Software de An

1

• Software de Análisis de Propagación Outdoor

2
AGENDA

• Motivación y Objetivos
• Descripción general de SAPO
• Datos topográficos
• Red Celular
• Modelos de propagación
• DEMO
• Otras herramientas
• Validación
• Conclusiones y líneas futuras

3
MOTIVACIÓN

• Herramientas de software de la actualidad no
  consideran entornos heterogéneos
• Necesidad de precisión en las estimaciones de
  cobertura
• Herramienta modular que permita el agregado de
  nuevas funcionalidades

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OBJETIVOS

• Desarrollo de una herramienta de predicción de
  pérdida de camino de señales celulares para
  entornos urbanos y suburbanos de características
  heterogéneas
• Aceptación de diferentes niveles de detalle de
  datos del entorno y variedad de modelos de
  propagación
• Fácil manejo e interfaz gráfica amigable
• Tiempos de ejecución razonables
• Compatible con varios sistemas operativos

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AGENDA

• Motivación y Objetivos
• Descripción general de SAPO
• Datos topográficos
• Red Celular
• Modelos de propagación
• DEMO
• Otras herramientas
• Validación
• Conclusiones y líneas futuras

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DESCRIPCIÓN GENERAL

• Ingreso de datos de altura de terreno, manzanas y
  edificaciones en formatos reconocidos
  internacionalmente (interfaz gráfica opcional)
• Creación de red celular de cualquier porte
• Soporte de gran variedad de modelos de
  propagación (uno propuesto por el Grupo)
• Variación del modelo de propagación entre las
  distintas antenas de la red
• Patrones de radiación definidos o importados

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DESCRIPCIÓN GENERAL

• Determinación de C/I y área de servicio
• Verificación de línea de vista
• Importación de datos de medidas de potencia para
  comparación con resultados de SAPO

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AGENDA

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• Descripción general de SAPO
• Datos topográficos
• Red Celular
• Modelos de propagación
• DEMO
• Otras herramientas
• Validación
• Conclusiones y líneas futuras

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AGENDA

• Motivación y Objetivos
• Descripción general de SAPO
• Datos topográficos
• Red Celular
• Modelos de propagación
• DEMO
• Otras herramientas
• Validación
• Conclusiones y líneas futuras

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AGENDA

• Motivación y Objetivos
• Descripción general de SAPO
• Datos topográficos
• Red Celular
• Modelos de propagación
• DEMO
• Otras herramientas
• Validación
• Conclusiones y líneas futuras

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Modelos de Propagación

• Gran cantidad de modelos implementados
• Los parámetros que definen los modelos pueden ser
  ingresados por el usuario
• Puede haber más de una instancia de cada modelo
• Más de un modelo puede ser utilizado en las
  predicciones

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Modelos de Propagación

• Los modelos implementados son
• Propagación en vacío
• Propagación sobre un plano conductor
• Aproximación a la propagación sobre un plano
  conductor
• Okumura-Hata-COST231
• Erceg (SUI)
• Erceg (SUI)
• Walfisch-Ikegami-COST231
• Walfisch-Ikegami-COST231 con parámetros
  topográficos fijos
• MOPEM
• Vogler-Ikegami
• Vogler de Sauners Bonar

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Propagación en Vacío

• La gran mayoría de los modelos dan pérdidas
  relativas a las de este modelo.
• Se utiliza cuando el receptor y el transmisor se
  encuentran infinitamente alejados de cualquier
  otro objeto.
• Todos los modelos deben predecir en cualquier
  caso una pérdida mayor a esta.
• En la práctica se suponen condiciones de espacio
  libre cuando el primer elipsoide de Fresnel está
  libre de obstáculos y no hay reflexiones.

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Propagación sobre un Plano Conductor

• Se utiliza cuando la propagación es sobre una
  superficie reflectora (ej. un lago).
• Por lo general se utiliza una aproximación.
• La atenuación resulta proporcional a la cuarta
  potencia de la distancia, similar a lo que sucede
  en entornos urbanos.
• Pero también independiente de la frecuencia.

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Okumura-Hata-COST231

• Fue desarrollado en 1968 y aún sigue siendo uno
  de los modelos más utilizados.
• Son ajustes a medidas de pérdida de camino
  obtenidas en la ciudad de Tokio.
• Si se aplica a situaciones distintas de las que
  se tomaron las medidas, se obtienen resultados
  con errores excesivos (por ejemplo, en
  microceldas).

