aumento das frequências implicou um aumento das perdas nas diversas classes. Entre os ambientes DU/U e SU/R, as modificações passaram essencialmente pela redução das perdas na classe de espaço livre, devido à maior propagação no ambiente SU/R. Note-se que os valores apresentados no anexo, referem-se ao ajuste em relação ao valor padrão do modelo de propagação para as diversas clutter classes Posicionamento e configurações de rede Como referido anteriormente, o projeto em análise é de grande dimensão. Para o país alvo de estudo, tem-se no total 552 sites e 1908 EB nas diversas bandas utilizadas. Na tabela 3.5 apresenta-se o número de equipamentos para as áreas analisadas detalhadamente neste projeto. Como era expectável, as EB na banda dos 450 MHz são dominantes, sendo aproximadamente 70% de toda a rede. No sentido oposto, a utilização da banda dos 1800 MHz é, nesta fase, residual, pois é utilizada apenas nas grandes cidades e para realizar o offload de tráfego. Tabela 3.5 Distribuição de sites e estações de base por banda. Sites Estações de base (por banda) LTE 450 LTE 800 LTE 1800 Zona Zona Total do país A Verifica-se que a densidade de sites é claramente superior na zona 1, onde existem diversos sites que possuem duas e até três EB de bandas diferentes. Assim a zona 1 é composta por 29 sites, que suportam um total de 130 EB, dispersas por uma área com 137 km 2. A zona 2, que cobre uma área de 3382 km 2, possuí apenas 13 sites, que possuem no total 44 EB. A introdução de sites no projeto ocorre de forma simples, podendo ser feita a importação desde tabelas em formato Excel. Para os sites é apenas obrigatória a introdução do nome, latitude, longitude, podendo ser adicionados outros parâmetros, que caso não sejam definidos, assumem valores padrão. Apenas após a adição dos sites, é possível introduzir as estações de base. Nesta tabela da ferramenta, são inseridas todas as EB de cada site. É necessário definir diversos parâmetros como 37

58 por exemplo, a antena utilizada, altura dos mastros, azimutes, tilt mecânico, modelo de propagação a utilizar, etc. Na secção células são definidos os restantes parâmetros das EB, como por exemplo a banda de frequências utilizada, PCI, potência máxima, utilização de diversidade ou a carga máxima de tráfego. Existem diversos parâmetros que se configuraram da mesma forma para todas as células, independentemente da sua localização ou banda. Na tabela 8 apresentam-se alguns valores que são globais a todo o projeto. Os dados de terreno inserido na ferramenta permitem a utilização de uma definição de 50 m para efeitos de simulação. Dado o alcance teórico expectável das EBs, definiu-se como raio de cálculo o valor de 100 km, de forma a compreender o seu alcance e possíveis interações com células vizinhas. As células possuem uma potência máxima de 45.8 dbm, assumindo-se para efeitos de simulação uma carga máxima de tráfego para UL e DL de 50%. Além disso, e como será detalhado no capítulo 4, cada célula possui um limite de 32 células vizinhas. Em relação ao tipo de diversidade, assume-se que para o DL, a célula possui SU-MIMO (Single User MIMO) e que no UL o recetor possui diversidade. Tabela 3.6 Parâmetros configurados no 9955 RNP, gerais aos vários equipamentos. Parâmetro Valor Resolução [m] 50 Raio de cálculo [km] 100 Potência máxima da célula [dbm] 45.8 Carga máxima de tráfego (UL/DL) [%] 50 Número máximo de células vizinhas, por célula Diversidade no DL Diversidade no UL Tipo de equipamento de receção 32 SU-MIMO Diversidade no recetor LTE FDD enode-b 38

59 3.4 Critérios de validação da cobertura rádio Para a validação da cobertura rádio do projeto, é necessário definir um conjunto de indicadores a avaliar e quais os níveis a serem atingidos. Assim tem-se como objeto de análise, os seguintes indicadores: RSRP - Reference Signal Received Power: o o É o principal parâmetro na análise de cobertura, correspondendo ao nível de potência recebida do sinal de referência. Os níveis foram definidos através do link budget, sendo diferenciados para a banda de frequências em utilização. Esta escala garante os valores mínimos para atingir os diversos serviços (PS 64 ao PS 1024) nos limites da célula. No processo de RNP estes valores assumem especial importância, sendo eles os principais thresholds e indicadores da qualidade da rede. Dado que diferentes bandas de frequências, possuem diferentes atenuações e diferentes suscetibilidades às interferências, são determinados valores específicos para as diversas bandas utilizadas. RSRQ - Reference Signal Received Quality: o o O RSRQ é um parâmetro que está também diretamente associado à cobertura, sendo calculado a partir da divisão do RSRP pela totalidade da potência recebida. Para a validação deste indicador, foi definido que o RSRQ no DL terá de possuir um valor igual ou superior a db, para uma carga na célula de 50%. RS SINR Reference Signal, Signal to Interference plus Noise Ratio: o o Este indicador permite analisar a qualidade do sinal, sendo obtido através da expressão (3.1). Como nível de validação foi definido que o valor de RS SINR terá de ser superior ou igual a -2 db, para uma carga na célula de 50%. Overlap 4 db: o o A predição de Overlap 4dB, avalia a receção de um UE na área em análise. É verificado se em relação à melhor célula (best server), são recebidos outros sinais, com uma diferença máxima de 4 db. Como requisitos para este indicador, foi definido que a percentagem de área com quatro ou mais servidores tem de ser inferior a 2%, e a área com dois servidores tem de ser inferior a 35%. 39

60 Overlap 10 db: o o É um indicador semelhante ao apresentado anteriormente, sendo que a diferença de potência para o best server é de até 10 db. Dada a maior diferença, o número de servidores também é superior, sendo o limite definido para um mínimo de 7 servidores. O objetivo para este critério é que a percentagem de área com sete ou mais servidores seja inferior a 2%. As áreas onde estes critérios apresentados previamente não sejam cumpridos, devem ser analisadas, avaliando a possibilidade de serem otimizados os tilts e/ou azimutes. Em situações menor cobertura, a possibilidade de adição de novos sites deve ser ponderada. 40

61 Capítulo 4 Análise de resultados e otimização rádio 4 Análise de resultados e otimização rádio Neste capítulo apresentam-se os resultados obtidos com a ferramenta de simulação para as áreas em estudo. Inicialmente descrevem-se as diversas técnicas de otimização rádio. É feita uma análise ao estado da rede, procedendo à otimização, recorrendo às técnicas descritas. Apresentam-se os procedimentos para a elaboração de um plano de PCI e de vizinhanças. Analisa-se a introdução de sites, considerando a distribuição geográfica de utilizadores. O capítulo termina com a análise de um caso prático, onde são comparadas as soluções de melhoria de cobertura: a otimização e a introdução de novos sites. 41

62 42

63 4.1 Técnicas de otimização rádio Num processo de RNP recorre-se a diversas técnicas para analisar e otimizar uma rede móvel. Nas subsecções seguintes analisam-se as diversas técnicas e métodos que através da informação fornecida pela ferramenta de planeamento permitem uma deteção de falhas e uma melhoria da qualidade da rede Verificação de cobertura Através do indicador RSRP é feita uma análise à estimativa de cobertura, permitindo identificar zonas com possíveis falhas ou até sem cobertura. A predição para este indicador é obtida através do software de simulação. Esta análise é feita por banda de frequências, e utiliza os níveis estabelecidos nos critérios para validação da cobertura rádio. A análise é feita graficamente, através da identificação das zonas com falta de cobertura. São sobrepostas as predições de RSRP, os DTM e um vetor com zonas prioritárias para garantir a cobertura, que habitualmente são áreas habitacionais Ajuste de tilt elétrico e mecânico A adição ou remoção de tilt elétrico e/ou mecânico é um dos principais métodos de otimização rádio, permitindo corrigir e melhorar a cobertura do sinal de uma rede móvel. Através do ajuste destes parâmetros, consegue-se direcionar a energia para as zonas de interesse, oferecendo melhores níveis de sinal. A utilização de tilt elétrico ou mecânico, com valores muito altos ou demasiado baixos, possui um comportamento semelhante para ambos os métodos ao nível da cobertura. Na figura 4.1 representa-se, para a mesma célula, a predição de cobertura, para um nível de -80 dbm, mas aplicando três diferentes valores de tilt elétrico. Introduziram-se valores de 0, 5 e 10, identificados na figura 4.1. Esta simulação foi executada num ambiente plano, sem nenhum tipo de obstáculo e utilizando uma EB com uma altitude de 30 m. Através da análise desta figura, observa-se que o alcance de uma célula está totalmente depende do valor de tilt aplicado. Nestas condições, a aplicação de um tilt de 10 permite um alcance de aproximadamente 2 km, enquanto que um tilt de 0, permite atingir cerca de 4.5 km, com o nível de -80 dbm. Comprova-se desta forma, que o correto ajuste do tilt elétrico é um fator determinante para um correto planeamento móvel. Tilt eléctrico = 0 Tilt eléctrico = 5 Tilt eléctrico = 10 Figura 4.1 Comparação da cobertura com a aplicação de diferentes valores de tilt [20]. 43

