GSM Rdis Hlzat Tervezse Plda Hegyi Barnabs kidolgozsban

GSM Rádiós Hálózat Tervezése Példa Hegyi Barnabás kidolgozásában Távközlő Hálózatok Tervezése

A GSM rádiós hálózat tervezésének folyamata • Bemenő adatok definiálása (input definition/customer • • • Dimenzionálás (radio network dimensioning) Térképi adatok beszerzése (map data provisioning) Terjedési modell hangolása (propagation model tuning) Nominális cellaterv (nominal cellplan) Telephelykeresés (site candidate search) Végső cellaterv (final cellplan) Kezdeti rendszerhangolás (initial tuning) Átvételi vizsgálat (acceptance test) Kereskedelmi forgalomba helyezés (commercial launch) requirements)

Bemenő adatok definiálása (2) • • • Telephely paraméterek – Tipikus antenna magasság [m] – Tipikus kábelhossz (feeder length) [m] Hardver paraméterek/hardver kiválasztása – Bázisállomás (BTS – base transciever) maximális kimenő teljesítménye [d. Bm] – BTS érzékenysége [d. Bm] – Rádióadóvevők (transciever – TRX) maximális száma BTS-enként [1] – Antennanyereség [d. Bi] Rendszerparaméterek – Frekvenciák száma [1] – Működési frekvenciasáv (GSM 800, GSM 900, GSM 1800, GSM 1900)

Bemenő adatok definiálása • • • Terület adatok – Területek típusa [sűrű városi, külvárosi, vidékies, utak] – Területek nagysága [km 2] Forgalmi adatok – Előfizetőnkénti beszédforgalom [m. E/előfiz. ] – Előfizető-sűrűség [előfiz. /km 2] – Blokkolási arány (grade of service - Go. S) [%] Lefedettségi követelmények – Lefedettség típusa [beltéri, kültéri, gépkocsibeli] – Lefedettségi valószínűség (coverage area probability - CAP) [%]

Dimenzionálás • • Papír-ceruza tervezési módszer Durva becslés – Nem veszi figyelembe a domborzatot (sík terepet feltételez) – Egyszerű félempirikus terjedési modellekkel dolgozik – Szabályos, hatszögrács állomásmintázat – Nem veszi figyelembe a területtípusok szabálytalan elhelyezkedését Mikor alkalmazzák, alkalmazható, létjogosultság – Térképi adatok hiányában – Rövid tervezési határidő esetén – Tervező program hiányában – szűk projekt budget esetén A GSM szabvány (www. 3 gpp. org) tervezési ajánlása a 3 GPP TR 43. 030

Dimenzionálás (3) • Lehetséges megoldások alkalmazása és kapcsolódó paraméterek – Körsugárzó/szektorizált állomások – TMA (Tower Mounted Amplifier) alkalmazása/nem alkalmazása – Vételi diversity alkalmazása/nem alkalmazása – Diversity nyeresége (diversity gain) [d. B] – TMA beiktatási csillapítása (TMA insertion loss) [d. B]

Bemenetre redukált zajhőmérséklet és zajtényező • Bemenetre redukált zajhőmérséklet – • Az a bemeneti zajhőmérséklet-többlet, amely esetén egy ideális zajmentes fokozatot alkalmazva ugyanannyi zajteljesítményt kapunk a kimeneten, mint a zajos fokozat alkalmazásakor eredeti zajhőmérséklet esetén Zajtényező – A rendszer bemenetén illetve kimenetén mérhető jel-zaj viszonyok hányadosa (a jelzaj viszony romlása) akkor, ha bemeneti zajhőmérséklet éppen a referencia hőmérséklet (290 K) Pzaj, saját Gk. TB + Pzaj, saját k. TB G G Gk(T+Tred)B G

Érzékenység • • • Az a vételi jelszint, amely mellett egy adott környezetben egy adott vételi követelmény (pl. bithiba-arány egy adott értéknél kisebb) teljesül A szabvány különböző (3 GPP TS 45. 005) – Mérőszámokat definiál • Bit Error Rate – BER • Frame Error Rate – FER • Block Error Rate – BLER – Csatorna modelleket definiál • Környezetek: typical urban - TU, rural area – RA, hilly terrain - HT • Sebességek: 3, 50, 100, 130, 250 km/h A gyártók termékei általában túlteljesítik a szabványban előírtakat A szabványban (3 GPP TR 43. 030) definiált referencia (S/N)ki= 8 d. B Tipikus FBTS és FMS 2 d. B illetve 8 d. B

Terjedési modellek (2) • • COST-231 Walfisch-Ikegami modell (3 GPP TR 43. 030) Félempirikus modell – Diffrakciós elméleti modellekből indul ki – Az elméleti modellt mérési eredményekkel korrigálják Feltételezések – Szabályos épületelrendezés (magasság, szélesség, orientáció, utcák szélessége) – Sík domborzat Jelen dimenzionálásban használt modell (900 MHz): Lpath=143. 2+38 log(d)-18 log(Hb-17) – Hm=1. 5 m – Hr=18 m – w=20 m – b=40 m – f=900 MHz – Hb>Hr

