Puesta en servicio de una portadora nueva de LTE, en la banda de 850 MHz, para un operador de

telefonía móvil en Bogotá.

Ingeniero Electrónico. Gustavo Hernán Prado López.

Resumen

Este articulo pretende proponer una metodología desde el punto de vista de RF, para la puesta en
servicio de una portadora nueva de LTE, en la banda de 850 MHz, para un operador de telefonía
móvil en Bogotá. El mercado de telefonía móvil en Colombia y en el mundo crece constantemente
junto con la demanda de conectividad. Con el avance de las nuevas tecnologías y los usuarios cada
vez más ansiosos por explorarlas, se hace necesario explotar de la mejor forma el recurso mas
valioso en las telecomunicaciones inalámbricas, el espectro. Es por eso por lo que todos los
operadores a nivel mundial están invirtiendo en la adquisición de mayores espacios de este recurso
para sus nuevos despliegues y están realizando refarming que les permita aprovechar con
portadoras de ultima tecnología los espacios ya adquiridos.

Palabras Clave: Espectro, Portadora, Ancho De Banda.

INTRODUCCIÓN

La Agencia Nacional de Espectro es la entidad estatal colombiana encargada de regular las emisiones
radioeléctricas en Colombia. De acuerdo con la ANE, el espectro electromagnético es “un bien
público inenajenable e imprescriptible sujeto a la gestión y control del Estado” [1] del cual “se
garantiza la igualdad de oportunidades en el acceso a su uso en los términos que fije la ley” [1]. Es
por esto por lo que, para fines de desarrollo de la telefonía móvil en Colombia, se han realizado dos
procesos de subasta del espectro, en los cuales se asigna este bien a los operadores móviles
interesados y que cumplen con los requisitos técnicos, a cambio de una retribución económica hacia
el estado dependiendo la porción de banda y su lugar en el espectro. Técnicamente la ANE define
el espectro radioeléctrico como “un bien de uso público que hace parte del espectro
electromagnético, conformado por el conjunto de bandas de frecuencia, fijado convencionalmente
entre 3wKHz y 3000GHz, que se propagan por el espacio del territorio colombiano sin guía artificial”
[1]

El refarming se refiere a explotar una porción del espectro asignado con la tecnología necesaria y
en la banda más adecuada de acuerdo con las necesidades de un operador [2]. La flexibilidad
espectral es la libertad que tiene cada operador para utilizar las licencias de frecuencia que le han
sido asignadas, con la tecnología adecuada para las necesidades de sus clientes.

CONCEPTOS BASICOS PARA EL DESPLIEGUE

Posibles portadoras en LTE

Esta tecnología surge como respuesta al crecimiento de la demanda de datos móviles por parte de
los usuarios de este servicio. Las tecnologías GSM y WCDMA no iban a la vanguardia con este
requerimiento del público, así que fue necesario implementar una tecnología que aumentara la
capacidad del sistema, que permitiera incrementar las velocidades de carga y descarga de paquetes
y que garantizara rapidez en este proceso. La nueva arquitectura diseñada para este fin incluye dos
partes diseñadas, cada una con protocolos que mejorarían la experiencia de usuario notablemente,
en primera instancia el CORE de la red llamado SAE (System Architecture Evolution) y segundo el
sistema de acceso LTE (Long-term evolution). Este sistema completo es conocido como EPS (Evolved
Packet System) [3].

El sistema LTE soporta 6 posibles anchos de banda 1.4, 3, 5, 10, 15 o 20 MHz. Todas las portadoras
se pueden configurar dependiendo el espectro disponible para este fin. [4]

Para el caso que vamos a tratar, el ancho de banda de la portadora a desplegar es de 10 MHz, que
es el espacio que se tiene disponible y se planea despejar para este fin.

