Upload
jubal
View
74
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
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) - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
GSM Rádiós Hálózat Tervezése
Példa Hegyi Barnabás kidolgozásábanTávközlő 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
• 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)
0TTki
be
NSNS
F
0
1TTF red
GkBP
T sajátzajred
,
Pzaj,saját
G
kTBGkTB + Pzaj,saját
G
G
Gk(T+Tred)Bk(T+Tred)B
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
(S/N)bedB-(S/N)ki
dB=FdB
F(S/N)be
Ta=290K
Pzajbe=kBTa=-120dBmB=200kHz
(S/N)ki
Sens[dBm]=(S/N)ki,refdB+FdB -120dBm
(S/N)bedB-(S/N)ki
dB=FdB
F(S/N)be
Ta=290K
Pzajbe=kBTa=-120dBmB=200kHz
(S/N)ki
Sens[dBm]=(S/N)ki,refdB+FdB -120dBm
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
Antenna
• r, , gömbkoordináták• S(r, , ) teljesítmény-
sűrűség
• Pbe bemenő teljesítmény hatásfok• G(, ) teljesítmény-
iránykarakterisztika• G nyereség
• www.kathrein.de
,4
,, 2 GrPrS be
,max,GG
Tower Mounted Amplifier (TMA)
• UL összeköttetés erősítése– Lf kiküszöbölése– BTS érzékenység javítása
• Vételi referencia pont– TMA nélkül: BTS „előtt”– TMA-val: TMA „előtt”
G1 G2 G3
F1 F2 F3
…
...11
21
3
1
21
GGF
GFFF
Friis-formula:
G1 G2 G3
F1 F2 F3
…
...11
21
3
1
21
GGF
GFFF
Friis-formula:
TMA (2)
• TMA nélkül
• TMA-val– S/N javulás: 5.2 dB– Érzékenység javulása
(vételi referencia ponton): 1.2 dB
Gf=-4dB
Ff=-Gf=4dB
GBTS
S/N=10dB
S/N=6dB
FBTS=2dB
S/N=4dB
vételi referenciapont
F = 6dB
Gf=-4dB
Ff=-Gf=4dB
GBTS
S/N=10dB
S/N=6dB
FBTS=2dB
S/N=4dB
vételi referenciapont
F = 6dB
GTMA=12dB
FTMA=0.1dB
GBTS
FBTS=2
S/N=10dB
Gf=-4dBFf=4dB
S/N=9.9dB
S/N=9.5dB
Gf=-10dB
S/N=8dB
S/N=9.2dBS/N=7.1dB
vételi referenciapont
F = 0.8dB
GTMA=12dB
FTMA=0.1dB
GBTS
FBTS=2
S/N=10dB
Gf=-4dBFf=4dB
S/N=9.9dB
S/N=9.5dB
Gf=-10dB
S/N=8dB
S/N=9.2dBS/N=7.1dB
vételi referenciapont
F = 0.8dB
L csillapítású kábel zajtényezője:
0
)1(1TTLF
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)
BTS MS
Lf
Ga
PoutBTS
PoutMS
Lpath
BTS vételi referenciapont
BTSBTS MS
Lf
Ga
PoutBTS
PoutMS
Lpath
BTS vételi referenciapont
BTS
MS
Lf
Ga
PoutBTS
PoutMSLpath
TMALTMA
(Gdiv)
BTS vételi referenciapontBTS
MS
Lf
Ga
PoutBTS
PoutMSLpath
TMATMALTMA
(Gdiv)
BTS vételi referenciapont
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 szakacsillapítás, tartalékokhoz és egyéb csillapításokhoz kapcsolódó jelenségek hatását nem tartalmazza
Cellaterület
• Körsugárzó állomás • Szektorizált állomás
R
R
2
233 RA 2
839 RA
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 TMA nélkül TMA-val TMA nélkül TMA-val TMA nélkül TMA-val
