Radioverkot

1. Radioverkot optimointi Tero Valkonen Raimo Vertanen

2. Sisältö • yleistä optimoinnista • optimoinnin välineet • radioverkon arviointi

3. optimointi • optimointi ja monitorointi • radiojärjestelmän suunnittelun viimeiset vaiheet • optimointi ja monitorointi linkitetty • sisältävät osin samoja mittauksia • seurannan (monitoroinnin) tuloksia käytetään koko radiosuunnitteluprosessin ajan hyödyksi • optimointi on radioverkkosuunnittelun viimeinen vaihe

4. optimointi • optimoinnin päätarkoitus on varmistaa sekä parantaa itse radiosuunnitelmaa ottamalla huomioon verkon kehittyminen kuten: • tilaajien määrän kasvu • radioliitynnän liikenne • peiton vaatimukset (sisä- ja ulkopeitto) • radiolähetyksen laatu • kaiken kaikkinen verkon toimivuus

5. optimointi • optimointia vaaditaan koska • tilaajavaatimukset • tukiaseman toiminnot • saatavilla oleva taajuuskaista vaihtuvat jatkuvasti

6. optimointi • verkon hienosäätö sisältää viimeiset ongelmanratkaisutoiminnot kuten: • tukiaseman konfiguraation vaihto • antennin kallistus tai/ja kääntö • radioparametrien muuttaminen • maston korkeuden muuttaminen • antennin sijaintipaikan vaihtaminen • tukiaseman siirtäminen

7. optimointi • vaadittavat toiminnot pitää selvittää askel askeleelta yrittäen aina välttää tukiasemien siirtäminen tai uusien tukiasemien rakentaminen • voivat silti olla ainut mahdollinen ratkaisu radioverkon laadun parantamiselle

8. optimointi välineet • jotta voidaan suorittaa onnistunut optimointityö tarvitaan eräitä olennaisia työvälineitä • voidaan jakaa kolmeen kategoriaan: • tietokanta työvälineet • radiosuunnittelun työvälineet • mittaus työvälineet

9. optimointi välineet • tietokantatyövälineitä vaaditaan käsittelemään tukiaseman konfiguraatioita • olennaiset radiosuunnitteluparametrit (esimerkiksi) kattavuuden suunnitteluun eivät automaattisesti sijaitse samassa tietokannassa • voi aiheuttaa paljon työtä optimointivaiheessa mikäli nämä tukiaseman konfiguroinnit on hoidettu huolimattomasti

10. optimointi välineet • radiosuunnittelutyökaluja tarvitaan tukiaseman peiton ja toiminta-alueen laskennassa ja erityisesti peittosuunnitelman jälkikäsittelyssä ennustamaan häiriöt ja jakamaan taajuuksia tukiasemapaikoille • joissakin tapaukissa edistyneet radioverkon simulaattorit voivat olla myös käytännöllisiä jos ne toimivat kunnolla

11. optimointi välineet • mittaustyövälineitä tarvitaan analysoimaan tuliaseman liikennettä, peittoa, puheen laatua ja kanavanvaihtoa naapuritukiasemille • mittaukset ala ja ylävirran suuntaan • tavallisesti vaaditaan eri työkaluja ylä- ja alavirran mittauksiin • verkon hallintajärjestelmä (NMS) kerää mittaus dataa ylävirran suuntaan • mobiiliasema/PC yhdistelmä käytetään mittaamaan alavirran suuntaan

12. optimointi välineet • NMS mittaa tyypillisesti radioverkon kapasiteettia (kapasiteetti Erlankeina ja estyminen) sekä toiminnallisuutta (kanavanvaihdot, kanavanvaihdon epäonnistumiset ja puheluiden estyminen) • tietyllä tukiasemalla tai tietyllä alueella • mihin vuorokauden aikaan tahansa

13. optimointi välineet • peitto ja laatu voidaan mitata yhdessä alavirran suuntaan ja nämä mittaukset kertovat • kentän voimakkuuden • BER:n ilman taajuushyppelyä • FER:n taajuushyppelyn kanssa • taajuuskanavan • naapuri tukiaseman taajuuskanavan • mittauksen sijainnin