64 Para a obtenção do valor recomendado de tilt a implementar, é necessária a utilização do método apresentado no anexo D. No entanto, este método produz apenas uma estimativa dos valores que podem ser utilizados como tilt. Esta análise deve ser efetuada, tendo sempre em conta quais os pontos de interesse ao nível de cobertura (cidades, aldeias), e está dependente da altura da antena e da orografia do terreno em que está a ser implementada a EB. Devido a este diferente impacto, nas situações com uma orografia acidentada e com um declive acentuado, a utilização de EB com uma configuração do tipo umbrella permite uma otimização da cobertura. Este tipo de configuração tem por base a introdução de um valor negativo de tilt mecânico, conjugado com um valor positivo de tilt elétrico. Na tabela 4.1 apresenta-se uma comparação, entre a configuração habitual de tilt elétrico e tilt mecânico, e a implementação de uma configuração do tipo umbrella. A imagem a) corresponde à aplicação exclusiva de tilt mecânico, verificando-se uma dispersão da energia pelas zonas laterais, e a existência de um lóbulo traseiro considerável. Na imagem b) apresenta-se a aplicação de apenas tilt elétrico, observando-se uma maior concentração da energia na zona central, bem com a redução dos lóbulos de sentido oposto à propagação. A configuração do tipo umbrella, que se representa na imagem c), demonstra como esta solução permite uma enorme redução da radiação no sentido oposto à propagação (lóbulo traseiro). Tem-se assim uma redução das interferências junto à EB e uma definição mais exata de qual é a célula best server. Tabela 4.1 Resultados da aplicação de diferentes configurações de tilt [20]. a) Tilt elétrico = 0 Tilt mecânico = 8 b) Tilt elétrico = 8 Tilt mecânico = 0 c) Tilt elétrico = 14 Tilt mecânico = -6 44

65 4.1.3 Verificação de overshooting O fenómeno do overshooting ocorre com muita frequência nas redes móveis e pode reduzir de forma drástica a qualidade de uma rede, em especial a zona em que ocorre. O overshooting consiste na existência de diversas zonas em que uma célula é dominante (best server), mas que está fora da sua área normal de cobertura. É provocado principalmente por antenas localizadas em zonas mais altas e com tilts mais baixos, mas também devido a reflexões no meio ambiente. Este fenómeno provoca uma enorme degradação na qualidade do sinal, pois além do aumento da interferência nas células vizinhas, provoca também o aumento dos handovers. Na imagem 4.2 apresentam-se diversos exemplos de overshooting. As três situações identificadas possuem diferentes origens. A situação 1 é causada pelo Site_035, a situação 2 tem origem no Site_356, e o overshooting da situação 3, ocorre devido ao Site_345. Figura 4.2 Exemplificação de situações de overshooting [20]. Neste projeto a verificação da ocorrência deste fenómeno é feita através da predição de best server, que possui o mesmo formato da figura 4.1. Esta predição permite analisar a cobertura por emissor, onde estão representadas as manchas de cobertura, identificando qual é o emissor dominante nessa área (best server). A análise permite detetar diversas situações que são prejudiciais para a qualidade da rede como o overshooting, a existência de células vizinhas dominantes ou o excesso de downtilt. 45

66 4.1.4 Alteração da banda de frequências A utilização neste projeto de três diferentes bandas de frequências permite que a alteração da banda de frequências utilizada seja uma solução adequada para alguns problemas de cobertura e/ou interferência. No ambiente representado na figura 4.3, através da predição de best server é possível verificar que a EB_007 é sempre dominante na área envolvente, dado que geograficamente está localizada numa altura muito superior. Na sua vizinhança existe a EB_554, que localiza-se num vale e tem como objetivo cobrir a zona habitacional aí existente. Verifica-se também que nesta área as células funcionam apenas na banda dos 450 MHz. Assim, a alteração da EB_554 para a banda dos 800 MHz é uma solução que pode ser feita sem causar impacto na cobertura da banda de 800 MHz, permitindo a redução de interferências na banda dos 450 MHz. Figura 4.3 Exemplo de alteração da banda de frequências [20]. Caso a situação anterior ocorre-se numa zona coberta tanto pela banda dos 450 MHz como pela banda dos 800 MHz, a solução poderia passar pela alteração da EB do Site_554 para os 1800 MHz. Apesar de habitualmente esta banda ser utilizada para efetuar o offload de tráfego, a sua utilização em zonas habitacionais, em que o alcance de cobertura pode ser inferior, é uma solução viável. 46

67 4.2 Análise de resultados Para analisar as predições obtidas com recurso à ferramenta de planeamento, é necessário avaliar a gama de valores de diversos parâmetros e executar alguns procedimentos. Os critérios a serem cumpridos foram apresentados na secção 3.4. A sua análise será feita por fases, sendo inicialmente analisado apenas o RSRP, de seguida o best server e por fim os restantes indicadores. Foram aplicadas as técnicas de otimização apresentadas na secção 4.1, de forma a corrigir os problemas que foram detetados. Foram sujeitas a análise, as zonas 1 e 2, apresentadas na secção Análise de cobertura A predição do nível de RSRP da zona 1, para a banda de LTE 450, está representada na figura 4.4. Para as zonas de interesse (com ligeiro sombreado), detetou-se três zonas com falhas de cobertura, assinaladas com circunferências a amarelo. A cobertura da área é apresentada estatisticamente na tabela 4.2. Verifica-se que estatisticamente os resultados são globalmente bons, existindo uma cobertura do serviço PS 512 em 99.2% da área da zona 1, que corresponde a km Figura 4.4 Predição de RSRP para a zona 1, no LTE 450 [20]. 47

68 Tabela 4.2 Resultados de RSRP para a zona 1, no LTE 450. RSRP Outdoor LTE 450 Superfície (km²) Percentagem de área (%) PS 1024 RSRP >= dbm PS 768 RSRP >= dbm PS 512 RSRP >= dbm PS 384 RSRP >= dbm PS 256 RSRP >= dbm PS 128 RSRP >= dbm PS 64 RSRP >= dbm As predições para a banda do LTE 800 estão representadas na figura 4.5 e as zonas com falhas foram igualmente identificadas. Apresenta-se na tabela 4.3 as percentagens de cobertura de cada serviço para a banda do LTE 800. Observa-se que a cobertura nesta banda é globalmente boa, sendo atingido o serviço de PS 512 em 93.5% da área total Figura 4.5 Predição de RSRP para a zona 1, no LTE 800 [20]. 48

69 Tabela Resultados de RSRP para a zona 1, no LTE 800. RSRP Outdoor LTE 800 Superfície (km²) Percentagem de área (%) PS 1024 RSRP >= -101,83 dbm PS 768 RSRP >= -102,8 dbm PS 512 RSRP >=-104,0 dbm PS 384 RSRP >=-104,97 dbm PS 256 RSRP >=-106,39 dbm PS 128 RSRP >=-108,6 dbm PS 64 RSRP >=-110,7 dbm A predição de cobertura para o LTE 1800 está representada na figura 4.6. A identificação de zonas com falha foi analisada apenas para o LTE 800, pois a banda do LTE 1800, é utilizada residualmente e apenas em zonas com maior tráfego. A sua análise estatística também foi evitada, pois a maioria da zona em estudo não possuí células nesta banda. Figura 4.6 Predição de RSRP para a zona 1, no LTE 1800 [20]. Sobrepondo e analisando as predições para o LTE 450 e LTE 800, verifica-se que apenas as zonas número 1 e 5 são comuns a ambas as bandas, constituindo assim uma situação de falha de 49

70 cobertura, representada em detalhe na figura 4.7. Inicialmente verificou-se qual seria o site que deveria dar cobertura à zona em falta, concluindo-se que o indicado era o Site_082, como se observa na figura 4.7. Figura 4.7 Identificação de célula responsável pela cobertura da zona de falha [20]. Através da análise do perfil de terreno, apresentado na figura 4.8, e com o método descrito no anexo D, obteve-se o valor recomendado de tilt a ser utilizado, devendo este ser entre 5 e 7. Figura 4.8 Perfil de terreno entre a EB emissora e a zona de falha [20]. Dado que o valor de tilt mecânico implementado no terreno é de 11, verifica-se que estamos na presença de uma situação de excessivo downtilt. Com a introdução do valor calculado analiticamente (tilt mecânico de 5 ), é visível através da figura 4.9, que existe uma melhoria acentuada da cobertura na zona em análise. 50

71 Figura 4.9 Predição de cobertura para a zona de falha, após a otimização [20]. Foi solicitada pelo cliente, uma análise à capacidade de cobertura indoor para as bandas do LTE 450 e LTE 800, sendo apresentada no anexo B.3. Estas predições utilizam as mesmas escalas do RSRP definidas para o exterior, mas têm em consideração as atenuações para o interior por clutter, apresentadas no anexo A.1. Estes valores são definidos de acordo com o tipo de clutter e variam de acordo com a frequência. Como seria previsível, observa-se uma redução na cobertura para todos os serviços, demonstrando a importância que o tipo de ambiente tem para o cálculo de predições de cobertura móvel. Efetuou-se a mesma análise de cobertura com base nos níveis de RSRP para a zona 2. Aplicou-se o mesmo procedimento e são apresentadas as simulações gráficas e os valores estatísticos no anexo B Análise de best server As predições de best server das bandas LTE 450 e LTE 800 para a zona 1, estão representadas nas figuras 4.10 e 4.11, respetivamente. Detetou-se diversas situações de overshooting, sendo assinaladas algumas nas respetivas figuras. 51