Movilidad

La movilidad es un proceso clave que garantiza que un usuario pueda desplazarse a diferentes
puntos de una red. La movilidad en LTE se puede clasificar en movilidad Intra- LTE y movilidad Inter-
LTE. La movilidad intra-LTE hace referencia a los procesos que se pueden efectuar sobre la misma
tecnología, como cambios de celda servidora y cambios de portadora. La movilidad inter-LTE hace
referencia a la movilidad existente desde LTE hacia otras tecnologías como UMTS o GSM. [5]

La movilidad en una red LTE se puede dividir en dos escenarios dependiendo del tipo de conexión
en la que se encuentre el móvil. El primero es el RRC_idle que involucra los procesos de selección y
re-selección de celdas y tiene como objetivo que el móvil acampe en la mejor celda de acuerdo con
los criterios de movilidad establecidos para este fin. Durante este proceso el móvil no tiene ningún
recurso asignado de la red. El segundo escenario es el RRC_connected o LTE handover [5], este
proceso tiene diferentes fases en las que el móvil en estado conectado, es decir, con un servicio
activo y unos recursos asignados de la red, cambia de celda servidora. Este procedimiento se realiza
después de efectuar una serie de mediciones por parte del móvil y después de la autorización de la
red, en LTE esta movilidad es considerada como un hard-handover por lo que existe una
desconexión momentánea de la red y un restablecimiento en otro punto de esta. [5]

ANR

El auto-tunning es una función de optimización automática que tiene como objetivo optimizar los
parámetros y gestionar los recursos de la red. Para las redes de acceso esta función se conoce como
SON (Self Organizing Network) y ha sido estudiada y aplicada por todos los vendors en los diferentes
mecanismos de la operación de la red [7]. El ANR (Automatic Neighbor Relations) es el feature de
SON más estudiado y aplicado sobre la tecnología LTE [8] y consiste en la automatización de la
creación de vecindades y su autoconfiguración. Para que esta funcionalidad se ejecute
correctamente, es necesaria la configuración de parámetros específicos que se indican sobre cada
frecuencia y cada RAT para tener en cuenta para la creación de las vecindades, dentro de estos están
la canalización y las prioridades. En términos de optimización de la red es más sencillo para un móvil
realizar un handover hacia una celda vecina que trabaje en la misma banda y tecnología que la celda
servidora, esto debido a toda la señalización que esto implica. Por lo tanto, la asignación de
prioridades será más alta para las vecindades intra-frecuency que las inter-frecuency y a su vez estas
tendrán una mayor prioridad que las vecindades inter-RAT.
METODOLOGÍA

1. Despejar el espectro

Para desplegar una portadora nueva en cualquier tecnología es necesario garantizar que las
frecuencias que se van a usar para su transmisión y su recepción se encuentran libres de cualquier
tipo de interferencia interna (de la propia red) o externa (aparatos externos que puedan estar
radiando ilícitamente). En este caso el espectro sobre el cual se quiere realizar el nuevo despliegue
estaba siendo utilizado anteriormente con otra tecnología del mimo operador. Por eso fue necesario
primero apagarla en su totalidad.

Para garantizar que este procedimiento había sido correctamente ejecutado y que el espectro esta
libre se realizó un Drive Test con un analizador de espectro. El recorrido se realizó por cada calle de
la zona de despliegue y se configuro el analizador con el canal y el ancho de banda planeado con el
fin de obtener una huella de la utilización de ese canal de DownLink.

-Drive test

El drive test es un procedimiento realizado normalmente en un automóvil recorriendo las calles de

la zona objetivo, a la vez que se realizan las mediciones requeridas dependiendo la necesidad del
drive test. En este recorrido es normal la medición de parámetros como niveles de señal o calidad
de servicio de un operador móvil. Para este caso el objetivo del drive test fue la identificación del
espectro disponible. Este procedimiento dio como resultado una banda de 10MHz libre en el
espectro de 850MHz con las condiciones propicias para encender en ella una portadora de la
tecnología que se necesita.

2. Sintonizar celdas en el canal especifico

Ajustes básicos BW

De acuerdo con los anchos de banda posibles que se pueden tener en LTE, es necesaria la
configuración de los equipos de RF para que transmitan sobre la portadora requerida. A este
proceso se le conoce como re-sintonización y consiste en asignar un par de parámetros lógicos a
cada una de las celdas, estos parámetros son el EUARFCN que corresponde a un canal y representa
la frecuencia portadora y el BW que corresponde al ancho de banda que se utilizara, para este caso
es de 10 MHz. La tabla 1 contiene las bandas de operación de la tecnología LTE de acuerdo con el
3GPP. Para este caso se utilizará la banda 5 correspondiente a frecuencias de la banda de 850 MHz.
 Tabla 1. Bandas de operación E-UTRAN [6]

3. Elaboración de vecindades UTRAN

Otro paso indispensable es garantizar la movilidad hacia la nueva portadora desde las tecnologías
ya existentes. Para este caso ya que existe una red UMTS como base de la cobertura del operador,
se debe garantizar que esta red tenga todas las vecindades hacia la nueva portadora. Para este paso
se deben crear todas las celdas que van a ser encendidas con la nueva portadora como elementos
externos en la red UMTS, estos van a contener la información básica con la que van a ser
identificados en el proceso de handover. En la tabla 2 se pueden ver algunos ejemplos de esta
configuración de elementos externos.