PoutMS 33 dBm 33 dBm 33 dBm 33 dBm 33 dBm 33 dBm 33 dBm 33 dBm
Gdiv 3.5 dB 3.5 dB 3.5 dB 3.5 dB 3.5 dB 3.5 dB 3.5 dB 3.5 dB
Lf - 2.1 dB - 2.45 dB - 2.8 dB - 3.15 dB
LTMA - 0.3 dB - 0.3 dB - 0.3 dB - 0.3 dB
BTSsens -110 dBm -111.5 dBm -110 dBm -111.5 dBm -110 dBm -111.5 dBm -110 dBm -111.5 dBm
MSsens -104 dBm -104 dBm -104 dBm -104 dBm -104 dBm -104 dBm -104 dBm -104 dBm
PoutbalBTS 42.5 dBm 46.4 dBm 42.5 dBm 46.8 dBm 42.5 dBm 47.1 dBm 42.5 dBm 47.5 dBm
PoutmaxBTS 45.5 dBm 45.5 dBm 45.5 dBm 45.5 dBm 45.5 dBm 45.5 dBm 45.5 dBm 45.5 dBm
PoutBTS 42.5 dBm 45.5 dBm 42.5 dBm 45.5 dBm 42.5 dBm 45.5 dBm 42.5 dBm 45.5 dBmsűrű városi városi külvárosi vidékies
MSsens -104 dBm -104 dBm -104 dBm -104 dBmIFmarg 2 dB 2 dB 2 dB 2 dBRFmarg 3 dB 3 dB 3 dB 3 dBLNFmarg 9.9 8.4 6.8 0.5BPL 25 dB 23 dB 17 dB -CPL - - - 6 dBBL 5 dB 5 dB 5 dB 5 dBSSdesign -59.1 dBm -62.6 dBm -70.2 dBm -87.5 dBm
Tervezési mintafeladat (megoldás)
sűrű városi városi külvárosi vidékies
TMA nélkül TMA-val TMA nélkül TMA-val TMA nélkül TMA-val TMA nélkül TMA-val
PoutBTS 42.5 dBm 45.5 dBm 42.5 dBm 45.5 dBm 42.5 dBm 45.5 dBm 42.5 dBm 45.5 dBm
Lf 2.1 dB 2.1 dB 2.45 dB 2.45 dB 2.8 dB 2.8 dB 3.15 dB 3.15 dB
LTMA - 0.3 dB - 0.3 dB - 0.3 dB - 0.3 dB
Ga 16.5 dBi 16.5 dBi 16.5 dBi 16.5 dBi 16.5 dBi 16.5 dBi 16.5 dBi 16.5 dBi
SSdesign -59.1 dBm -59.1 dBm -62.6 dBm -62.6 dBm -70.2 dBm -70.2 dBm -87.5 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 146.8 dB 146.8 dB 146.8 dB 136.9 dB 136.9 dB 123.3 dB 123.3 dB
Hb 25 m 25 m 30 m 30 m 30 m 30 m 35 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 kmAsite 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 13 km2 150 km2 150 km2 205 km2 205 km2 157 km2 157 km2
Nsite 26 19 125 91 29 21 1 1
Asite’ 0.5 km2 0.684 km2 1.2 km2 1.65 km2 7.07 km2 9.76 km2 157 km2 157 km2
Tervezési mintafeladat (megoldás)sűrű városi városi külvárosi vidékies
TMA nélkül
TMA-val TMA nélkül
TMA-val TMA nélkül
TMA-val 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 157 km2
densitysubsc. 1396 s/km2
1396 s./km2 319 s./km2
319 s./km2
160 s./km2
160 s./km2
8 s./km2 8 s./km2
trafficsubsc. 15 mE/s. 15 mE/s. 15 mE/s. 15 mE/s. 15 mE/s. 15 mE/s. 15 mE/s. 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 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 6.28 E
NTRX,site 6 6 6 6 6 6 6 6
NTRX,cell 2 2 2 2 2 2 2 2
NTCH,cell 15 15 15 15 15 15 15 15
GoS 2 % 2 % 2 % 2 % 2 % 2 % 2 % 2 %capacitycell 9.01 E 9.01 E 9.01 E 9.01 E 9.01 E 9.01 E 9.01 E 9.01 E
Kapacitás elegendő?
IGEN IGEN IGEN IGEN IGEN IGEN IGEN IGEN