72 Figura 4.10 Predição de best server para a zona 1, no LTE 450 [20] Figura Predição de best server para a zona 1, no LTE 800 [20]. 52

73 Após a análise das diversas zonas assinaladas, identificou-se as seguintes situações: 1. Overshooting devido à utilização de valores muito baixos de tilt nas células que deviam cobrir esses espaços áreas 2 e 4; 2. Overshooting causado pelo facto de as células utilizarem valores elevados de tilt e/ou estarem localizadas em pontos altos do terreno áreas 3 e 8; 3. Overshooting provocado por falta de cobertura, fazendo com que células mais distantes sejam as dominantes áreas 6, 7, 9 e 10; 4. Overshooting provocado tanto pela falta de cobertura, bem como pela existência de características no meio favoráveis ao aparecimento deste fenómeno, como por exemplo, rio, montanhas ou vales áreas 1 e 5; Apenas as zonas enquadradas nas situações 1 e 2 são consideradas prioritárias, sendo necessário desta forma proceder à sua correção e otimização. Com a aplicação das diversas técnicas apresentadas na secção 4.1, em especial as de ajustamento de titl e de verificação de overshooting conseguiu-se corrigir os problemas detetados. Os únicos parâmetros que foram sujeitos a avaliação e alteração foram os tilts. Quando possível, optou-se preferencialmente pela modificação do tilt elétrico, pois implica custos inferiores para o cliente. As alterações aplicadas estão detalhadas na tabela do anexo B4, com os ajustes aplicados a variar entre 1 e 6. Na figura 4.12 apresenta-se a predição de best server para o LTE 450, e observa-se que os problemas identificados com os números 2 e 4, na figura 4.11, foram corrigidos. Figura 4.12 Predição de best server para a zona 1, no LTE 450, após otimização [20]. 53

74 A predição de best server, para o LTE 800, após a introdução das alterações é apresentada na figura 4.13, confirmando a correção do problema identificado anteriormente com o número 8. Figura 4.13 Predição de best server para a zona 1, no LTE 800, após otimização [20]. Em relação ao LTE 1800 na zona 1, como a densidade de EB nesta banda é baixa, a ocorrência de situações de overshooting é igualmente baixa Apresenta-se no anexo B.5, a análise de best server para a zona 1, no LTE Este mesmo procedimento foi aplicado à zona 2, recorrendo-se da mesma forma às diversas técnicas apresentadas na secção Análise dos restantes indicadores Posteriormente à análise de cobertura e de best server, são verificados os resultados dos diversos KPI apresentados na secção 3.4, confirmando se estes cumprem os níveis estabelecidos para garantir a qualidade do sinal. De notar que estas simulações referem-se ao estado da rede sem a introdução de modificações. Apresenta-se na tabela 4.4 os resultados obtidos para este conjunto de KPI, necessários para a validação da cobertura das zonas em análise. No anexo B apresentam-se também os valores detalhados de cada KPI, bem como as representações gráficas dos mesmos, para a diversas bandas e para as duas áreas em estudo. 54

75 Na zona 1 para o LTE 450, verifica-se que os níveis de RSRQ e SINR, para os critérios estabelecidos, possuem valores de 98.1% e 96.4%. A zona em estudo possui um ambiente diversificado, possuindo na sua constituição 10% de oceano e 22.4% de floresta. Dado que estas zonas, salvo raras exceções, são áreas sem interesse de cobertura, podem-se validar os indicadores RSRQ e SINR para a zona 1 e na referida banda. Em relação aos indicadores de overlapping para a zona 1, verifica-se que tanto para os 10 db como para os 4 db, os valores obtidos encontram-se acima do nível de validação. Como referido anteriormente, o ambiente diverso da zona em estudo, implica uma diminuição na qualidade dos resultados obtidos. Analisando as representações gráficas destes dois indicadores, apresentadas no anexo B.6, verifica-se que as zonas com maior overlapping são essencialmente a Norte, sendo esta zona identificada nos clutter classes como floresta. Por esse motivo a densidade de células nesta área é inferior, e com as condições ambientais a imporem uma maior atenuação, a qualidade do sinal diminui, não existindo uma clara definição das células dominantes. Este conjunto de fatores origina um aumento do overlapping, pois passam a existir um conjunto de células, oferecendo níveis semelhantes de sinal naquela área. Desta forma, apesar de estatisticamente não serem atingidos os valores especificados na secção 3.4, considerando os motivos apresentados, validam-se os KPI relativos ao overlapping para a zona 1 na banda do LTE 450. Assim, valida-se a cobertura para a zona 1, pois apenas é necessário que estes indicadores sejam cumpridos numa das bandas que oferece cobertura para a zona em estudo. Contudo, para confirmar a qualidade da cobertura da banda do LTE 800, efetuou-se uma análise aos mesmos indicadores nesta banda. Na zona 1, para a banda do LTE 800, as EB encontram-se distribuídas principalmente pelas áreas centrais. Por esse motivo, e tendo em consideração que o alcance de propagação desta banda é inferior ao LTE 450, existe uma menor cobertura nas áreas a norte (floresta) e a sul (oceano). Isto foi confirmado anteriormente na figura 4.5, ao serem observadas falhas ao nível de RSRP nessas zonas. A esta menor cobertura, está associada uma degradação grave destes indicadores, sendo esse o motivo para apenas serem atingidos os 88.6% e 83.8% de cobertura para o critério de RSRQ e SINR, respetivamente. Em relação à análise de overlapping, os valores obtidos são extremamente elevados. Recorrendo novamente à representação gráfica destes KPI apresentadas nos anexos B.6, observase que a predominância das zonas com mais servidores, são as mesmas onde se verificava a existência de falhas de cobertura. Tal como para a banda do LTE 450, o facto não haver uma célula dominante nestas áreas, estando a zona coberta por sinais de diferentes células com níveis semelhantes, provoca uma degradação destes indicadores. Apesar dos motivos apresentados para a degradação dos KPI, esta análise não permite validar a cobertura para a banda do LTE 800. Seria assim necessária uma análise detalhada e restrita às zonas com EB nesta banda, excluindo as áreas de montanha e o oceano. Na secção observou-se que a zona 2 está inserida num ambiente rural, com diversas áreas montanhosas (33.2% de floresta), diversos lagos (11%), e uma baixa densidade de sites. As predições de cobertura apresentadas no anexo B.1, mostram claramente a existência de diversas 55

76 falhas graves na cobertura em zonas de montanha. Sendo os indicadores calculados para a globalidade do espaço, é necessário avaliar o impacto sobre as áreas de interesse. Para a banda do LTE 450 observa-se que os níveis de RSRQ e SINR possuem valores muito próximos dos requisitos exigidos. Em relação aos indicadores de overlapping, observam-se valores altos, mas que devem-se principalmente às falhas de cobertura explicadas anteriormente. Analisando a representação gráfica destes indicadores apresentada no anexo B.7, e sobrepondo com as áreas de interesse da zona 2, valida-se a cobertura nesta área para a banda do LTE 450. Para a banda do LTE 800, que está presente em apenas 6 sites nesta zona, a análise aos indicadores segue o raciocínio apresentado para a outra banda. De realçar que os baixos valores de overlapping devem-se ao facto de existirem poucas EB. Assim, para uma correta validação da cobertura na banda do LTE 800, tal como para a zona 1, seria necessário um estudo limitado às áreas cobertas por células nesta banda de frequências. Tabela 4.4 Resultados obtidos nos diversos KPI para ambas as zonas. KPI Percentagem de área de acordo com o objetivo Zona 1 Zona 2 Nome Objetivo LTE 450 LTE 800 LTE 450 LTE 800 RSRQ (db) SINR (db) Overlapping 10 db (%) Overlapping 4 db (%) 100% com RSRQ >= % com SINR >=-2 Área com 7 servidores < 2% Área com 4 servidores < 2% Área com 2 servidores < 35% Note-se que a banda do LTE 1800, presente na zona 1, não foi apresentada nesta tabela devido à sua baixa densidade na área em estudo, o que iria originar resultados não fidedignos. Tal como noutras situações, para uma correta validação, seria necessária uma análise detalhada e restringida às zonas onde estavam presentes EB nesta banda. 56