LTE
Mobile Mobile Tracking LTE Cell LTE Cell
LTE Cell LTE Cell EUTRAN Physical
Country Network Area Frequency Downlink
Index Name Cell Identity Cell
Code Code Code Band Frequency
Identity
1 BOG_1 13191 732 1 5020 165 5 2200
2 BOG_2 13192 732 1 5020 166 5 2200
3 BOG_3 13193 732 1 5020 167 5 2200
Tabla 2. Elementos externos en la red UMTS

Una vez creados los elementos externos se crean las asignaciones desde las celdas de UMTS hacia
los nuevos elementos de la red LTE. Este procedimiento normalmente se realiza con un software de
análisis geográfico, garantizando que las vecindades creadas para cada celda son las que deberían
tener interacción con los nuevos elementos de red. Existen procedimientos más automatizados
como la activación de ANR o la utilización de herramientas de Machine Learning que pueden hacer
este trabajo, pero eso depende de las herramientas disponibles tanto de vendor como de operador,
actualmente está funcionalidad se toma como básica para la tecnología LTE.

4. Encendido de celdas

Una vez garantizada toda la configuración inicial de las celdas que serán puestas en servicio, se
realiza el encendido de los nuevos elementos. Si todo el trabajo previo se realizó con la suficiente
meticulosidad, este paso solo requiere la activación de un plan que contiene el elemento de red y
una instrucción que indica encenderlo. En la tabla 3 se muestra un ejemplo de los comandos que
deberían ser cargados en el respectivo gestor de red para ejecutar esta tarea.
 ACT CELL:CELLID=16121;
ACT CELL:CELLID=16123;
ACT CELL:CELLID=16171;
ACT CELL:CELLID=16172;
Tabla 3. Comandos activación de celdas.

Para este caso también es necesario analizar la forma de encender estos elementos, es decir si se
debe realizar por cluster o se envía una orden de activación general. Esto depende de la zona en la
cual se hayan realizado todos los trabajos previos.

Una vez realizada esta ejecución se debe comprobar que todos los elementos de red nuevos hayan
quedado encendidos. Para esto se ejecuta un comando de consulta sobre el gestor y se verifica que
todas las celdas se encuentren en estado “ACTIVATED”. Existe otra forma de hacer la comprobación
y es verificando estadísticas de tráfico, sin embargo, no se realiza de esta manera por lo dispendioso
que sería mirar cada una de las celdas.

5. Reinicio ANR

El reinicio de este módulo presente en la red LTE se hace para actualizar las vecindades del cluster
en el que se están introduciendo la nueva portadora. Es necesario que todas las celdas monitoreen
la nueva frecuencia y adicionen las celdas que consideren necesarias para garantizar la movilidad
en la zona. El módulo de ANR ya se explicó anteriormente, la idea de este paso es el reinicio de
este, esto se realiza ejecutando los comandos mostrados en la tabla 4.

MOD ENODEBALGOSWITCH: ANRSWITCH= INTRARATEVENTANRSWITCH-0 & UTRANEVENTANRSWITCH-0; {LTE_001}

RMV EUTRANINTRAFREQNCELL:;{LTE_001}
RMV EUTRANEXTERNALCELL:;{LTE_001}
RMV UTRANNCELL:;{LTE_001}
RMV UTRANEXTERNALCELL:;{LTE_001}
MOD ENODEBALGOSWITCH: ANRSWITCH= INTRARATEVENTANRSWITCH-1 & UTRANEVENTANRSWITCH-1; {LTE_001}
Tabla 4. Comandos reinicio ANR.