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Erceg (SUI)

• Es un modelo relativamente reciente (1999), y
  también es un ajuste a medidas.
• Es mucho menos restrictivo que el modelo de
  Okumura-Hata.
• Hoy en día es uno de los modelos más populares
  por su exactitud, sencillez y versatilidad.

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Walfisch-Ikegami-COST231

• Fue el primer modelo en tener una base teórica.
• Para ello toma una serie de hipótesis
• La antena se encuentra sobre las edificaciones
  circundantes.
• Las propagación entre los mismos no tiene un
  aporte significativo a la potencia total.
• Cada edificio puede ser representado por un
  cuchillo (semiplano perfectamente conductor).
• Todas las edificaciones tienen el mismo alto.
• Existe una gran cantidad de las mismas entre el
  receptor y el transmisor.

18
Walfisch-Ikegami-COST231

• A partir de estas hipótesis se puede concluir que
  los caminos principales son únicamente dos.
• Por lo tanto, se separa la pérdida total en tres
  términos
• Lmsd debida a la pérdida entre la antena
  transmisora y el último edificio, debida a la
  atenuación por difracción en múltiples cuchillos.
  Para calcular este término es que se hacen la
  mayoría de las suposiciones.
• Lrts debida a bajar desde allí hasta el móvil.
• LB la pérdida de vacío
• Además, toma en cuenta parámetros topográficos
  del entorno.

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MOPEM

• Surge como resultado de un proyecto de fin de
  carrera de estudiantes de la Facultad de
  Ingeniería de la UdelaR.
• Está basado en el modelo de Walfisch-Ikegami-COST2
  31.
• Los principales aportes son
• Consideración de la cota del terreno.
• Tomar en cuenta la distancia del receptor a las
  esquinas.
• Estimar una nueva función para el cálculo de la
  atenuación debida a la orientación de la calle.

20
Vogler-Ikegami

• Este modelo es una propuesta del grupo de
  proyecto.
• Levanta las hipótesis que se consideran son las
  más perjudiciales para la exactitud del modelo de
  Walfisch-Ikegami
• Todos los edificios de la misma altura.
• Una gran cantidad entre el receptor y el
  transmisor.
• Dichas hipótesis son necesarias para el cálculo
  del término Lmsd, por lo que se reformuló de
  manera que no sean necesarias. El resto de los
  términos no cambian.

21
Vogler-Ikegami

• El método elegido para el cálculo de la
  atenuación por múltiples cuchillos (Lmsd_vogler)
  es el de Vogler.
• Ésta es una solución teórica exacta para una
  cantidad cualquiera de cuchillos con una altura y
  separación entre ellos arbitraria.

22
Vogler-Ikegami

• La implementación del método de Vogler no fue
  sencilla y el algoritmo para resolver la fórmula
  toma tiempo.
• Las hipótesis acerca de la propagación entre las
  edificaciones sigue manteniéndose.
• De todas formas, como era de esperar, mejora la
  exactitud del modelo de Walfisch-Ikegami.

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AGENDA

• Motivación y Objetivos
• Descripción general de SAPO
• Datos topográficos
• Red Celular
• Modelos de propagación
• DEMO
• Otras herramientas
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• Motivación y Objetivos
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AGENDA

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• Datos topográficos
• Red Celular
• Modelos de propagación
• DEMO
• Otras herramientas
• Validación
• Conclusiones y líneas futuras

26
Validación

• Lo que permite asegurar que el software funciona
  correctamente es el proceso de validación.
• Se consideraron dos posibilidades
• Comparar los resultados arrojados por SAPO con
  los que se obtienen con paquetes de software de
  similares funcionalidades.
• Comparar medidas de potencia reales contra las
  predicciones.
• No fue posible elegir la primera opción, pero sí
  se obtuvieron medidas reales de atenuación.

27
Medidas de Atenuación

• El grupo de trabajo Action COST 231, durante la
  revisión de los modelos desarrollados, realizó
  una serie de medidas de atenuación en el centro
  de la ciudad de Munich, Alemania.
• Las hizo disponibles, junto con la topografía
  asociada, para que investigadores puedan medir el
  desempeño de nuevos modelos.
• Las medidas se realizaron sobre tres recorridos,
  identificados como route00, route01 y route02

28
Medidas de Atenuación

• El terreno es liso, aunque las edificaciones son
  irregulares (altura entre 1 y 100 m)
• La antena transmisora se encuentra por debajo de
  las edificaciones circundantes.

