GSM Rádiós Hálózat Tervezése Példa Hegyi Barnabás kidolgozásában Távközlő Hálózatok Tervezése

A GSM rádiós hálózat tervezésének folyamata Bemenő adatok definiálása (input definition/customer requirements) 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)

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 [dBm] BTS érzékenysége [dBm] Rádióadóvevők (transciever – TRX) maximális száma BTS-enként [1] Antennanyereség [dBi] Rendszerparaméterek Frekvenciák száma [1] Működési frekvenciasáv (GSM 800, GSM 900, GSM 1800, GSM 1900)

Bemenő adatok definiálása Terület adatok Területek típusa [sűrű városi, városi, külvárosi, vidékies, utak] Területek nagysága [km2] Forgalmi adatok Előfizetőnkénti beszédforgalom [mE/előfiz.] Előfizető-sűrűség [előfiz./km2] Blokkolási arány (grade of service - GoS) [%] 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.3gpp.org) tervezési ajánlása a 3GPP 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) [dB] TMA beiktatási csillapítása (TMA insertion loss) [dB]

Bemenetre redukált zajhőmérséklet és zajtényező 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 Pzaj,saját GkTB + Pzaj,saját kTB G G Gk(T+Tred)B k(T+Tred)B G Zajtényező A rendszer bemenetén illetve kimenetén mérhető jel-zaj viszonyok hányadosa (a jel-zaj viszony romlása) akkor, ha bemeneti zajhőmérséklet éppen a referencia hőmérséklet (290K)

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 (3GPP 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 (3GPP TR 43.030) definiált referencia (S/N)ki= 8dB Tipikus FBTS és FMS 2dB illetve 8 dB

Terjedési modellek (2) Hb>Hr COST-231 Walfisch-Ikegami modell (3GPP 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+38log(d)-18log(Hb-17) Hm=1.5m Hr=18m w=20m b=40m f=900 MHz Hb>Hr

Antenna www.kathrein.de r, f, q gömbkoordináták S(r, f, q) teljesítmény-sűrűség Pbe bemenő teljesítmény m hatásfok G(f, q) teljesítmény-iránykarakterisztika 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 dB L csillapítású kábel zajtényezője: TMA-val S/N javulás: 5.2 dB Érzékenység javulása (vételi referencia ponton): 1.2 dB

Power Budgets Downlink Budget TMA nélkül: PinMS = PoutBTS-Lf+Ga-Lpath TMA-val: PinMS = PoutBTS-Lf-LTMA+Ga-Lpath Uplink Budget TMA nélkül: PinBTS = PoutMS-Lpath+Ga+(Gdiv)-Lf TMA-val: PinBTS = PoutMS-Lpath+Ga+(Gdiv)

Link Balance Cél Azon PoutBTS meghatározása, melyre a DL és UL lefedettség azonos Annak eldöntése, hogy PoutmaxBTS alkalmazása esetén a DL vagy az UL az erősebb összeköttetés Lefedettség: DL: PinMS >= MSsens UL: PinBTS >= BTSsens Számítás TMA nélkül: PoutbalBTS = PoutMS+(Gdiv) –BTSsens+MSsens TMA-val: PoutbalBTS = PoutMS+(Gdiv)+Lf+LTMA –BTSsens+MSsens Felhasználás A gyengébbik összeköttetésre adódó maximális szakaszcsillapításból számítjuk a cella méretét