En el comando 1 de la tabla 5 se desactiva la funcionalidad de ANR esto con el fin de que se estén
generando nuevas vecindades mientras se limpia la base de datos actual de vecindades existente.
Los siguientes comandos permiten el borrado de los diferentes tipos de vecindades existentes en
las celdas (intefrecuency, intrafrecuency e InterRAT). Una vez borradas las vecindades actuales se
reactiva el ANR, de esta forma se garantiza que las nuevas vecindades se generaran teniendo en
cuenta la nueva portadora existente en el cluster.

6. Verificación KPI´s básicos

Una vez garantizado el encendido de los sitios y la correspondiente movilidad se realiza un chequeo
de KPI´s básicos que garantizaran que los sistemas funcionan adecuadamente y que los usuarios
están percibiendo el mejor servicio. Dentro de las revisiones que se realizan están los siguientes
grupos de KPI´s.

. Accesibilidad
La accesibilidad a un servicio en LTE tiene en cuenta toda la mensajería de señalización y de datos
de usuario que se pueden cursar entre el móvil y la red E-UTRAN. [11]

RRC Setup Failure

Una conexión RRC es una conexión que se realiza en la interfaz Uu para transportar mensajes de
señalización de usuario. El setup success rate of RRC representa la capacidad de la celda para
proporcionar al usuario conexiones RRC. El RRC Setup Failure mide el número de fallas de
configuración RRC que tiene la celda por diferentes fallas [9]. En la figura 1 se presenta los puntos
de medición para un RRC Setup Failure.

Figura 1. RRC Setup Failure [9]

E-RAB Setup Failure

Un E-RAB es un bearer en la capa de acceso que transporta los datos del usuario. El E-
RAB setup success rate es una representación directa de la capacidad de una celda para asignar
conexiones E-RAB al usuario. El E-RAB Setup Failure es la medición de número de veces que estas
conexiones no se establecen por cualquier causa en la celda [9]. En la figura 2 se presentan los
puntos de medición en los que se pueden presentar fallas en este contador.
 Figura 2. E-RAB Setup Failure [9]

. Movilidad y Retenibilidad

La interrupción de una conexión en el móvil y la red, debida a una excepción repentina se puede
catalogar como un Drop.

Drop Rate

La mensajería que contiene los eventos de caída se encuentra en el contexto S1AP y es enviada
desde el eNB hacia la MME. Cuando se envía el mensaje de liberación de contexto, la conexión
finaliza satisfactoriamente.

En la figura 3 se encuentra la formula con la que se calcula el KPI de Drop Rate. El numerador de
este KPI va a estar integrado por todas las desconexiones del contexto que se realicen de forma
inusual. El denominador será la sumatoria de las iniciaciones para establecer el contexto, los
contextos que hayan sido establecidos en otro eNB y accedan al actual por handover y la resta de
los contextos que fueron entregados a otro ENB.

Figura 3. KPI Drop Rate [11]

Los KPI’s de movilidad se pueden agrupar de acuerdo con la fase del proceso en el que se
encuentran las fallas. Pueden ser fallas en la preparación del handover, fallas en la ejecución del
handover o fallas en el reenvío de datos.

El handover inter-eNB se puede realizar utilizando la interfaz X2 en caso de estar habilitada o la

interfaz S1 a través del MME.
 Figura 4. KPI HO Rate [11]

En la figura 4 se encuentra la definición del KPI para las instancias de preparación y ejecución. En
cada uno se definen las mediciones asociadas de acuerdo con el requerimiento establecido por el
contexto S1AP. En el caso del KPI referente a la fase de preparación, este mide las fallas de handover
que se pueden presentar, por lo tanto, su valor de optimización debe ser cercano a 0%. Por otro
lado, el KPI que se tiene en cuenta para la fase de ejecución cuenta los handover exitosos que se
realizaron, por lo tanto, su valor optimo deber ser cercano al 100%.

