GSM Rádiós Hálózat Tervezése

1. GSM Rádiós Hálózat Tervezése Példa Hegyi Barnabás kidolgozásában Távközlő Hálózatok Tervezése

2. 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)

3. 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)

4. 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) [%]

5. 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

6. 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]

7. 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 jel-zaj viszony romlása) akkor, ha bemeneti zajhőmérséklet éppen a referencia hőmérséklet (290K) Bemenetre redukált zajhőmérséklet és zajtényező Pzaj,saját GkTB + Pzaj,saját kTB G G Gk(T+Tred)B k(T+Tred)B G

8. 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

9. Terjedési modellek (2) • 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

10. r, f, qgömbkoordináták S(r, f, q) teljesítmény-sűrűség Pbe bemenő teljesítmény m hatásfok G(f, q) teljesítmény-iránykarakterisztika G nyereség www.kathrein.de Antenna

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

12. TMA nélkül TMA-val S/N javulás: 5.2 dB Érzékenység javulása (vételi referencia ponton): 1.2 dB TMA (2) L csillapítású kábel zajtényezője:

13. 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) Power Budgets

14. 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

15. 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 szakacsillapítás, tartalékokhoz és egyéb csillapításokhoz kapcsolódó jelenségek hatását nem tartalmazza

16. Körsugárzó állomás Szektorizált állomás R R Cellaterület

17. 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 • Legforgalmasabbórabeli 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%

18. 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

19. Tervezési mintafeladat (Budapest) • További bemenő adatok • Telephely paraméterek • Tipikus antenna magasság: 25, 30, 30, 35 m • Tipikuskábelhossz: 30, 35 ,40, 45 m • Kábel fajlagos csillapítása: 0.07 [dB/m] (1/2’’-os kábel) • Hardverparaméterek/hardver kiválasztása • BTS maximális kimenő teljesítménye: 45.5dBm • 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

20. Tervezési mintafeladat (Budapest) • Tervezési paraméterek • MS kimenő teljesítménye: 33 dBm • MS érzékenysége: -104 dBm • Épületfal okozta csillapítás: 25, 23, 17, - dB • Gépkocsi-karosszéria okoztacsillapítás: 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

21. Tervezési mintafeladat (megoldás)

22. Tervezési mintafeladat (megoldás)

23. Tervezési mintafeladat (megoldás)