Cellasugár PoutBTS „beállítása” Ha PoutbalBTS >= PoutmaxBTS, akkor PoutBTS = PoutmaxBTS Ha PoutbalBTS < PoutmaxBTS, akkor PoutBTS = PoutbalBTS Tartalékokkal és csillapításokkal korrigált tervezési jelszint számítása SSdesign = MSsens+IFmarg+RFmarg+LNFmarg+(BPL)+(CPL)+(BL) Maximális szakaszcsillapítás számítása TMA nélkül: Lpathmax* = PoutBTS-Lf+Ga- SSdesign TMA-val: Lpathmax * = PoutBTS-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, városi, külvárosi, vidékies Terület nagyságok: 13 km2, 150 km2, 205 km2, 157 km2 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, beltéri, beltéri, gépkocsibeli Lefedettségi valószínűség: 95%, 95%, 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 = ErlangB(8 * NTRX-1, GoS) 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, 30, 35 m Tipikus kábelhossz: 30, 35 ,40, 45 m Kábel fajlagos csillapítása: 0.07 [dB/m] (1/2’’-os kábel) Hardver paraméterek/hardver kiválasztása BTS maximális kimenő teljesítménye: 45.5 dBm BTS érzékenysége: TMA nélkül: -110 dBm TMA-val: -111.5 dBm (Lf <= 4dB) TRX-ek maximális száma BTS-enként: 6 Antennanyereség: 16.5 dBi Rendszerparaméterek Frekvenciák száma: 36 Működési frekvenciasáv: GSM 900

Tervezési mintafeladat (Budapest) Tervezési paraméterek MS kimenő teljesítménye: 33 dBm MS érzékenysége: -104 dBm Épületfal okozta csillapítás: 25, 23, 17, - dB Gépkocsi-karosszéria okozta csillapítás: 6 dB Emberi test okozta csillapítás: 5 dB Lognormál fading szórása Beltéren: 14, 12, 10, - dB Kültéren: 10, 8, 6, 6 dB Rayleigh-fading tartalék: 3 dB Interferencia tartalék: 2 dB Lehetséges megoldások alkalmazása és kapcsolódó paraméterek Szektorizált állomások (3 cella/állomás) TMA (Tower Mounted Amplifier) alkalmazása Vételi diversity alkalmazása Diversity nyereség: 3.5 dB TMA beiktatási csillapítása: 0.3 dB

Tervezési mintafeladat (megoldás) sűrű városi városi külvárosi vidékies TMA nélkül TMA-val PoutMS 33 dBm Gdiv 3.5 dB Lf - 2.1 dB 2.45 dB 2.8 dB 3.15 dB LTMA 0.3 dB BTSsens -110 dBm -111.5 dBm MSsens -104 dBm PoutbalBTS 42.5 dBm 46.4 dBm 46.8 dBm 47.1 dBm 47.5 dBm PoutmaxBTS 45.5 dBm PoutBTS sűrű városi városi külvárosi vidékies MSsens -104 dBm IFmarg 2 dB RFmarg 3 dB LNFmarg 9.9 8.4 6.8 0.5 BPL 25 dB 23 dB 17 dB - CPL 6 dB BL 5 dB SSdesign -59.1 dBm -62.6 dBm -70.2 dBm -87.5 dBm

Tervezési mintafeladat (megoldás) sűrű városi városi külvárosi vidékies TMA nélkül TMA-val PoutBTS 42.5 dBm 45.5 dBm Lf 2.1 dB 2.45 dB 2.8 dB 3.15 dB LTMA - 0.3 dB Ga 16.5 dBi SSdesign -59.1 dBm -62.6 dBm -70.2 dBm -87.5 dBm Lpathmax 116 dB 118.7 dB 119.2 dB 121.9 dB 126.4 dB 129.1 dB 143.4 dB 146.4 dB AOH 146.8 dB 136.9 dB 123.3 dB 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 Asite 0.517 km2 0.717 km2 1.2 km2 1.66 km2 7.12 km2 10.1 km2 467 km2 667 km2 A 13 km2 150 km2 205 km2 157 km2 Nsite 26 19 125 91 29 21 1 Asite’ 0.5 km2 0.684 km2 1.65 km2 7.07 km2 9.76 km2

Tervezési mintafeladat (megoldás) sűrű városi városi külvárosi vidékies TMA nélkül TMA-val Asite’ 0.5 km2 0.684 km2 1.2 km2 1.65 km2 7.07 km2 9.76 km2 157 km2 densitysubsc. 1396 s/km2 1396 s./km2 319 s./km2 160 s./km2 8 s./km2 trafficsubsc. 15 mE/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 NTRX,cell 2 NTCH,cell 15 GoS 2 % capacitycell 9.01 E Kapacitás elegendő? IGEN