14. optimointi välineet • edellä mainittuja mittauksia käytetään hyödyksi radioverkon arviointi vaiheessa • ne ovat myös olennaisia palvelun laatua (QoS) tarkasteltaessa • peitto • kapasiteetti • häiriöt • toimivuus

15. radioverkon arviointi • radioverkon arvioinnissa mittaukset (peitto, ym.) voidaan tehdä samanaikaisesti • ensin valitaan optimointialue joka sisältää ryhmän tukiasemia (10-20 kpl) • seuraavaksi mitataan tukiaseman toiminta-alue yhdessä BER:n tai FER:n, puhelun ja kanavanvaihdon onnistumisen kanssa • kertovat radioyhteyden estymisestä ja kanavanvaihdon onnistumisesta

16. radioverkon arviointi • kaikki mittaukset tehdään alavirran suunnassa MS/PC yhdistelmällä jolloin radioverkon suorituskyky voidaan määritellä tarkoissa MS:n sijaintipaikoissa • samaan aikaan NMS tilastolliset mittaukset keräävät tietoa ylävirran suunnan arvoista

17. radioverkon arviointi • vasta tämän ylä- ja alavirran tietojen keräämisen jälkeen voi varsinainen tulosten analysointityö alkaa • sen pohjalta päätetään mikä/mitkä suunnittelualueet (peitto, kapasiteetti vai häiriöt) vaativat optimointia

18. radioverkon arviointipeiton arviointi • tukiaseman peittoalue tarkistetaan ja mittaustuloksia verrataan radiosuunnittelun ennustuksiin • tämän vertailun pitäisi osoittaa mikäli esiintyy suuria eroja suunnitellun ja operatiivisen radioverkon peittoalueissa • mikäli suuria eroja esiintyy on aloitettava optimointityö

19. radioverkon arviointikapasiteetin arviointi • kapasiteetin arviointi tai analysointi alkaa usein avainsuoritusindikaattoreista • tulokset MSN:stä joka kertoo kokonaisliikenteestä tunneittain tukiasema tai aluekohtaisesti • estyneet puhelut • katkenneet puhelut

20. radioverkon arviointikapasiteetin arviointi • näitä alueen arvoja voidaan käyttää BSS:n käyttötehokkuuden analysointiin • tukiasemakohtaiset arvot kertovat yksityiskohtaisesti radioverkon toiminnasta • liikenne esto ja katkenneiden puheluiden tulokset tulee linkittää tukiaseman toiminta ja peittoalueen tietoihin

21. radioverkon arviointikapasiteetin arviointi • vasta tämän linkittämisen jälkeen voidaan aloittaa varsinainen kapasiteettiin rajoittuva kofiguroinnin hallintatyö

22. radioverkon arviointihäiriöiden arviointi • häiriöiden arviointi ja analysointi aloitetaan kun huonot avainmittarit tai BER/FER arvot antavat aihetta. • ensin varmistetaan radiosuunnittelun oikeellisuus • mahdollisesti muutetaan taajuusjakautumaa

23. radioverkon arviointihäiriöiden arviointi • usein käytetään ”top 10” strategiaa • selvitetään joka viikon 10 häiriöisintä tukiasemaa • tehdään niihin parannustoimenpiteitä laatuparamerien parantamiseksi • voi aiheuttaa 10 uutta häiriöistä tukiasemaa • laatuongelma ei näin ratkea vaan siirtyy toiseen paikkaan • tulisi käyttää harkitusti!

