Software de Análisis de Propagación Outdoor

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

4. 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

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

6. 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

7. 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

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

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

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

11. 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

12. 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

13. 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.

14. 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.

15. 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).

16. 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.

17. 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.

19. 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-COST231. • 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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25. AGENDA • Motivación y Objetivos • Descripción general de SAPO • 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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:

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.

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