77 4.3 Plano de physical cell identifiers Devido à sua importância para o correto funcionamento de uma rede LTE, o plano de PCI deve ser elaborado de forma rigorosa. É necessário que seja feita uma distribuição tendo em conta toda a rede do projeto e possíveis redes vizinhas. Um PCI é originado a partir do PSS e do SSS, através da expressão (2.6). Como foi referido na secção 2.10, os PCI que podem ser utilizados numa rede móvel, estão limitados ao intervalo 0 a 503. Este projeto ao englobar duas redes de diferentes operadores, em três países diferentes na mesma frequência, exigiu a limitação da utilização de PCI nos diversos países, efetuando-se uma divisão da totalidade dos PCI, pelos diferentes países e fronteiras. Na figura 4.14, está exemplificada uma hipotética distribuição de PCI para uma situação com dois países. Para evitar possíveis repetições na utilização desta numeração, é criada uma zona de fronteira, representada a amarelo na figura. Garante-se assim que os PCI utilizados no país A, sejam também utilizados no país B, mas com uma distância suficiente para evitar possíveis interferências. No exemplo, para o país B, é demonstrada também a possibilidade de haver uma gama de PCI reservados para futuras expansões (neste caso de 0 a 62). País A País B Figura 4.14 Esquema de distribuição de PCI por dois países. Para gerar os PCI utilizou-se uma ferramenta incluída no software de planeamento 9955 RNP da ALU. É necessário definir o domínio de PCI a utilizar, a estratégia de alocação de SSS e a distância de reutilização. Devido às diversas restrições e aos diferentes domínios de alocação de acordo com a posição geográfica, foi necessária a execução da ferramenta isoladamente para cada região. Para a alocação do SSS, foi estabelecido que estes seriam iguais para as células da mesma EB. Em relação à distância de reutilização, utilizou-se inicialmente o valor de 200 km. De forma a otimizar a alocação de PCI, reduziu-se gradualmente a distância de reutilização, até verificar-se uma situação com a ocorrência de colisões, como é indicado no diagrama de blocos da figura Assim, obteve-se a solução mais eficiente relativamente à reutilização de PCI. Após este processo iterativo, conseguiu-se fazer uma alocação de PCI sem colisões, para todas as áreas, com a utilização de uma distância de reutilização de 160 km. 57

78 Distância inicial de reutilização(200 km) Sem colisões Alocação de PCI no 9955 RNP Com colisões Reduzir distância de reutilização Utilizar distância anterior e gerar plano final de PCI Figura 4.15 Processo de otimização da alocação de PCI na ferramenta 9955 RNP. 4.4 Plano de vizinhanças O plano de vizinhas é um importante auxiliar nas operações de mobilidade como o handover. No projeto em análise, foi necessária a elaboração de um plano de vizinhanças inicial. Posteriormente a rede irá gerir esta informação através do ANR. Foi utilizada como base, a lista de vizinhanças da rede da geração anterior. Com auxílio do programa 9955 RNP da ALU, realizou-se uma análise a esta lista, verificando se eram cumpridas as seguintes regras: Cada célula pode ter um valor máximo de 32 relações de vizinhança, por cada banda; Todas as células pertencentes ao mesmo enb, mesmo de bandas diferentes, devem ser consideradas vizinhas; As células que estiverem dentro de um raio de 10 km devem ser incluídas na lista; Não devem existir células com listas vazias; Todas as ligações estabelecidas devem ser simétricas, ou seja, se a célula A é vizinha de B, B é também vizinha de A. A utilização de ferramentas de planeamento para a análise e verificação do cumprimento das regras apresentadas anteriormente é essencial. A lista completa de vizinhas para toda a rede, assumindo que é composta por aproximadamente 1900 células, atinge facilmente as relações de vizinhança. A título de exemplo, apresenta-se graficamente na figura 4.16 as relações de vizinhança de apenas uma célula na zona em estudo. 58

79 Figura 4.16 Relações de vizinhança de uma célula [20]. 4.5 habitantes Introdução de novos sites considerando o número de A distribuição dos utilizadores pelo ambiente, é um fator determinante na definição da quantidade e da localização de novos sites a serem introduzidos na rede móvel. Desta forma, para uma determinada área da rede, avaliou-se a predição de RSRP, identificando as zonas com possíveis falhas de cobertura. De notar que a escala de RSRP utilizada nesta análise difere das anteriores, pois nesta fase do projeto, e de forma a conciliar análises de diferentes equipas, utilizou-se estes quatro níveis. O primeiro nível (RSRP=-98 dbm), corresponde a um valor que teoricamente garante cobertura para os diversos serviços numa zona indoor. O segundo nível (RSRP=-102 dbm) é o nível de aceitação aplicado nos drive-tests, sendo por isso um indicador de referência. Os restantes dois níveis permitem identificar a gravidade das falhas ao nível de cobertura, em que o nível de -119 dbm indica uma falha grave. Na figura 4.17 apresentam-se as predições de RSRP e assinalam-se as localidades coincidentes com as falhas de cobertura. Verifica-se a existência de problemas de cobertura em duas grandes áreas, contêndo cada uma diversas zonas habitacionais. 59

80 Figura 4.17 Predição de RSRP e identificação das localidades com falhas [20]. Para avaliar o impacto das falhas na população alvo, avaliou-se quais as localidades com maior número de habitantes e consequentemente com maior impacto na rede. As diversas zonas estão numeradas na figura anterior, e o seu número de habitantes é detalhado na tabela 4.5. Tabela 4.5 Número de habitantes por cidade/aldeia. Cidade / Aldeia Número de habitantes Restantes localidades Total Dada a existência de um número equiparável de habitantes no conjunto A e B, conclui-se, assim, que é necessária uma melhoria na cobertura de ambas as zonas. Estando estas duas áreas separadas por uma grande distância, e em espaços opostos, é necessária a introdução de dois novos sites. A 60

81 localização destes novos equipamentos ocorrerá preferencialmente dentro das zonas A e B, permitindo uma melhoria substancial da cobertura nessas áreas. Para efeitos de simulação, definiu-se a localização dos novos sites através da determinação do ponto mais alto e central de cada área sujeita a melhoria. Considerou-se que estes novos sites possuíam os valores padrão de altura para esta região (58 m) e utilizavam os equipamentos habituais da rede. Ajustaram-se os azimutes dos novos sites, de forma a direcionar as EB para as zonas requeridas, mas avaliando o nível de SINR de forma a manter a qualidade do sinal. O facto de algumas células estarem direcionadas para outras já existentes, aumenta o risco de surgirem zonas com maior nível de interferência. Este risco foi reduzido com o aumento do tilt elétrico nas células já existentes e configuradas na direção destes novos sites, permitindo manter a estabilidade da rede ao nível de interferência. Utilizaram-se para estes novos sites valores de tilt entre 0 e 2, pois pretendia-se aumentar o alcance do sinal. As configurações físicas das EB são apresentadas na tabela 4.6, apresentando-se também as ligeiras correções de tilt, introduzidas no Site_001 e Site_003. Na figura 4.18 apresenta-se graficamente a predição de RSRP após a introdução de dois novos sites, e os resultados estatísticos estão presentes na tabela 4.7 Tabela 4.6 Parâmetros físicos das EB, com os valores da otimização. Site Estação de base Altura do mastro (m) Azimute ( ) Tilt mecânico ( ) Tilt elétrico ( ) Site_001A para 1 Site_001 Site_001B Site_001C Site_002A Site_002 Site_002B Site_002C Site_003A Site_003 Site_003B para 2 Site_003C Novo_Site_1A Novo_Site_1 Novo_Site_1B Novo_Site_1C Novo_Site_2A Novo_Site_2 Novo_Site_2B Novo_Site_2C

82 N Site_1 Site_2 1 1 Novos sites 2 Site_3 Figura 4.18 Predição de RSRP, após a introdução de dois novos sites [20]. Tabela 4.7 Resultados da predição de RSRP, antes e após a otimização. Nível de cobertura RSRP (dbm) Superfície (km²) Estado inicial Percentagem de área (%) Após introdução de novos sites Superfície (km²) Percentagem de área (%) -98 2, , , , , , , , Os níveis de SINR antes e após a após a introdução dos novos sites, são apresentados nas figuras 4.19 e 4.20, respetivamente. As estatísticas deste indicador estão detalhadas na tabela 4.8. Verifica-se que há uma ligeira degradação no SINR após a introdução destes novos sites. Esta diminuição no SINR era expectável, pois a introdução de novos sites implica também a criação de novas fronteiras entre células, originando novas zonas de interferência. Apesar disso, a qualidade da zona em análise mantém dentro dos valores exigidos pelo cliente, com o nível de SINR superior a -2 db para praticamente toda a região. 62

83 Figura 4.19 Predição de SINR, antes da otimização [20]. Figura 4.20 Predição de SINR, após a introdução de novos sites [20]. Ao nível de população, a introdução destes novos sites, cobrindo as diversas localidades identificadas na figura 4.17, permite que cerca de 5351 habitantes possuam uma melhoria na cobertura de sinal. Conclui-se assim, que a introdução destes novos 2 sites permite uma melhoria para 20% da população da área em estudo. 63

84 Tabela 4.8 Resultados de SINR, antes e após a introdução de novos sites. Nível de SINR (db) Superfície (km²) Estado inicial Percentagem de área (%) Após introdução de novos sites Superfície (km²) Percentagem de área (%) RS C/(I+N) >= RS C/(I+N) >= RS C/(I+N) >= RS C/(I+N) >= RS C/(I+N) >= RS C/(I+N) >= sites Caso de estudo: otimização versus introdução de novos Durante um projeto de planeamento de uma rede móvel, diversas fases e procedimentos são adotados. Após o swap, com a integração das novas estações de base, é necessário que sejam efetuados testes no terreno. O seguinte caso de estudo surge durante esta fase. Foi instalado um ponto fixo de testes, semelhante a um utilizador comum, numa zona que se pretendia oferecer cobertura móvel, identificado na figura 4.21 como IMSI, em referência ao International Mobile Subscriber Identity. A área de interesse é a margem de um lago com dimensões consideráveis, onde estava instalado o dispositivo de teste. Ao serem coletados dados nesse ponto, verificou-se que o mesmo efetuava diversos handovers diariamente (chegando a valores na ordem nos 200 handovers por dia). Sendo este um ponto fixo, a ocorrência de handovers deveria acontecer muito ocasionalmente. Foi solicitado assim, que fosse efetuado um estudo ao nível de RNP, verificando o estado atual, detetando os motivos para as falhas e sugerindo possíveis soluções Estado inicial da zona em análise Para analisar o estado inicial da rede, efetuou-se uma análise ao nível de RSRP, SINR e best server. Estas predições foram calculadas considerando a existência das perdas indoor por clutter. Pretende-se assim recriar um ambiente mais próximo da situação real, na medida em que o equipamento de teste se encontrava num ambiente indoor. 64

