GSM R

1
GSM Rádiós Hálózat Tervezése

• Példa Hegyi Barnabás kidolgozásában
• Távközlo Hálózatok Tervezése

2
A GSM rádiós hálózat tervezésének folyamata

• Bemeno 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)
• Végso cellaterv (final cellplan)
• Kezdeti rendszerhangolás (initial tuning)
• Átvételi vizsgálat (acceptance test)
• Kereskedelmi forgalomba helyezés (commercial
  launch)

3
Bemeno adatok definiálása (2)

• Telephely paraméterek
• Tipikus antenna magasság m
• Tipikus kábelhossz (feeder length) m
• Hardver paraméterek/hardver kiválasztása
• Bázisállomás (BTS base transciever) maximális
  kimeno teljesítménye dBm
• BTS érzékenysége dBm
• Rádióadóvevok (transciever TRX) maximális száma
  BTS-enként 1
• Antennanyereség dBi
• Rendszerparaméterek
• Frekvenciák száma 1
• Muködési frekvenciasáv (GSM 800, GSM 900, GSM
  1800, GSM 1900)

4
Bemeno adatok definiálása

• Terület adatok
• Területek típusa suru városi, városi, külvárosi,
  vidékies, utak
• Területek nagysága km2
• Forgalmi adatok
• Elofizetonkénti beszédforgalom mE/elofiz.
• Elofizeto-suruség elofiz./km2
• Blokkolási arány (grade of service - GoS)
• Lefedettségi követelmények
• Lefedettség típusa beltéri, kültéri,
  gépkocsibeli
• Lefedettségi valószínuség (coverage area
  probability - CAP)

5
Dimenzionálás

• Papír-ceruza tervezési módszer
• Durva becslés
• Nem veszi figyelembe a domborzatot (sík terepet
  feltételez)
• Egyszeru félempirikus terjedési modellekkel
  dolgozik
• Szabályos, hatszögrács állomásmintázat
• Nem veszi figyelembe a területtípusok
  szabálytalan elhelyezkedését
• Mikor alkalmazzák, alkalmazható, létjogosultság
• Térképi adatok hiányában
• Rövid tervezési határido esetén
• Tervezo program hiányában szuk 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 zajhomérséklet és zajtényezo

• Bemenetre redukált zajhomérséklet
• Az a bemeneti zajhomérséklet-többlet, amely
  esetén egy ideális zajmentes fokozatot alkalmazva
  ugyanannyi zajteljesítményt kapunk a kimeneten,
  mint a zajos fokozat alkalmazásakor eredeti
  zajhomérséklet esetén

Pzaj,saját
GkTB Pzaj,saját
kTB
G
G
Gk(TTred)B
k(TTred)B
G

• Zajtényezo
• A rendszer bemenetén illetve kimenetén mérheto
  jel-zaj viszonyok hányadosa (a jel-zaj viszony
  romlása) akkor, ha bemeneti zajhomérséklet éppen
  a referencia homérséklet (290K)

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 különbözo (3GPP TS 45.005)
• Méroszámokat 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 eloírtakat
• 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 modellekbol indul ki
• Az elméleti modellt mérési eredményekkel
  korrigálják
• Feltételezések
• Szabályos épületelrendezés (magasság, szélesség,
  orientáció, utcák szélessége)
• Sík domborzat
• Jelen dimenzionálásban használt modell (900 MHz)
  Lpath143.238log(d)-18log(Hb-17)
• Hm1.5m
• Hr18m
• w20m
• b40m
• f900 MHz
• HbgtHr

10
Antenna

• r, f, q gömbkoordináták
• S(r, f, q) teljesítmény-suruség
• Pbe bemeno teljesítmény
• m hatásfok
• G(f, q) teljesítmény-iránykarakterisztika
• G nyereség

• www.kathrein.de

11
Tower Mounted Amplifier (TMA)

• UL összeköttetés erosítése
• Lf kiküszöbölése
• BTS érzékenység javítása
• Vételi referencia pont
• TMA nélkül BTS elott
• TMA-val TMA elott

12
TMA (2)
L csillapítású kábel zajtényezoje

• TMA nélkül

• TMA-val
• S/N javulás 5.2 dB
• Érzékenység javulása (vételi referencia ponton)
  1.2 dB

13
Power Budgets

• Downlink Budget
• TMA nélkül PinMS PoutBTS-LfGa-Lpath
• TMA-val PinMS PoutBTS-Lf-LTMAGa-Lpath

