24 - ursi.org.tr

Transkript

24 - ursi.org.tr

URSI-TÜRKİYE’2014 VII. Bilimsel Kongresi, 28-30 Ağustos 2014, ELAZIĞ
GSM-HÜCRE PLANLAMA YÖNTEMI
OGR. GOR. AHMET KIRDAR
DOC. DR. ASKIN DEMIRKOL
Sakarya Üniversitesi
Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
Esentepe, Sakarya
[email protected]
[email protected]
Özet: Bu bildiri üç bölümden oluşur ilk bölüm GSMın genel özelliklerini ve mimari yapısnıi sunar, İşletim ve
Destek Sistem OSS, Anahtarlama sistem SS, Baz İstasyon sistem BSS; özellikle BSS sistemde bulunan TRX sayisi
ve Taşıyıcı frekansların kullanması; ikinci bölüm Hücre planlama yöntemi ve alti adet adimlarini sirasi ile sunar,
Trafik ve Kapsama Alanı Analizi, Nominal Hücresel Planlama, Incelemeler, Sistem Dizaynı, Uygulama, Sistem
Ayarı, ucuncu bolum, Trafik ve nufus matmetik hesaplama yontemini sunar. Planlama yönteminden sonra pratik
hesaplama yapilir, 20,000 nüfuslu bir şehrin kaç Baz istasyonu ve kac adet taşıyıcı frekansı kullanması gerekir.
Erlang B-Table kullanarek, Trafik 25Em (0.025)E her abone icin.
Abstract; This report divided to three parts.
First part designed to provide an overview of the GSM system.
GSM network is divided into three major systems:
Switching System (SS), Operation and Support System (OSS). Base Station System (BSS), It
will address BSS components, functions and features. It will also cover some of the basics about TRX
(Transceiver unit), Carrier fraquencies.
Second part designed to provide an introduction to cell planning Process.
Explains briefly the major steps in cell planning process and what elements they contain.
Traffic and Coverage Analysis, Nominal Cell Plan, Surveys, System Design, Implementation, System Tuning.
Third part;Calculations, Traffic and Coverage, Cellplanning for the 20.000 subscribers. Calculating number of
number of Sector and TRXin each BTS (Base Stations), Carriers frequency needed in this area, using Erlang Btable with Traffic: 25 mE (0.025) E per subscriber, with Gos (%2).
1- GSM’İN GENEL ÖZELLİKLERİ
GSM Ağ Donanımı
Her hücre sistemi kendine özel bir donanıma sahiptir ve donanımın her parçası bulunduğu hücreye özgü
özelliklere sahiptir
Ağdaki temel sistemler:
• İşletim ve Destek Sistem (Operation and Support System OSS).
• Anahtarlama sistem (Switching System SS).
•Baz Istasyon sistem (Base Station System BSS).
Sistem Şekil 1de gösterilmiştir.
Şekil 1. GSM Sistem modeli
1.1 İşletim ve Destek Sistemi (OSS)
GSM sistemi yönetimi için OSS aşağıdaki materyallerle birlikte kullanılır.
•
Hücresel ağ yönetimi (Celluler network administration).
•
Ağ işletim desteği (Network operation support).
1.2 Anahtarlama Sistemi (Switching System SS)
• Mobil Servis Anahtarma Merkezi (MSC)
•
Ziyaretçi Konum Kaydı (VLR)
•
MSC Çıkışı (MSC)
•
Emniyet Merkezi (AUC)
•
Ekipman Kimlik Kaydı (EIR)
•
Interworking Bölgesel Kaydedici(ILR)
•
Kısa Mesaj Servisi-MSC Çıkışı(SMS-GMSC)
•
MSC (SMS-IWMSC) ve Data Transmisyon Arayüzü (DTI)
Şekil
2. Anahtarlama sistemi SS
1.3 Baz İstasyon Sistemi (BSS)
Baz istasyon sistemi iki ana kısımdan oluşur.
• Baz istasyon Kontrolü (Base Station Controller BSC).
• Baz Alıcı-Verici İstasyonu (Base Transceiver Station BTS).
Şekil 3. Baz istasyon sistemi BSS
• Baz istasyon Kontrolü (Base Station Controller BSC).
Baz istasyon kontrolörü BSS’ nin merkez noktasıdır. BSC radyo ağlarını yönetir ve aşağıdaki özellikleri takip
eder:
• Mobil istasyon bağlantısını alma ve bırakma
• Radyo ağ idaresi
• Konuşma kodlaması ve oran adaptasyonu
• Trafik yoğunluğu
• BTS’ nin iletim yönetimi
• BTS’ nin uzaktan kumanda edilmesi
BSC, radyo haberleşme ağında daha fazla İhtiyaç duyulan haberleşme gereksinimi gidermek amacıyla
tasarlanmıştır. BSC, MSC' de bulunan radyo bağlantılı fonksiyonların bir çoğunun ayrı bir yerdeki noktada
toplanması ile oluşturulmuştur. Böylece MSC' nin telefon ile bağlantılı fonksiyonlarının ve servislerinin üzerine
konsantre olması,bağımsız olarak geliştirilebilmesi sağlanmıştır.