85 Na figura 4.21 apresenta-se a predição de RSRP, verificando-se que na proximidade do IMSI, a cobertura tem globalmente um nível máximo de -110 dbm. Além deste baixo valor de RSRP, a análise de best server apresentada na figura 4.22 permite verificar que não existe uma célula que seja totalmente dominante na zona de interesse. Esta indefinição e alternância entre células dominantes provoca um aumento do número de handovers, causando instabilidade e consequentemente uma redução no QoS. Adicionalmente, apresenta-se no anexo C.1 a predição de SINR para esta mesma área, e que será importante em análises posteriores. Figura 4.21 Predição inicial de RSRP para o caso de estudo [20]. Figura 4.22 Predição inicial de best server, para o caso de estudo [20]. 65

86 Para compreender os motivos que provocavam os níveis baixos de cobertura, avaliou-se a capacidade que cada uma das células nas áreas adjacentes possuía, para oferecer cobertura ao IMSI. Na zona onde se localiza o IMSI, existem três células capazes de dar cobertura, identificadas por a), b) e c) na figura Na figura 4.24 representam-se as secções de terreno entre essas células e o IMSI. Observa-se que a célula a) encontra-se a uma distância superior a 23 km e que possui um obstáculo de grandes dimensões a cerca de 2 km da EB. A célula b) apesar de estar localizada numa altura considerável, supeior a 1000 m, possui diversos obstáculos no percurso de propagação, impossibilitam a correcta coberta da zona em estudo. A distância à EB também contribui para uma menor recepção de sinal no IMSI. A célula c) apesar de estar mais próxima da EB, também possuí um obstáculo na linha de vista. Além disso, a orografia do terreno não permite que esta célula forneça cobertura em zonas a norte do IMSI. Figura 4.23 Células com possibilidade de cobertura na zona de falha [20]. 66

87 a) b) c) Figura Perfis de terreno para as células a), b) e c) que cobrem o IMSI [20] Soluções possíveis A análise efetuada na secção anterior, confirma a existência de situações que diminuem a qualidade da rede, como o baixo valor de RSRP, podendo ser o motivo do número excessivo de handovers. Para a correção destes problemas, existem essencialmente duas abordagens possíveis: Efetuar-se uma otimização nos sites já existentes, ajustando os parâmetros físicos como a altura dos mastros, o azimute e o tilt. Introduzir novos sites nas zonas de interesse, com possíveis alterações nos sites existentes para evitar colisões com os novos equipamentos Otimização dos sites existentes Efetuaram-se algumas alterações no conjunto de células identificadas e analisadas na secção anterior, como responsáveis pela cobertura na zona em análise. Estas mudanças passaram pela aplicação de algumas técnicas referidas na secção 4.1, como o ajuste do tilt mecânico, e pela alteração dos azimutes e das alturas dos mastros. Na tabela 4.9 apresentam-se os valores dos parâmetros físicos das estações de base a), b) e c), antes e após a otimização. 67

88 Tabela 4.9 Alterações físicas aplicadas na solução de otimização. Estação de base Altura do mastro (m) Azimute ( ) Tilt mecânico ( ) Antes Depois Antes Depois Antes Depois a) b) c) Como seria expectável, as alterações mais relevantes ocorrem na célula c), pois é a que está mais próxima e possuí uma menor obstrução pelo terreno. A solução passa pelo aumento do mastro da antena para os 35 m, um ajuste no azimute de 40 e um aumento do tilt mecânico, que em parte deve-se ao aumento da altura do mastro. Na figura 4.25 apresenta-se a predição de RSRP após a implementação das alterações na rede, sendo visíveis algumas melhorias na área de interesse. No anexo C.2 apresentam-se as predições de SINR e de best server, que mostram apenas ligeiras diferenças nas previsões, quando comparadas com o estado inicial. Figura 4.25 Predição de RSRP após a otimização da rede [20]. 68

89 Introdução de novos sites Como já foi referido, a solução alternativa à otimização, é a introdução de novos sites. Para a área em estudo, dado o seu formato e dimensões, concluiu-se que apenas era necessária a introdução de um novo site com dois setores. Determinou-se que a localização deste novo equipamento deveria ser na margem do lago oposta ao IMSI, num ponto relativamente alto. A localização de novos equipamentos está sempre dependente da análise feita no terreno, estudando a viabilidade da sua implementação. As configurações físicas deste novo site estão detalhadas na tabela Tabela 4.10 Configurações físicas dos novos sites a serem introduzidos. Site Estação de base Altura do mastro (m) Azimute ( ) Tilt mecânico ( ) Novo_Site Novo_Site A Novo_Site B A predição de RSRP após a introdução deste novo site, está apresentada na figura 4.26 e a análise de best server está representada na figura No anexo C.3 encontra-se representada a predição de SINR para esta nova situação. Figura 4.26 Predição de RSRP, após introdução de novos sites [20]. 69

90 Figura 4.27 Predição de best server, após a introdução de novos sites [20] Comparação de melhorias introduzidas pelas soluções apresentadas Para determinar qual das opções detalhadas na secção anterior, induz na rede uma melhoria mais significativa, apresenta-se nas tabelas 4.11 e 4.12, os valores de RSRP e SINR de cada solução, comparando-os com os valores iniciais. Em relação aos níveis de cobertura RSRP, observa-se que através da otimização obtém-se uma pequena melhoria no nível mais elevado de RSRP, de aproximadamente 6.9% no total de área coberta. A introdução de um novo site, permite uma melhoria de 24.1% neste nível, e de 19.8% para o nível de -102 dbm. Tabela 4.11 Resultados de RSRP, após otimização e introdução de novos sites. Predição RSRP (dbm) Estado inicial Percentagem de área (%) Após otimização Após introdução de novo site RSRP >= RSRP >= RSRP >= RSRP >=

91 Verifica-se que ocorre uma melhoria significativa do SINR com a introdução de um novo site, destacando-se o nível de SINR superior a 8 db que passa de 19.8% para 56.6%. De realçar também que há uma duplicação da percentagem de área com SINR superior a 12 db, e que para praticamente toda a área em estudo (99.3%), o nível de SINR é superior a 0 db. Tabela 4.12 Resultados de SINR, após otimização e introdução de novos sites. Predição SINR (db) Estado inicial Percentagem de área (%) Após otimização Após introdução de novo site SINR >= SINR >= SINR >= SINR >= SINR >= Vantagens e desvantagens das soluções Com a análise dos resultados apresentados na secção anterior, verifica-se que a solução que permite uma melhoria relevante da qualidade do sinal, na zona de interesse, é a introdução de um novo site. Na figura 4.28 apresentam-se as principais vantagens e desvantagens de cada solução. Tabela 4.13 Comparação das vantagens e desvantagens de cada método. Vantagens Desvantagens Reduzida melhoria de QoS; Otimização dos sites existentes Custos económicos baixos; Implementação rápida. Possíveis limitações na alteração da altitude das antenas; Redução de cobertura nas áreas adjacentes. Introdução de um novo site Grande melhoria de QoS; Reduzido impacto nas células adjacentes. Custos económicos elevados; Implementação lenta. A introdução de um novo site permite um enorme aumento de QoS. Uma outra vantagem desta solução, relaciona-se com o facto da propagação deste novo site, estar confinada às margens do lago. A orografia do terreno isola assim este novo site, fazendo com que não haja impacto na 71

92 qualidade das EB já existentes. Com a adição deste novo site, criam-se zonas bem definidas em que cada uma das células é dominante, reduzindo assim a necessidade de handover. No entanto, a introdução de um novo site implica custos elevados e um tempo de implementação muito superior em comparação com a otimização de sites já lá existentes. Adicionalmente, pode também ser necessário realizar otimização física nos sites adjacentes já existentes, de forma a integrar os novos equipamentos sem detreorização da rede. A solução de otimização dos parâmetros físicos dos sites já existentes, tem como grande desvantagem, apresentar resultados muito inferiores à solução alternativa, havendo apenas uma ligeira melhoria ao nível de QoS. Através da análise às predições de RSRP e best server, verifica-se que apesar do ligeiro aumento dos níveis de cobertura (RSRP), continuam a não existir áreas homogéneas em que uma única célula seja dominante. No sentido oposto, a otimização física, tem como vantagem, a sua rápida implementação no terreno, e um baixo custo económico. É necessário também avaliar se existem limitações físicas e/ou ambientais que não permitam o aumento de 20 m na altura do mastro da antena da célula c). As alterações ao nível de azimute podem também influenciar a qualidade da rede, pois há uma melhoria da cobertura numa zona, mas em detrimento de outras. Observa-se assim, uma redução de cobertura nas áreas mais a sul do IMSI. Caso estas zonas sejam pontos de interesse, quer pela presença ou pela passagem de utilizadores, a implementação desta solução irá provocar falhas de cobertura, originando um novo problema. Em suma, ponderando as vantagens e desvantagens, caso não hajam fortes impedimentos a nível económico, a solução recomendada para a melhoria da qualidade de sinal na zona em análise, é a introdução de um novo site. 72