24. radioverkon arviointitoiminnallisuuden arviointi • hyvään peittoon ja tarpeeksi suureen kapasiteettiin perustuvassa häiriöttömässä radioverkossa voi silti esiintyä puheluiden katkeamista • usein merkki vääristä radioparametrien asetuksista joilla on suuri merkitys verkon toiminnallisuuden kannalta • parametrien ”viritys” on viimeinen seikkaperäinen osa optimointiprosessissa

25. radioverkon tarkistus ja viritys • konfiguraation hallintatyöhön liittyy vahvasti tukiaseman peiton ja kapasiteetin tasapaino • mitä laajempi toiminta-alue sitä suurempi liikenne tukiaseman kautta kulkee ja toisin päin • konfiguraation hallinnalla on pyrkimys maksimoida tukiaseman peitto ja kapasiteetti ottamalla huomioon kustannustehokkuus ja QoS (avainmittarit)

26. radioverkon tarkistus ja viritys • jotta tulostehokkuus ja QoS voidaan optimoida täytyy konfiguraation hallinta tehdä tietyn alueen sisällä (ryhmä tukiasemia) • peitto ja kapasiteettirajaoitteiset tilanteet pitää pystyä erottelemaan • konfiguraation hallintatyö erilainen

27. radioverkon tarkistus ja virityspeittoa rajoittava kofiguraatio hallinta • radioverkko pitää suunnitella peittorajoitteisesti erityisesti maaseudulla jossa tasainen peitto vaatii palvelua ja jossa kapasiteetti on tyypillisesti hyvin alhainen • on tärkeää tutkia peittoa tietyllä alueella ja/tai tietyllä välimatkalla • optimoidaan radioverkon kulut esim: • minimoimalla tukiasemien määrä tai • minimoidaan tukiasemien konfiguraatiot

28. radioverkon tarkistus ja virityspeittoa rajoittava kofiguraatio hallinta • tarvittavien tukiasemien määrä tietyllä alueella tai tietyllä välimatkalla riippuu pääasiassa: • valtiovallan säännöksistä • saatavilla olevista tukiaseman paikoista • topografisesta ympäristöstä • nämä ensisijaiset olosuhteet voivat aiheuttaa esim. että tietty määrä tukiasemia tarvitaan kattamaan tietty tieosuus mäkisestä maastosta ja saatavilla olevista tukiasemapaikoista johtuen

29. radioverkon tarkistus ja virityspeittoa rajoittava kofiguraatio hallinta • ei sillä, että tämä työ pitää tehdä, totta kai yksityiskohtaisella verkkosuunnittelulla, mutta se on myös olennainen osa verkon kehittymisen aikana kun otetaan uusia teknikoita kuten GPRS/EDGE/UMTS käyttöön (pitkän aikavälin suunnittelustrategia)

30. radioverkon tarkistus ja virityskapasiteetti rajoitteinen kogfig. • kapasiteetti rajoiteteinen konfiguraatio hallinta pitää tehdä tietyn alueen sisällä peittorajoitteisessa tapauksessa • työ ei ole niin helppoa ja kun yksinkertaista kun peittorajoitteisessa tapauksessa • peitto, etenkin sisäpeitto pitää ottaa huomioon suuren liikennetiheyden alueilla kapasiteetin kanssa

31. radioverkon tarkistus ja virityskapasiteetti rajoitteinen kogfig. • toiminta-alueella on olennainen merkitys kun tukiaseman peitto ja kapasiteetti linkitetään • peitto ja toiminta-alue täytyy tarkistaa ensin että voidaan määrittää voidaanko toiminta-aluetta muuttaa ilman, että menetetään sisäpeittoa • toiminta-alueen kokoa täytyy muuttaa, että saadaan liikennettä jokaiselle tukiasemalle

32. radioverkon tarkistus ja virityskapasiteetti rajoitteinen kogfig. • tukiaseman toiminta-aluetta voidaan muuttaa • kallistamalla tukiaseman antennia • muuttamalla aseman konfiguraatiota • perustamalla uusia tukiasema tai uusi aseman sijainti • jos kaikkien naapuritukiasemien toiminta-alueet on maksimoitu eikä toiminta-aluetta voida muuttaa konfiguraation hallinnalla liikennettä voidaan tasoittaa vain perustamalla uusi tukiasema

33. radioverkon tarkistus ja virityshäiriöiden havainnointi ja viritys • häiriöt radioliitynnässä merkitsevät ongelmia taajuus varauksissa tai taajuuksien hallinnassa ja nämä ongelmat voivat aiheutua epätarkasta kokoonpanon suunnittelusta (antennin kallistus ei käytössä) tai epätarkkuuksista peiton suunnittelun jatkuvuusmalleissa tai taajuussuunnittelu työkalusta