• Baz Alıcı-Verici İstasyonu (Base Transceiver Station BTS).
BTS bir hücrede istenen bütün radyo ve iletim ara yüz ekipmanlarını içerir. Her BTS bir veya daha fazla
frekans çiftini kullanır. Bir frekans sinyalleri mobil istasyona iletir, biri mobil istasyonda sinyalleri alır. Bu
nedenle en azından bir verici ve alıcı kullanılmalıdır.
Farklı GSM Ağları
GSM 900/800 ve GSM 1900 için farklı frekans bantları kullanılır. Bazı ülkelerde bir tek operatör bütün
frekanslar için yetkiliyken bazı ülkelerde ise operatörler ihale usulü frekansları paylaşır
Network tipi
Frekans Bandı UL/DL
Uygulama
GSM 900
890-915/935-960 MHz
GSM 900
GSM 1800
GSM 1900
1710-1785/1805-1880 MHz
1850-1910/1930-1990 MHz
GSM 1800
GSM 1900
Şekil 4. GSM Ağı İçin Frekans Bandı
GSM 900 ve GSM 1800
GSM ve DCS birbirinden çok küçük farklarla ayrılan iki hücresel mobil telefon sistemidir. Bu sistemler
arasındaki en belirgin farklılaşma kullanım bantlarında ortaya çıkmaktadır. DCS , 1710-1880 MHZ bandında
çalışmaktadır ve sistem kanal sayısı 375'tir. 900MHz bandında 124 kanaldan oluşan bir bant ayrılmıştır.
Alıcı-verici ünitesi (TRU=TRX)
8 zaman slotlu bilginin hava arayüzlerinde işlenmesi için gerekli verici ve alıcı devresinden oluşur. TRU verici
ve alıcının test edilmesinde kullanılan RF ölçüm devrelerini içermektedir.
Hava arayüzü (Air Interface)
Hava arayüzü, BTS ve MS arasındaki trafik ve sinyalleme bilgisini almak ve tekrar iletmek için Zaman Bölmeli
Çoğullama (TDMA) tekniğini kullanır. TDMA tekniği her bir taşıyıcıyı 8 zaman slotuna ayırmak içinkullanılır.
Bu zaman slotları kullanıcılara tahsis edildikten sonra, aynı taşıyıcıyla aynı anda 8 konuşmanın gerçekleşmesine
izin verir.
Şekil 5. 8 Kanali TRX, TDMA Kavrami
Şekil 6. 2Mbps PCM kablosunun 32 kanali (E1) için A-bis arayüzü
2- GSM HÜCRESEL PLANLAMA YÖNTEMI
Hücresel Planlama İşlem Sırası
Hücresel planlama hangi bölgeler için hangi haberleşme ekipmanlarının kullanılacağını, ekipmanların nasıl
konfigüre edileceğini anlatan aktiviteler olarak tanımlanmıştır.
İnterferanstan kaçınamak ve kapsanan alandan emin olmak için hücresel ağlar belirli bir plan dâhilinde
gerçekleştirilir. Asagi Şekilde işlemler sırasıyla gösterilmiştir.
Şekil 7. Hücre planlama süreci
2.1 Trafik ve Kapsama Alanı Analizi
(Traffic and Coverage Analysis)
Hücre planlama yönteminin 1. basamağı kapsama alanı analizi ve bölgedeki trafik yoğunluğunun incelenmesidir.
Bu analiz sonucunda bölgenin coğrafi yapısı ve ihtiyaç olunan kapasite hakkında bilgi elde edilir. Elde edilen
bilgi türleri:
• Maliyet
• Kapasite
• Kapsama alanı
• Servis derecesi(GoS-Grade of Service)
• Uygun frekanslar
• Konuşma kalite içeriği
• Sistem gelişim kapasitesi şeklindedir.
Trafik talebi(sisteme ne kadar konuşmacının katılacağı ve ne kadar trafik oluşacağı) hücresel ağ mühendisliğinin
temelini oluşturur. Trafik talebinin coğrafi dağılımı demografik bilginin kullanımıyla tahmin edilebilir.
Örneğin:
• Nüfus dağılımı
• Araba kullanım dağılımı
• Giriş seviye dağılımı
• Alan kullanım bilgisi
• Telefon kullanıcı istatistikleri
• Abone isteği, arama talebi ve mobil istasyon ücreti gibi diğer faktörler
2.2 Nominal Hücresel Planlama
(Nominal Cell Plan)
Trafik ve kapsama alanı analizinden elde edilen bilgiler düzenlendiğinde nominal bir hücre planı oluşur.
Nominal hücre planı; bir harita üzerindeki hücresel modele benzeyen ağın grafiksel temsilidir.