93 Capítulo 5 Conclusões 5 Conclusões Neste capítulo são descritas as principais conclusões obtidas após a realização deste trabalho. 73

94 74

95 A elaboração desta tese tinha como principais objetivos, a análise, compreensão e aperfeiçoamento das técnicas de planeamento rádio, para a tecnologia LTE. A base de trabalho foi um projeto da Alcatel-Lucent, que se encontra em desenvolvimento no norte da Europa. O projeto consistia na conversão de uma rede móvel em CDMA450 para LTE. A obtenção de conhecimentos técnicos sobre a tecnologia LTE, em especial sobre o planeamento rádio, e a análise aos diversos ambientes presentes nos países em estudo, foram objetivos totalmente atingidos. Neste relatório acompanhou-se as diversas tarefas atribuídas à equipa de RNP, ao longo das diferentes fases do projeto. Os procedimentos iniciais passaram pela aquisição e introdução das diversas bases de dados na ferramenta 9955 RNP. Efetuou-se uma análise à cobertura nos três países que constituíam a área de aplicação do projeto, identificando-se possíveis problemas. Com o desenvolvimento do projeto, foram solicitadas análises a áreas em específico, onde através de um conjunto de técnicas de otimização, estudou-se e comparou-se as diversas hipóteses de resolução para os problemas apresentados. No início deste relatório, nomeadamente no primeiro capítulo, apresentou-se as previsões de crescimento de tráfego nas redes móveis, sendo estas extremamente elevadas. Estima-se que este aumento atinja valores de 24.3 exabytes por mês, em Para acompanhar estas previsões é necessário continuar a desenvolver e a implementar soluções com a tecnologia LTE. Como atualmente apenas 40% da população mundial está coberta pelo LTE, conclui-se que no futuro haverá um aumento nos projetos de swap de 2G/3G para LTE. Sendo estes projetos cada vez mais recorrentes, a análise, estudo e desenvolvimento de técnicas de planeamento rádio, irá ganhar uma maior importância para as empresas com a ALU. No capítulo 2, explicou-se os diversos conceitos relativos à tecnologia LTE. Iniciou-se com a descrição dos diversos requisitos impostos pelo IEEE, que pretendiam responder às necessidades futuras das redes móveis. Apresentou-se a arquitetura da rede, destacando-se o facto de toda a rede passar a funcionar apenas em comutação de pacotes (all IP), permitindo assim uma compatibilidade e interoperabilidade entre diversos tipos de redes. Outro destaque passa pela simplificação da arquitetura de rede, onde se reduziu a quantidade de equipamentos, diminuindo a latência associada, e a integração de novas funções nos enb. Para esta evolução adotaram-se novas técnicas de acesso múltiplo, de modulação e de transmissão, bem como novos indicadores de QoS e QoE, que foram apresentados ao longo do capítulo 2. Para a obtenção de simulações, é importante a compreensão e a adaptação dos modelos de propagação ao ambiente em análise, sendo por isso apresentados nas secções finais deste capítulo os modelos de propagação originais. Com este conjunto de alterações, verifica-se que o LTE além das características atuais que consegue oferecer, apresenta uma arquitetura que permite ser uma importante base de desenvolvimento para tecnologias futuras. No capítulo 3 descreveu-se as ferramentas utilizadas no processo de RNP. Apresentou-se posteriormente os diversos inputs, como os dados geográficos ou configurações de rede, necessários para a elaboração de predições com o 9955 RNP. Concluiu-se que na utilização desta ferramenta, a qualidade das predições, depende fortemente da qualidade e do rigor dos diversos inputs. Na secção 75

96 final deste capítulo, são também apresentados os vários indicadores, e os respetivos critérios, necessários para a validação da cobertura, nomeadamente: RSRP Reference Signal Received Power, com valores estabelecidos no link budget; RSRQ Reference Signal Received Qualit, com RSRQ db em toda a área em análise; RS SINR Reference Signal, Signal to Interference plus Noise Ratio, em que RS SINR -2 db em toda a área; Overlap 4 db, em que a percentagem de área com quatro ou mais servidores tem de ser inferior a 2%, e a área com dois servidores inferior a 35%; Overlap 10 db: em que a percentagem de área com sete ou mais servidores tem de ser inferior a 2%. Alguns destes critérios foram definidos de acordo com as recomendações e valores padrão da ALU. No entanto os níveis definidos para o RSRP têm origem no cálculo do link budget. Como o RSRP é o principal indicador para a deteção de falhas de cobertura, conclui-se que os cálculos de link budget têm influência tanto numa fase inicial do projeto, mas também no decorrer do mesmo. No capítulo 4, apresentou-se os resultados obtidos com a ferramenta de planeamento, antes e após a introdução de modificações na rede. Descreveu-se inicialmente as diversas técnicas de otimização rádio: Verificação de cobertura recorrendo à predição de RSRP; Ajuste de tilt elétrico, mecânico ou a combinação de ambos; Verificação de overshooting; Alteração da banda de frequências. Na descrição da técnica relativa ao ajuste de tilt elétrico e mecânico, comparou-se a utilização independente de cada método, bem como a introdução da configuração do tipo umbrella. Esta configuração implica a aplicação de um valor negativo de tilt mecânico, compensado com um valor elevado de tilt elétrico. Concluiu-se que este método permite uma redução dos lóbulos traseiros do diagrama de radiação da antena, reduzindo-se desta forma possíveis interferências. Realça-se que qualquer técnica relativa ao ajuste de tilts apenas serve como indicação dos procedimentos a adotar, estando a configuração final muito dependente do ambiente em que a EB está inserida. Com os resultados obtidos pelo 9955 RNP, iniciou-se o estudo ao nível de cobertura com a análise da predição de RSRP para cada uma das bandas utilizadas, para a zona 1. Com a sobreposição da banda do LTE 450 e LTE 800, identificou-se apenas uma situação de falha de cobertura. Solucionou-se o problema através da aplicação das técnicas apresentadas anteriormente, tendo sido corrigida a falha detetada. Posteriormente procedeu-se à análise de best server, onde detetaram-se 76

97 diversas situações de overshooting. Recorreu-se novamente às técnicas de otimização apresentadas, que permitiram uma melhoria ao nível de cobertura e uma redução nas situações de overshooting. Concluiu-se que as técnicas apresentadas na primeira secção do capítulo 4, adaptam-se aos problemas citados anteriormente, afirmando-se com eficazes na resolução dos problemas apresentados pela rede. Na análise efetuada aos indicadores RSRQ, SINR, Overlapping 10 db e 4 db, verificou-se que a globalidade dos valores não cumpriam os valores estabelecidos para a validação da cobertura. No entanto, as zonas em estudo apresentavam grandes áreas sem interesse de cobertura, como oceanos e floresta, que representavam percentagens elevadas das zonas em análise. Desta forma, apesar dos critérios não serem atingidos, validou-se a cobertura com a banda do LTE 450, para ambas as zonas. Conclui-se que o estudo efetuado permite de uma forma global avaliar o estado da cobertura, contudo para a obtenção de valores mais rigorosos, seria necessário excluir as zonas sem interesse de cobertura. Ainda associado a esta fase de análise do projeto, elaborou-se um plano de PCI e de vizinhanças, onde se concluiu que apesar das ferramentas associadas ao 9955 RNP da ALU, o cálculo destes parâmetros não está totalmente automatizado. Apresentam-se também nas secções 4 e 5, do capítulo 4, estudos efetuados numa fase mais avançada do projeto, em que já tinha sido feita a integração dos sites no LTE. No primeiro estudo analisou-se a introdução de novos sites numa área da rede já otimizada. Primeiramente efetuou-se uma predição de RSRP, de forma a avaliar a cobertura rádio em toda a área em estudo. Através da sobreposição desta simulação com os vetores relativos às localidades existentes, identificou-se quais destas possuíam falhas de cobertura. Recorreu-se aos dados demográficos das localidades em causa, de forma a dar prioridade na melhoria de cobertura e auxiliar na seleção da localização dos novos sites. Após a introdução de dois novos sites, verificou-se um aumento global de cobertura, em cerca de 8% para o nível de RSRP a -98 dbm. Ao nível de população a beneficiar desta introdução, verificou-se que estes dois novos sites permitiam melhorar a qualidade de sinal para aproximadamente 20% da população da área em estudo. Concluiu-se desta forma, que a distribuição de utilizadores é um critério importante e deve ser considerado num processo de otimização rádio. A seleção da zona a ser coberta pelos novos sites, bem como a própria área onde é instalado o equipamento, são fatores determinantes para o aumento da área de cobertura. O capítulo 4 é terminado com um caso de estudo, solicitado por equipas presentes no terreno, que após a realização de drive-tests identificaram problemas na área em estudo. Inicialmente analisou-se o estado inicial da rede nessa área, identificando-se as EB capazes de fornecer cobertura. No entanto, a análise ao perfil de terreno mostrou a existência de diversos obstáculos, justificando os resultados obtidos nos testes de terreno e na ferramenta de simulação. Desta forma, verificou-se a necessidade de introdução de medidas corretivas na área em estudo, surgindo duas possibilidades. A otimização dos sites existentes na rede ou a introdução de novos sites. Através da otimização obtevese uma melhoria na cobertura com RSRP a -98 dbm, de aproximadamente 7%, comparativamente ao estado inicial. Por sua vez a introdução de um novo site permitiu melhorar em cerca de 24% a cobertura de RSRP a -98 dbm, para a área analisada. Concluiu-se que as melhorias induzidas pela 77