29
Performance de los modelos

• Para los modelos de entornos urbanos, se midió su
  exactitud.
• El índice es la media y la desviación estándar de
  la diferencia entre la predicción y la medida
  real en cada punto.
• Se compararon dichos valores contra referencias
  para verificar que la implementación fuera
  correcta.

30
Performance de Erceg

• Aunque la altura del receptor está apenas por
  debajo del rango válido, las predicciones fueron
  satisfactorias.
• A su vez, los tiempos de cálculo son mínimos.
• En la bibliografía consultada se reporta una
  media y desviación estándar de 4.2 y 10.1 dB
  respectivamente.

Ruta mu (dB) sigma (dB)
route00 -0.78 6.24
route01 -2.69 5.70
route02 -3.92 6.37
31
Performance de WI-COST231

• El modelo no fue diseñado para ambientes de
  microceldas, donde la antena transmisora se
  encuentre por debajo de las edificaciones
  circundantes.
• Además, las edificaciones son de alturas
  irregulares, lo cual también será un factor en
  contra de la exactitud.

Ruta mu (dB) sigma (dB)
route00 -2.16 9.06
route01 -7.48 9.67
route02 -6.02 10.91
32
Performance de WI-COST231

• El grupo COST231 muestra en su informe final la
  comparación entre este modelo y las medidas.
• El informe supone parámetros topográficos fijos
  para toda el área, por lo que SAPO incluye una
  implementación realizada especialmente para la
  comparación.

Ruta muSAPO (dB) sigmaSAPO (dB) muCOST (dB) sigmaCOST (dB)
route00 -8.97 8.99 -10.8 7.7
route01 -15.94 8.02 -15.4 5.9
route02 -15.39 9.54 -16.3 7.3
33
Performance de MOPEM

• Este modelo no considera el caso en que la
  radiobase se encuentre por debajo de las
  edificaciones circundantes.
• Los valores de media y desviación estándar
  reportados para la zona en que se ajustó fue de
  0.0 y 5.1 dB respectivamente.
• Los valores obtenidos no son tales que se pueda
  atribuir el error al software y no a la
  diferencia entre los entornos.

Ruta mu (dB) sigma (dB)
route00 -7.93 9.25
route01 -10.43 9.39
route02 -11.66 10.32
34
Performance de Vogler-Ikegami

• Aunque el modelo no fue desarrollado para
  microceldas, se fijaron los parámetros de manera
  tal de sobreestimar lo menos posible la pérdida.
• Los resultados son muy buenos para tratarse de un
  modelo que se encuentra recién en su etapa de
  desarrollo.

Ruta mu (dB) sigma (dB)
route00 0.98 10.73
route01 -2.39 8.17
route02 -3.17 10.58
35
Performance de Vogler-Ikegami

• El grupo COST231 muestra en su informe final la
  comparación entre el modelo Uni-Valencia y las
  medidas.
• Este modelo utiliza se basa en el método de
  Vogler para el cálculo de la atenuación por
  difracción en múltiples cuchillos, por lo que se
  consideró adecuado para compararlo con
  Vogler-Ikegami.

Ruta muSAPO (dB) sigmaSAPO (dB) muCOST (dB) sigmaCOST (dB)
route00 0.98 10.73 0.2 8.7
route01 -2.39 8.17 -6.6 7.0
route02 -3.17 10.58 -7.4 10.3
36
Conclusiones sobre la Validación

• Como en todos los modelos probados el error se
  mantuvo dentro de lo esperado, el software es
  confiable y preciso.
• Los resultados promedios son

Erceg WI MOPEM VI
mu (dB) -2.5 -5.2 -10.0 -1.5
sigma (dB) 6.1 9.9 9.6 9.8
Tiempo 01 153 228 3100
37
Conclusiones sobre la Validación

• El mejor modelo por su compromiso
  exactitud-tiempo es el de Erceg.
• El cálculo exacto de los paramétros topográficos
  que realiza SAPO se refleja directamente en la
  precisión de sus resultados.
• Vogler-Ikegami tuvo resultados muy alentadores.
  Aunque su tiempo de predicción es a veces
  excesivo, permite hacer análisis desde el punto
  de vista de los mecanismos de predicción, lo cual
  es posible por tratarse de un modelo con una base
  teórica.

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AGENDA

• Motivación y Objetivos
• Descripción general de SAPO
• Datos topográficos
• Red Celular
• Modelos de propagación
• DEMO
• Otras herramientas
• Validación
• Conclusiones y líneas futuras