34. radioverkon tarkistus ja virityshäiriöiden havainnointi ja viritys • interferenssin syitä radiosuunnittelussa voi olla • mekaaniset suunnitteluvirheet (antennin kallistukset) • digitaalisen kartan laatuongelmat (digitoinnin laatu, koordinaattimuunnokset, tarkkuus ja resoluutio) • yleiset radiohäiriöt alueella

35. radioverkon tarkistus ja virityshäiriöiden havainnointi ja viritys • laatuheitot radioyhteyden jatkumisen ennustamisessa voivat johtua • parametrivirheestä suunnitellun ja työstetyn tukiaseman asetuksissa • virheet toteutuksessa (liittimet eivät kytkeydy kunnolla -> vesi pääsee antennikaapeliin ja aiheutta virhettä) • muutokset ympäristöolosuhteissa (uudet rakennukset, tiet, uusi asuinalue)

36. radioverkon tarkistus ja viritystoiminnallisuuden tarkistus ja viritys • radioverkko toimii oikein ja kustannustehokkaasti ainoastaan jos liikkuvuuden hallinta voidaan hoitaa • liikkuvuuden hallinnalla tarkoitetaan sitä, että radioyhteys tukiaseman ja MS:n välillä säilyy vaikka MS liikkuu • tarvitaan kanavanvaihtotoimenpide (handover) jolla MS vaihtaa tukiasemalta toiselle

37. radioverkon tarkistus ja viritystoiminnallisuuden tarkistus ja viritys • nämä kanavanvaihdot ja niiden parametrit kontrolloidaan radioparanmetreillä jotka voidaan jakaa seuraaviin luokkiin: • signalointi • radioresurssien hallinta • liikkuvuuden hallinta • mittaukset • kanavanvaihto ja tehon säätö

38. radioverkon tarkistus ja viritystoiminnallisuuden tarkistus ja viritys • radioverkkoon liittyvät (tukiasema-alijärjestelmä, BSS) parametrit ovat määritelty ohjaamaan kaikkia radioverkon parametreja • jos näiden parametrien asetukset eivät ole kunnolla suunniteltu ja tarkastettu radioverkko ei toimi kunnolla vaikka se olisi muuten suunniteltu kunnolla

39. radioverkon tarkistus ja viritystoiminnallisuuden tarkistus ja viritys • BSS parametrit voidaan jakaa kahteen pääryhmään: • ETSIN määrittelemiin parametreihin • kuvaavat GSM radiojärjestelmän perustoimintoja • BSS järjestelmän määrittelemiin parametreihin • ovat yhteensopivia ETSI:n parametrien kanssa • ovat tyypillisesti uudistuksia jotka parantavat signalointia, liikkuvuutta radioresursseja ja kanavanvaihtoa tai tehon ohjausta • ovat riippumattomia MS:n tyypistä->laaja käyttökelpoisuus

40. radioverkon tarkistus ja viritysBTS<->MS signalointi • signalointi tässä tapauksessa tarkoittaa radioliitäntäistä signalointia BTS:n ja MS:n välillä ylä- ja alavirran suuntaan ja pohjimmiltaan vaaditaan informoimaan MS:ää radioverkon kokoonpanosta ja informoimaan tukiasemalle MS:n sijainti kentällä • tarvitaan useampi signalointikanava asian hoitamiseen

41. radioverkon tarkistus ja viritysBTS<->MS signalointi

42. radioverkon tarkistus ja viritysradioresurssien hallinta • radioresurssien hallinta koskee radioyhteyden hallintaa tukiaseman ja MS:n välillä • tämä hallinta täytyy tehdä kun MS on joko IDLE tai DEDICATED tilassa • molemmissa tapauksissa MS:ää täytyy informoida pääsystä käyttämään tukiasemia tai tukiaseman radioresurssien käytöstä • samanaikaisesti radiojärjestelmä valvoo pääsyä ja MS:n käyttämiä radioresursseja