98 introdução de um novo site, são largamente superiores às melhorias obtidas através da otimização dos sites existentes. Assim, comprovando-se a existência de uma área relevante com falha de cobertura, e sendo economicamente possível, a solução de melhoria deve recair pela introdução de novos equipamentos. Atualmente, o projeto acompanhado neste relatório ainda se encontra em fase de desenvolvimento, ocorrendo a integração gradual do LTE nos diversos sites, dos três países. Desta forma, a análise de situações semelhantes à apresentada no caso de estudo da secção 4.6, ocorre com uma maior frequência. Em relação à perspetiva futura, com a finalização do swap nos diversos sites, e com a otimização desses mesmos sites, este tipo de estudos reduzir-se-á. No sentido oposto, após a integração e validação dos sites do swap, realizar-se-á com maior frequência estudos relativos à introdução de novos sites, tendo em vista a expansão da rede. Nas análises futuras deverá também ser avaliada a introdução de small-cells, especialmente em zonas urbanas, pois estas permitem a realização do offload de tráfego da rede macro, permitindo oferecer uma maior QoE aos utilizadores. 78

99 Anexo A Dados introduzidos na ferramenta 9955 RNP Anexo A. Dados introduzidos na ferramenta 9955 RNP Apresenta-se neste anexo alguns dados inseridos na ferramenta de planeamento 9955 RNP, como os modelos de propagação, dados geográficos ou configurações das antenas. 79

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101 A.1 Configurações dos modelos de propagação Nas tabelas seguintes apresentam-se as configurações dos modelos de propagação utilizados na ferramenta 9955 RNP, para as várias bandas e nos diversos ambientes. Na tabela A.5 apresentam-se as perdas para os espaços indoor (em db), por clutter classe, utilizadas no software de planeamento. Tabela A.1 Configurações do modelo SPM para o LTE 450. SPM Macro 2D DU/U MHz SPM Macro 2D SU/RU MHz Tabela A.2 Configurações do modelo SPM para o LTE 800. SPM Macro 2D DU/U MHz SPM Macro 2D SU/RU MHz 81

102 Tabela A.3 Configurações do modelo SPM para o LTE SPM Macro 2D DU/U MHz SPM Macro 2D SU/RU MHz Tabela A.4 Configurações dos parâmetros do modelo SPM relativos aos clutters. LTE 450/800 DU/U LTE 450/800 SU/RU LTE 1800 DU/U LTE 1800 SU/RU Espaço aberto Oceano Rio Lago Agricultura Pântano Floresta -2-4 Edifícios Urbanos Construção Edifícios densos 0 0 Indústria Pedreira Aeroporto Pedreira Zona desportiva

103 Tabela A.5 Perdas para os espaços indoor, por clutter classe. Nome Perdas para os espaços indoor (db) LTE 450 LTE 800 LTE 1800 Espaço aberto Oceano Rio Lago Agricultura Pântano Floresta Edifícios urbanos Construção Edifícios densos Indústria Pedreira Aeroporto Cemitério Zona desportiva A.2 Parâmetros das antenas utilizadas Na tabela seguinte apresentam-se as características das antenas utilizadas no projeto. Tabela A.6 Características das antenas utilizadas na ferramenta de planeamento [20]. Modelo da antena Ganho (dbi) Frequência (MHz) Horizontal Abertura ( ) Vertical A B C D E F G H I J

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105 Anexo B Resultados das simulações Anexo B. Resultados das simulações Apresenta-se neste anexo os resultados obtidos com a ferramenta de planeamento, para os diversos indicadores. As predições são apresentadas graficamente e estatisticamente. 85

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107 B.1 Predições de RSRP para a zona 2 Apresenta-se nesta secção graficamente e estatisticamente os resultados de RSRP para a zona 2, nas diversas bandas utilizadas: LTE 450 Figura B.1 Predição de RSRP para a zona 2, no LTE 450 [20]. Tabela B.1 Resultados de RSRP para a zona 2, no LTE 450. RSRP Outdoor LTE 450 Superfície (km²) Percentagem de área (%) PS 1024 RSRP >= dbm PS 768 RSRP >= dbm PS 512 RSRP >= dbm PS 384 RSRP >= dbm PS 256 RSRP >= dbm PS 128 RSRP >= dbm PS 64 RSRP >= dbm

108 LTE 800 Figura B.2 Predição de RSRP para a zona 2, no LTE 800 [20]. Tabela B.2 Resultados de RSRP para a zona 2, no LTE 800. RSRP Outdoor LTE 800 Superfície (km²) Percentagem de área (%) PS 1024 RSRP >= -101,83 dbm PS 768 RSRP >= -102,8 dbm PS 512 RSRP >=-104,0 dbm PS 384 RSRP >=-104,97 dbm PS 256 RSRP >=-106,39 dbm PS 128 RSRP >=-108,6 dbm PS 64 RSRP >=-110,7 dbm

109 B.2 Predições de best server para a zona 2 Nesta secção representam-se as predições de best server nas bandas do LTE 450 e do LTE 800 para a zona 2. Figura B.3 Predição de best server para a zona 2, no LTE 450 [20]. Figura B.4 Predição de best server para a zona 2, no LTE 800 [20]. 89

110 B.3 Predições de RSRP para espaços indoor Apresentam-se nesta secção as predições de RSRP para os espaços indoor nas bandas do LTE 450 e LTE 800, para a zona 1. LTE 450 Figura B.5 Predição de RSRP indoor para a zona 1, no LTE 450 [20]. Tabela B.3 Resultados de RSRP indoor para a zona 1, no LTE 450. RSRP Indoor LTE 450 Superfície (km²) Percentagem de área (%) PS 1024 RSRP >= dbm PS 768 RSRP >= dbm PS 512 RSRP >= dbm PS 384 RSRP >= dbm PS 256 RSRP >= dbm PS 128 RSRP >= dbm PS 64 RSRP >= dbm

111 LTE 800 Figura B.6 Predição de RSRP indoor para a zona 1, no LTE 800 [20]. Tabela B.4 Resultados de RSRP indoor para a zona 1, no LTE 800. RSRP Indoor LTE 800 Superfície (km²) Percentagem de área (%) PS 1024 RSRP >= -101,83 dbm PS 768 RSRP >= -102,8 dbm PS 512 RSRP >=-104,0 dbm PS 384 RSRP >=-104,97 dbm PS 256 RSRP >=-106,39 dbm PS 128 RSRP >=-108,6 dbm PS 64 RSRP >=-110,7 dbm

112 B.4 Modificações efetuadas na zona 1 Na tabela seguinte apresentam-se as diversas alterações efetuadas na zona 1, para reduzir os fenómenos de overshooting. Tabela B.5 - Modificações aplicadas na zona 1. Site Banda (MHz) Estação de base Altura do mastro (m) Azimute ( ) Tilt mecânico Tilt eléctrico Antes Depois Antes Depois Site_ Site_001_08MA Site_ Site_066_04MB Site_ Site_066_04MC Site_ Site_430_08MA Site_ Site_430_04MB Site_ Site_438_04MC Site_ Site_440_08MC Site_ Site_441_08MB Site_ Site_444_08MA Site_ Site_444_08MB Site_ Site_445_04MC Site_ Site_489_08MB Site_ Site_491_08MC Site_ Site_614_08MB

113 B.5 Predição de best server na banda LTE 1800 Figura B.7 Predição de best server para a zona 1, no LTE 1800 [20]. 93

114 B.6 RSRQ, SINR, Overlapping 4 e 10 db, para a zona 1 Nesta secção apresentam-se graficamente e estatisticamente, as predições de RSRQ, SINR e Overlapping 4 db e 10 db para a zona 1, no LTE 450 e LTE 800. Figura B.8 Predição de RSRQ para a zona 1, no LTE 450 [20]. Tabela B.6 Resultados de RSRQ para a zona 1, no LTE 450. RSRQ 50% carga LTE 450 Superfície (km²) Percentagem de área (%) RSRQ >= -10 db RSRQ >= -11 db RSRQ >= -12 db RSRQ >= -13 db RSRQ >= -14 db RSRQ >= -15 db RSRQ >= db RSRQ >= -16 db RSRQ >= -17 db RSRQ >= -18 db

115 Figura B.9 Predição de SINR para a zona 1, no LTE 450 [20]. Tabela B.7 Resultados de SINR para a zona 1, no LTE 450. RS SINR 50% carga LTE 450 Superfície (km²) Percentagem de área (%) RS SINR >= 28 db RS SINR >= 24 db RS SINR >= 20 db RS SINR >= 16 db RS SINR >= 12 db RS SINR >= 8 db RS SINR >= 4 db RS SINR >= 0 db RS SINR >= -2 db RS SINR >= -4 db RS SINR >= -6 db