• Uplink Budget
• TMA nélkül PinBTS PoutMS-LpathGa(Gdiv)-Lf
• TMA-val PinBTS PoutMS-LpathGa(Gdiv)

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 erosebb összeköttetés
• Lefedettség
• DL PinMS gt MSsens
• UL PinBTS gt BTSsens
• Számítás
• TMA nélkül
• PoutbalBTS PoutMS(Gdiv) BTSsensMSsens
• TMA-val
• PoutbalBTS PoutMS(Gdiv)LfLTMA
  BTSsensMSsens
• Felhasználás
• A gyengébbik összeköttetésre adódó maximális
  szakaszcsillapításból számítjuk a cella méretét

15
Cellasugár

• PoutBTS beállítása
• Ha PoutbalBTS gt PoutmaxBTS, akkor PoutBTS
  PoutmaxBTS
• Ha PoutbalBTS lt PoutmaxBTS, akkor PoutBTS
  PoutbalBTS
• Tartalékokkal és csillapításokkal korrigált
  tervezési jelszint számítása
• SSdesign MSsensIFmargRFmargLNFmarg(BPL)(CPL
  )(BL)
• Maximális szakaszcsillapítás számítása
• TMA nélkül Lpathmax PoutBTS-LfGa- SSdesign
• TMA-val Lpathmax PoutBTS-Lf-LTMAGa-
  SSdesign
• Cellahatótávolság (cell range) számítása
• R Lpath-1(Lpathmax)
• Terjedési modell által számolt
  szakacsillapítás, tartalékokhoz és egyéb
  csillapításokhoz kapcsolódó jelenségek hatását
  nem tartalmazza

16
Cellaterület

• Körsugárzó állomás

• Szektorizált állomás

17
Tervezési mintafeladat (Budapest)

• Bemeno adatok
• Területi adatok
• Területtípusok suru 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
• Elofizeto-suruség 1396, 319, 160, 8 elofiz./ km
• Lefedettségi követelmények
• Lefedettség típusa beltéri, beltéri, beltéri,
  gépkocsibeli
• Lefedettségi valószínuség 95, 95, 95, 90

18
Forgalmi tervezés

• Az épülo GSM hálózatok esetében általában a
  lefedettség a szuk keresztmetszet
• Egy cella kapacitásának számítása
• TRX-enként 8 idorés (time slot TS)
• Az elso (BCCH) TRX-en csak 7 idorés használható
  beszédforgalomra
• Capacitycell ErlangB(8 NTRX-1, GoS)
• Egy cella forgalmának számítása
• Trafficcell Acell densitysubscriber
  Trafficsubscriber
• Ellenorzés
• Ha Capacitycell gt Trafficcell, akkor nincs
  szükség az állomások számának növelésére
• Ha Capacitycell lt Trafficcell, akkor bovíteni
  kell az állomások számát, forgalmi tervezésre van
  szükség

19
Tervezési mintafeladat (Budapest)

• További bemeno 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 kimeno teljesítménye 45.5 dBm
• BTS érzékenysége
• TMA nélkül -110 dBm
• TMA-val -111.5 dBm (Lf lt 4dB)
• TRX-ek maximális száma BTS-enként 6
• Antennanyereség 16.5 dBi
• Rendszerparaméterek
• Frekvenciák száma 36
• Muködési frekvenciasáv GSM 900

20
Tervezési mintafeladat (Budapest)

• Tervezési paraméterek
• MS kimeno 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

21
Tervezési mintafeladat (megoldás)
suru városi suru városi városi városi külvárosi külvárosi vidékies 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 dBm
suru városi városi külvárosi vidékies
MSsens -104 dBm -104 dBm -104 dBm -104 dBm
IFmarg 2 dB 2 dB 2 dB 2 dB
RFmarg 3 dB 3 dB 3 dB 3 dB
LNFmarg 9.9 8.4 6.8 0.5
BPL 25 dB 23 dB 17 dB -
CPL - - - 6 dB
BL 5 dB 5 dB 5 dB 5 dB
SSdesign -59.1 dBm -62.6 dBm -70.2 dBm -87.5 dBm
22
Tervezési mintafeladat (megoldás)
suru városi suru városi városi városi külvárosi külvárosi vidékies 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 km
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 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
23
Tervezési mintafeladat (megoldás)
suru városi suru városi városi városi külvárosi külvárosi vidékies 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 elegendo? IGEN IGEN IGEN IGEN IGEN IGEN IGEN IGEN