Antenna • r, f, q gömbkoordináták • S(r, f, q) teljesítménysűrűség • Pbe bemenő teljesítmény • m hatásfok • G(f, q) teljesítményiránykarakterisztika • G nyereség • www. kathrein. de

Tower Mounted Amplifier (TMA) • • UL összeköttetés erősítése – Lf kiküszöbölése – BTS érzékenység javítása Vételi referencia pont – TMA nélkül: BTS „előtt” – TMA-val: TMA „előtt”

TMA (2) • TMA nélkül • TMA-val – S/N javulás: 5. 2 d. B – Érzékenység javulása (vételi referencia ponton): 1. 2 d. B L csillapítású kábel zajtényezője:

Power Budgets • Downlink Budget – TMA nélkül: Pin. MS = Pout. BTS-Lf+Ga-Lpath – TMA-val: Pin. MS = Pout. BTS-Lf-LTMA+Ga-Lpath • Uplink Budget – TMA nélkül: Pin. BTS = Pout. MS-Lpath+Ga+(Gdiv)-Lf – TMA-val: Pin. BTS = Pout. MS-Lpath+Ga+(Gdiv)

Link Balance • • Cél – Azon Pout. BTS meghatározása, melyre a DL és UL lefedettség azonos – Annak eldöntése, hogy Poutmax. BTS alkalmazása esetén a DL vagy az UL az erősebb összeköttetés Lefedettség: – DL: Pin. MS >= MSsens – UL: Pin. BTS >= BTSsens Számítás – TMA nélkül: • Poutbal. BTS = Pout. MS+(Gdiv) –BTSsens+MSsens – TMA-val: • Poutbal. BTS = Pout. MS+(Gdiv)+Lf+LTMA –BTSsens+MSsens Felhasználás – A gyengébbik összeköttetésre adódó maximális szakaszcsillapításból számítjuk a cella méretét

Cellasugár • • Pout. BTS „beállítása” – Ha Poutbal. BTS >= Poutmax. BTS, akkor Pout. BTS = Poutmax. BTS – Ha Poutbal. BTS < Poutmax. BTS, akkor Pout. BTS = Poutbal. BTS Tartalékokkal és csillapításokkal korrigált tervezési jelszint számítása – SSdesign = MSsens+IFmarg+RFmarg+LNFmarg+(BPL)+(CPL)+(BL) Maximális szakaszcsillapítás számítása – TMA nélkül: Lpathmax* = Pout. BTS-Lf+Ga- SSdesign – TMA-val: Lpathmax * = Pout. BTS-Lf-LTMA+Ga- SSdesign „Cellahatótávolság” (cell range) számítása – R = Lpath-1(Lpathmax) • Terjedési modell által számolt szakasz-csillapítás, tartalékokhoz és egyéb csillapításokhoz kapcsolódó jelenségek hatását nem tartalmazza • BPL épületfal csillapítás • CPL gépkocsi csillapítás • BL emberi test csillapítás

Cellaterület • Körsugárzó állomás • Szektorizált állomás R R

Tervezési mintafeladat (Budapest) • Bemenő adatok – Területi adatok • Területtípusok: sűrű városi, külvárosi, vidékies • Terület nagyságok: 13 km 2, 150 km 2, 205 km 2, 157 km 2 – Forgalmi adatok • Átlagos hívástartás: 90 s • Legforgalmasabb órabeli hívásgyakoriság: 0. 6/h • Előfizető-sűrűség: 1396, 319, 160, 8 előfiz. / km – Lefedettségi követelmények • Lefedettség típusa: beltéri, gépkocsibeli • Lefedettségi valószínűség: 95%, 90%

Forgalmi tervezés • • Az épülő GSM hálózatok esetében általában a lefedettség a szűk keresztmetszet Egy cella kapacitásának számítása – TRX-enként 8 időrés (time slot – TS) – Az első (BCCH) TRX-en csak 7 időrés használható beszédforgalomra – Capacitycell = Erlang. B(8 * NTRX-1, Go. S) Egy cella forgalmának számítása – Trafficcell = Acell * densitysubscriber * Trafficsubscriber Ellenőrzés – Ha Capacitycell >= Trafficcell, akkor nincs szükség az állomások számának növelésére – Ha Capacitycell < Trafficcell, akkor bővíteni kell az állomások számát, forgalmi tervezésre van szükség

Tervezési mintafeladat (Budapest) • További bemenő adatok – Telephely paraméterek • Tipikus antenna magasság: 25, 30, 35 m • Tipikus kábelhossz: 30, 35 , 40, 45 m • Kábel fajlagos csillapítása: 0. 07 [d. B/m] (1/2’’-os kábel) – Hardver paraméterek/hardver kiválasztása • BTS maximális kimenő teljesítménye: 45. 5 d. Bm • BTS érzékenysége: – TMA nélkül: -110 d. Bm – TMA-val: -111. 5 d. Bm (Lf <= 4 d. B) • TRX-ek maximális száma BTS-enként: 6 • Antennanyereség: 16. 5 d. Bi – Rendszerparaméterek • Frekvenciák száma: 36 • Működési frekvenciasáv: GSM 900