43. radioverkon tarkistus ja viritysradioresurssien hallinta • pääsyn hallinta molemmissa IDLE ja DEDICATED tiloissa sisältää ryhmän tunnisteita ja ryhmän parametreja jotka määrittelevät milloin tukiasemaa voidaan käyttää (todelliset ”pääsy parametrit”) • vastaavasti radioresursseja valvoo ryhmä parametreja jotka määrittelevät parhaan radiolaadun BTS<->MS yhteydelle

44. radioverkon tarkistus ja viritysradioresurssien hallinta • tunnisteet (IDLE tila) • eri tunnisteita tarvitaan erottelemaan eri radioverkot toisistaan • taajuudet erottelevat eri operaattorit samassa maassa, mutta raja-alueella sama taajuusalueet saattavat olla käytössä ja täten eri tunnisteita varmasti tarvitaan • radioverkon tunnisteet auttavat myös MS:ää tunnistamaan oman verkon tukiasemat joka on tärkeää laskutuksessa ja erityistilanteissa kuten hätäpuheluissa • lisäsi tunnisteita voidaan käyttää tiedon keräämiseen

45. radioverkon tarkistus ja viritysradioresurssien hallinta • pääsy (IDLE tilassa) • kun jokaisella tukiasemalla on oma tunnisteensa (BTS ID, BSIC, LAI), pääsy (tai pääsyn valvonta) tukiasemille eri MS:n sijainneissa pitää määritellä • pääsyn määrittely alkaa parametreilla jotka määrittelevät onko tämän tukiaseman käyttö sallittu

46. radioverkon tarkistus ja viritysradioresurssien hallinta • pääsy/tunnisteet (DEDICATED tilassa) • tukiaseman valinta on viimeinen vaihe IDL tilan ohjauksessa ennen MS:tä lähtevää tai siihen kohdistuvan puhelun (MOC/MTC) aloittamisprosessia • kun nämä menetelmät on aloitettu voidaan sanoa, että MS:ä on DEDICATED tilassa ja vaatii enemmän hallintaa • päähuoli radioresurssien hallinnalla on hallita radioresursseja taajuuksina ja aikalohkoina

47. radioverkon tarkistus ja viritysliikkuvuuden hallinta • signalointi pitää huolen keskustelusta verkon ja MS:n välillä ja pitää pääosin sisällään avaintietoa verkosta • radioresurssien hallinta sisältää tiedon radioelementtien kuten taajuuden ja aikalohkojen käytöstä • mittaukset ja kanavanvaihdot omanaan • liikkuvuuden hallintaa esiintyy kaikilla näillä osa-alueilla

48. radioverkon tarkistus ja viritysliikkuvuuden hallinta • liikkuvuuden hallinta voidaan ajatella radioresurssien hallintana alkaen IDLE tilasta DEDICATED tilaan ja viimein kattaen puhelun lopettamistoiminnot • IDLE tilassa verkko tietää ainoastaan sijaintialueen missä MS on ja käyttää tätä tietoa kutsumiseen • tämä takia MS:n täytyy tiedottaa verkkoa joka kerta kun sen sijaintialue muuttuu

49. radioverkon tarkistus ja viritysliikkuvuuden hallinta • lisäksi aikajaksottaista sijaintipäivitystä käytetään varmistamaan, että MS on yhä verkossa ja sijaintitieto on oikea • kun MS suorittaa kutsumisen tai vastaanottaa kutsun se aloittaa DEDICATED tilan ja verkko tietää MS:n sijainnin tukiasema tasolla koska verkko (master) valvoo radioresursseja sekä MS:n toimintoja

50. radioverkon tarkistus ja viritysmittaukset ja mittausprosessit • mittauksia vaaditaan ohjaamaan radioresursseja sekä liikkuvuuden hallintaan tarkoittaen, että verkon pitää tarjota paras palvelu MS:lle eri sijainneissa • jos naapuritukiasemalla on parempi laatu tai tehotaso täytyy suorittaa kanavanvaihto sille tukiasemalle kanavanvaihtokriteerien mukaisesti