Inter-RAT Handover

Esta medición se realiza sobre los intentos de handover de salida hacia otras tecnologías. Para la
medición se tienen en cuenta los contadores de “Total de intentos”, “Intentos exitosos” e “intentos
fallidos”. [10]

El contador del total de intentos se modifica cada vez que se registra en la red un mensaje de
movilidad desde la red E-UTRAN y cuando se registra un mensaje de preparación de handover desde
esta misma red. Estos mensajes pueden ser generados por diferentes causas, pero serán tenidos en
cuenta como Inter_RAT Handovers siempre que el handover se realice hacia una red diferente a la
E-UTRAN. HO.IartOutAtt.Cause. [10]

El contador de intentos exitosos se modifica una vez que el MME envía una confirmación de IRAT
handover exitoso al E-NodeB desde donde se realizó la solicitud. La suma de todos los intentos IRAT
que reciban esta confirmación será el total de Inter-RAT Handover exitosos. HO.IartOutSucc.Cause.
[10]

Esta medición proviene del número de handovers de salida fallidos por diferentes causas.
HO.IratOutFail.Cause. [10]

7. Drive test verificación cobertura y SINR

Esta actividad se puede realizar en paralelo a verificación de KPI´s. El objetivo es identificar desde el
punto de vista del usuario cualquier irregularidad que se pueda estar presentando. Al realizar la
verificación del SINR se está garantizando que la configuración física de las antenas sea la más
adecuada para la propagación de esta portadora y las celdas servidoras tengan una zona de
cobertura definida y no se solapen, ya que esta suele ser la principal causa de la degradación del
SINR. En la figura 5 se muestra un ejemplo de un recorrido realizado en una zona de Bogotá una vez
se realizo el encendido de la nueva portadora. De acuerdo con el temático definido para este KPI los
valores aceptados como buenos y que ofrecen correctas funcionalidades de la red son los mayores
a 10. En la figura mostrada encontramos algunas zonas que no cumplen este requisito de
aceptación.
 Figura 5. SINR Drive Test

8. Ajustes físicos y lógicos dependiendo el drive test

Una vez obtenidos los resultados del drive test y la evaluación de KPI´s se procede a realizar ajustes
requeridos de acuerdo con el diseño de red que se realizó. Para este caso en concreto se realizaron
ajustes físicos, es decir, se realizó una reorientación del lóbulo principal de la antena que irradia la
portadora, agregándole tilt eléctrico con el fin de delimitar mejor la zona de cobertura de esta celda.

9. Drive test Final

Una vez realizados estos cambios se procede a realiza un nuevo drive test con el fin de garantizar
que esta vez la cobertura y demás percepciones de usuario si estén de acuerdo con lo que se
esperaba. En la figura 6 se evidencia el cambio y mejora en la nueva mención de SINR de la señal de
la nueva portadora.

Figura 6. SINR Drive Test Final

10. Validación y aprobación del sitio.

Una vez realizadas las pruebas de campo y la verificación de KPI´s básicos de aceptación del sitio
que permiten garantizar que la portadora esta radiando adecuadamente en la frecuencia adecuada
con el ancho de banda y la parametrización general bien configurada, se recibe el sitio y se deja
registro de la fecha en la cual la portadora nueva comenzó a radiar.
REFERENCIAS

[1] Manual de Gestión Nacional del espectro Radioeléctrico. “Fundamentos de gestión nacional del
espectro radioeléctrico”. Titulo I. ANE. 2012 pág. 52-55

[2] LTE: Nuevas Tendencias en Comunicaciones móviles. Ramón Agusti, Francisco Bernardo,
Fernando Casadevall, Ramon Ferrús, Jordi Pérez-Romero, Oriol Sallent. Vodafone. 2010

[3] An Introduction to LTE. LTE, LTE-Advance, SAE, VoLTE and 4G Mobile communications. Second
edition. Christopher Cox. Wiley. 2014

[4] LTE for 4G Mobile BroadBand. Air Interface Technologies and Performance. Farooq Khan.
Cambridge University Press. 2009.

[5] LTE Optimization Engineering. HandBook. Xincheng Zhang. Wiley. 2018.

[6] 3GPP TS 36.101 version 14.4.0 Release 14: LTE; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-
UTRA).

[7] Autonomic Network Management Principles: From Concepts to Applications. Nazim

Agoulmine. Elsevier. 2016

[8] Evaluations of LTE Automatic Neighbor Relations. Gunnarsson, Moe, Rimhagen, Kallin, IEEE,
2011.

[9] BTS3911B Product Documentation. Huawei Technologies. 2017

[10] LTE; Telecommunication management; Performance Management (PM). ETSI TS 132 425
V9.4.0. 2010

[11] LTE signaling, troubleshooting, and optimization Kreher, Gaenger. Wiley. 2011