Tervezési mintafeladat (Budapest) • • Tervezési paraméterek – MS kimenő teljesítménye: 33 d. Bm – MS érzékenysége: -104 d. Bm – Épületfal okozta csillapítás: 25, 23, 17, - d. B – Gépkocsi-karosszéria okozta csillapítás: 6 d. B – Emberi test okozta csillapítás: 5 d. B – Lognormál fading szórása • Beltéren: 14, 12, 10, - d. B • Kültéren: 10, 8, 6, 6 d. B – Rayleigh-fading tartalék: 3 d. B – Interferencia tartalék: 2 d. B Lehetséges megoldások alkalmazása és kapcsolódó paraméterek – Szektorizált állomások (3 cella/állomás) – TMA (Tower Mounted Amplifier) alkalmazása – Vételi diversity alkalmazása – Diversity nyereség: 3. 5 d. B – TMA beiktatási csillapítása: 0. 3 d. B

Tervezési mintafeladat (megoldás) sűrű városi külvárosi vidékies TMA nélkül TMA-val Pout. MS 33 d. Bm 33 d. Bm Gdiv 3. 5 d. B 3. 5 d. B Lf - 2. 1 d. B - 2. 45 d. B - 2. 8 d. B - 3. 15 d. B LTMA - 0. 3 d. B BTSsens -110 d. Bm -111. 5 d. Bm MSsens -104 d. Bm -104 d. Bm Poutbal. BTS 42. 5 d. Bm 46. 4 d. Bm 42. 5 d. Bm 46. 8 d. Bm 42. 5 d. Bm 47. 1 d. Bm 42. 5 d. Bm 47. 5 d. Bm Poutmax. BTS 45. 5 d. Bm 45. 5 d. Bm Pout. BTS 42. 5 d. Bm 45. 5 d. Bm MSsens IFmarg RFmarg LNFmarg BPL CPL BL SSdesign -110 d. Bm -111. 5 d. Bm sűrű városi -104 d. Bm 2 d. B 3 d. B 9. 9 25 d. B -59. 1 d. Bm városi -104 d. Bm 2 d. B 3 d. B 8. 4 23 d. B 5 d. B -62. 6 d. Bm külvárosi -104 d. Bm 2 d. B 3 d. B 6. 8 17 d. B 5 d. B -70. 2 d. Bm vidékies -104 d. Bm 2 d. B 3 d. B 0. 5 6 d. B 5 d. B -87. 5 d. Bm

Tervezési mintafeladat (megoldás) sűrű városi külvárosi vidékies TMA nélkül TMA-val 42. 5 d. Bm 45. 5 d. Bm 2. 1 d. B 2. 45 d. B 2. 8 d. B 3. 15 d. B - 0. 3 d. B 16. 5 d. Bi 16. 5 d. Bi SSdesign -59. 1 d. Bm -62. 6 d. Bm -70. 2 d. Bm -87. 5 d. Bm Lpathmax 116 d. B 118. 7 d. B 119. 2 d. B 121. 9 d. B 126. 4 d. B 129. 1 d. B 143. 4 d. B 146. 4 d. B AOH 146. 8 d. B 136. 9 d. B 123. 3 d. B Hb 25 m 30 m 35 m ROH 0. 477 km 0. 568 km 0. 623 km 0. 743 km 1. 91 km 2. 28 km 15. 5 km 18. 5 km RWI 0. 515 km 0. 607 km 0. 785 km 0. 924 km - - R 0. 515 km 0. 607 km 0. 785 km 0. 924 km 1. 91 km 2. 28 km 15. 5 km 18. 5 km Asite 0. 517 km 2 0. 717 km 2 1. 2 km 2 1. 66 km 2 7. 12 km 2 10. 1 km 2 467 km 2 667 km 2 13 km 2 150 km 2 205 km 2 157 km 2 Nsite 26 19 125 91 29 21 1 1 Asite’ 0. 5 km 2 0. 684 km 2 1. 2 km 2 1. 65 km 2 7. 07 km 2 9. 76 km 2 157 km 2 Pout. BTS Lf LTMA Ga A

Tervezési mintafeladat (megoldás) sűrű városi Asite’ densitysubsc. városi külvárosi vidékies TMA nélkül TMA-val 0. 5 km 2 0. 684 km 2 1. 2 km 2 1. 65 km 2 7. 07 km 2 9. 76 km 2 157 km 2 319 s. /km 2 160 s. /km 2 8 s. /km 2 1396 s. /km 2 319 s. /km 2 trafficsubsc. 15 m. E/s. trafficsite 10. 44 E 14. 33 E 5. 74 E 7. 89 E 16. 97 E 23. 43 E 18. 84 E trafficcell 3. 49 E 4. 78 E 1. 91 E 2. 63 E 5. 66 E 7. 81 E 6. 28 E NTRX, site 6 6 6 6 NTRX, cell 2 2 2 2 NTCH, cell 15 15 2% 2% capacitycell 9. 01 E 9. 01 E Kapacitás elegendő? IGEN IGEN Go. S