116 Figura B.10 Predição de Overlapping 10 db para a zona 1, no LTE 450 [20]. Tabela B.8 Resultados do Overlapping 10 db para a zona 1, no LTE 450. Overlapping 10 db LTE 450 Superfície (km²) Percentagem de área (%) Número de servidores >= Número de servidores >= Número de servidores >= Número de servidores >= Número de servidores >= Número de servidores >= Número de servidores >=

117 Figura B.11 Predição de Overlapping 4 db para a zona 1, no LTE 450 [20]. Tabela B.9 Resultados de Overlapping 4 db para a zona 1, no LTE 450. Overlapping 4 db LTE 450 Superfície (km²) Percentagem de área (%) Número de servidores >= Número de servidores >= Número de servidores >= Número de servidores >=

118 Figura B.12 Predição de RSRQ para a zona 1, no LTE 800 [20]. Tabela B.10 Resultados de RSRQ para a zona 1, no LTE 800. RSRQ 50% carga LTE 800 Superfície (km²) Percentagem de área (%) RSRQ >= -10 db RSRQ >= -11 db RSRQ >= -12 db RSRQ >= -13 db RSRQ >= -14 db RSRQ >= -15 db RSRQ >= db RSRQ >= -16 db RSRQ >= -17 db RSRQ >= -18 db

119 Figura B.13 Predição de SINR para a zona 1, no LTE 800 [20]. Tabela B.11 Resultados de SINR para a zona 1, no LTE 800. RS SINR 50% carga LTE 800 Superfície (km²) Percentagem de área (%) RS SINR >= 28 db RS SINR >= 24 db RS SINR >= 20 db RS SINR >= 16 db RS SINR >= 12 db RS SINR >= 8 db RS SINR >= 4 db RS SINR >= 0 db RS SINR >= -2 db RS SINR >= -4 db RS SINR >= -6 db

120 Figura B.14 Predição de Overlapping 10 db para a zona 1, no LTE 800 [20]. Tabela B.12 Resultados do Overlapping 10 db para a zona 1, no LTE 800. Overlapping 10 db LTE 800 Superfície (km²) Percentagem de área (%) Número de servidores >= Número de servidores >= Número de servidores >= Número de servidores >= Número de servidores >= Número de servidores >= Número de servidores >=

121 Figura B.15 Predição de Overlapping 4 db para a zona 1, no LTE 800 [20]. Tabela B.13 Resultados de Overlapping 4 db para a zona 1, no LTE 800. Overlapping 4 db LTE 800 Superfície (km²) Percentagem de área (%) Número de servidores >= Número de servidores >= Número de servidores >= Número de servidores >=

122 B.7 RSRQ, SINR, Overlapping 4 e 10 db, para a zona 2 Nesta secção apresentam-se graficamente e estatisticamente, as predições de RSRQ, SINR e Overlapping 4 db e 10 db para a zona 2, no LTE 450 e LTE 800. Figura B.16 Predição de RSRQ para a zona 2, no LTE 450 [20]. Tabela B.14 Resultados de RSRQ para a zona 2, no LTE 450. RSRQ 50% carga LTE 450 Superfície (km²) Percentagem de área (%) RSRQ >= -10 db RSRQ >= -11 db 1, RSRQ >= -12 db 1, RSRQ >= -13 db 2, RSRQ >= -14 db 2, RSRQ >= -15 db 3, RSRQ >= db 3, RSRQ >= -16 db 3, RSRQ >= -17 db 3, RSRQ >= -18 db 3,

123 Figura B.17 Predição de SINR para a zona 2, no LTE 450 [20]. Tabela B.15 Resultados de SINR para a zona 2, no LTE 450. RS SINR 50% carga LTE 450 Superfície (km²) Percentagem de área (%) RS SINR >= 28 db RS SINR >= 24 db RS SINR >= 20 db RS SINR >= 16 db RS SINR >= 12 db RS SINR >= 8 db RS SINR >= 4 db 1, RS SINR >= 0 db 2, RS SINR >= -2 db 3, RS SINR >= -4 db 3, RS SINR >= -6 db 3,

124 Figura B.18 Predição de Overlapping 10 db para a zona 2, no LTE 450 [20]. Tabela B.16 Resultados do Overlapping 10 db para a zona 2, no LTE 450. Overlapping 10 db LTE 450 Superfície (km²) Percentagem de área (%) Número de servidores >= Número de servidores >= Número de servidores >= Número de servidores >= 4 1, Número de servidores >= 3 1, Número de servidores >= 2 2, Número de servidores >= 1 3,

125 Figura B.19 Predição de Overlapping 4 db para a zona 2, no LTE 450 [20]. Tabela B.17 Resultados de Overlapping 4 db para a zona 2, no LTE 450. Overlapping 4 db LTE 450 Superfície (km²) Percentagem de área (%) Número de servidores >= Número de servidores >= Número de servidores >= 2 1, Número de servidores >= 1 3,

126 Figura B.20 Predição de RSRQ para a zona 2, no LTE 800 [20]. Tabela B.18 Resultados de RSRQ para a zona 2, no LTE 800. RSRQ 50% carga LTE 800 Superfície (km²) Percentagem de área (%) RSRQ >= -10 db RSRQ >= -11 db 1, RSRQ >= -12 db 2, RSRQ >= -13 db 2, RSRQ >= -14 db 3, RSRQ >= -15 db 3, RSRQ >= db 3, RSRQ >= -16 db 3, RSRQ >= -17 db 3, RSRQ >= -18 db 3,

127 Figura B.21 Predição de SINR para a zona 2, no LTE 800 [20]. Tabela B.19 Resultados de SINR para a zona 2, no LTE 800. RS SINR 50% carga LTE 800 Superfície (km²) Percentagem de área (%) RS SINR >= 28 db RS SINR >= 24 db RS SINR >= 20 db RS SINR >= 16 db RS SINR >= 12 db RS SINR >= 8 db RS SINR >= 4 db 1, RS SINR >= 0 db 2, RS SINR >= -2 db 3, RS SINR >= -4 db 3, RS SINR >= -6 db 3,

128 Figura B.22 Predição de Overlapping 10 db para a zona 2, no LTE 800 [20]. Tabela B.20 Resultados do Overlapping 10 db para a zona 2, no LTE 800. Overlapping 10 db LTE 800 Superfície (km²) Percentagem de área (%) Número de servidores >= Número de servidores >= Número de servidores >= Número de servidores >= Número de servidores >= 3 1, Número de servidores >= 2 2, Número de servidores >= 1 3,

129 Figura B.23 Predição de Overlapping 4 db para a zona 2, no LTE 800 [20]. Tabela B.21 Resultados de Overlapping 4 db para a zona 2, no LTE 800. Overlapping 4 db LTE 800 Superfície (km²) Percentagem de área (%) Número de servidores >= Número de servidores >= Número de servidores >= 2 1, Número de servidores >= 1 3,

130 110

131 Anexo C Resultados do caso de estudo Anexo C. Resultados do caso de estudo Apresentam-se neste anexo as restantes predições gráficas para o caso de estudo apresentado no capítulo

132 112

133 C.1 Predição de SINR para o estado inicial Na figura C.1 apresenta-se a predição de SINR para o caso de estudo, sem modificações. Figura C.1 Predição de SINR para o caso de estudo no estado inicial [20]. C.2 Após optimização dos parâmetros físicos Nas figuras C.2 e C.3 apresentam-se respectivamente, as predições de best server e de SINR para o caso de estudo, após a optimização dos parâmetros físicos das EB já existentes. Figura C.2 Predição de best server após a otimização das EB já existentes [20]. 113

134 Figura C.3 Predição de SINR para o caso de estudo, após otimização [20]. C.3 Após introdução de novo site Na figura C.4 apresenta-se a predição de SINR para o caso de estudo, após a introdução de um novo site na área em análise. Figura C.4 Predição de SINR para o caso de estudo, após a introdução de novo site [20]. 114

135 Anexo D Método numérico para o cálculo de tilt Anexo D. Método numérico para o cálculo de tilt Apresenta-se neste anexo um método numérico que permite a obtenção de uma estimativa do valor de tilt a aplicar numa EB. 115

136 116

137 Para a obtenção da estimativa de valor de tilt recomendado a ser implementado numa EB, recorre-se à metodologia apresentada de seguida. Habitualmente, num processo de planeamento, são conhecidos os valores de altitude do terreno (no emissor e no recetor), a altura da antena, e a distância ao ponto de interesse, sendo desconhecido o ângulo da antena, que permite obter o valor de tilt. De forma a simplificar e para efeitos de cálculo, assume-se como valor de tilt, a soma das componentes eléctrica e mecânica. Numa situação em que o terreno é aproximadamente plano, para o cálculo do tilt, obtém-se o valor do ângulo da antena através da expressão, tilt 1 Altura do mastro tan Distância (D.1) A correspondência entre o valor obtido e o tilt é directa, no entanto é de necessário considerar que a aplicação de tilt elétrico e mecânico tem efeitos diferentes, podendo este valor alterar-se ligeiramente de acordo com o método aplicado. Caso as altitudes do terreno possuam diferenças acentuadas entre o emissor e a zona a cobrir, como é representado na figura D.1, é necessário considerar que a altura é a diferença entre ambos os valores. Altura do mastro tilt DTM_EB d DTM_UE Figura D.1 Esquema de cálculo de tilt. Desta forma, obtém-se o tilt pela expressão, tilt 1 Altura do mastro DTM _ EB - DTM _ UE tan d (D.2) 117