Nominal hücre planlama ilk hücresel planlama yöntemidir ve hücresel planlama formlarının temelini oluşturur.
Nominal hücresel planlama genellikle bir veya iki kapsama alanı tahminiyle birlikte planlamada kullanılır.
2.3 İncelemeler (Surveys)
Nominal hücresel planlama yapıldıktan sonra interferans ve kapsama alanı tahminlerini doğrulamak için radyo
ölçümleri kullanılır. Radyo ekipmanlarının yerleştirileceği yerler tespit edilir. Bir hücresel ağ planlanacağı
zaman seçilen yerin uygun yer olup olmadığına dikkat edilmesi gerekir.
2.4 Sistem Dizaynı (System Design)
Planlama işlemleriyle optimize ettiğimiz güvenilir tahminleri kullanarak RBS ekipmanları, BSC ve MSC’ nin
yerleştirileceği yerler belirlenir. Plan bu son haliyle uygulamaya geçilir. Bu
plan daha sonra sistem
yüklemesi sırasında kullanılır. Ayrıca bütün hücre parametrelerini içeren hücre tasarım bilgisi(CDD-Cell Design
Data) her hücre için tanımlanır.
2.5 Uygulama (Implementation)
En son sistem tasarımını ve hücresel planlamayı takip ederek sistem yüklemesi, hizmete sokulumu ve test edimi
gerçekleştirilir.
2.6 Sistem Ayarı (System Tuning)
Sistem yüklendikten sonra taleplerin ne kadar verimli karşılanabileceği konusunda bir sonuca varılır. Buna
sistem ayarı denir ve içeriği şöyledir:
• En son yapılan hücre planının doğru uygulanıp uygulanmadığı test edilir.
• Müşteri şikâyetleri göz önünde bulundurulur.
• Kabul edilebilir bir ağ performansının olup olmadığı test edilir.
• İhtiyaç olması halinde parametreler değiştirilir ve başka ölçümler kullanılır.
Trafik ve kullanıcı sayısının artması durumunda eski ayarlar gözden geçirilir. Sonuçta sistem yeni dâhil olan
kullanıcıları ve artan trafiği kaldırılabilecek noktaya getirilir. Bu noktaya gelindiğinde bir trafik ve kapsama alanı
analizi yerine getirilir ve hücresel planlama halkası tekrar başlatılır.
Trafik ve Kanal Hacmi (Traffic and channel Dimensioning)
Hücresel sistem kapasitesi farklı faktörlere bağlıdır. Bunlar arasında;
• Veri ve/veya ses için kanal sayısı
• Kullanıcıların sistemde karşılaştığı servisin derecesi (Grade of service Gos)
Trafik teorisi faydalı tahminler içerir. Örneğin; bir hücre için istenen kanal sayısı. Bu tahminler; seçilen sisteme
ve kullanıcıların varsayılan veya gerçek davranışlarına bağlıdır.
Trafik nedir? Trafik kanalların kullanımına bağlıdır, bir kanalin kullanma suresi bir dilim zamaninda süresi,veya
(bir saatteki arama sayisi). Trafik Erlang’la (E) ölçülür. Örneğin; eğer bir kullanıcı telefondaysa surekli bir saat
bir Erlang (E) oluşturur bir saatte.
Bir hücrenin taşıyabileceği trafik miktarı kullanılabilir olan trafik kanalına ve kabul edilebilir tıkanıklık
miktarına bağlıdır. Bu GoS(Grade of Service-Servis Derecesi) kullanıcı davranışına bağlı olan değişim bu soruya
verilecek olan cevabı yanıtlar. Bir Danimarka trafik teorisyeni tarafından Erlangın bulunduğu B-tablosu baz
alınarak projeler oluşturulur. Bu kabuller:
Erlang B-tablosu trafiğin istediği trafik kanallarının sayısıyla (GoS) bağlantılıdır.
Bu ilişki asagi Şekil’de tablolanmıştır. Bir hücrenin iki TRX sahip olduğunu farz edersek, ve her TRX 8 kanal
var, ilk TRXin iki kanali kontrol kanalidir (BCCH ve SDCCH). B Tablo kullanarak.
Eğer kullanıcı başına ortalama trafik açısından bir tahmin yapılırsa ortalama trafiğin 15-20 mE olduğunu
göstermiştiryani sabit deger (0.025)E.
2 TRX, 2×8-2=14 trafik kanalı ve %2 lik bir GoS’u kabul edebilirse istenilen trafik A=8.2003 E olur.
A=8.2 / 0.025=328 ,
2 adet TRX 328 kisiye hizmet verir.
3 TRX, 3x8-2=22 trafik kanalı ve %2 lik bir GoS’u kabul edebilirse istenilen trafik A=14.896 E olur.
A=14.896 / 0.025=596, 3 adet TRX 596 kisiye hizmet verir.
Şekil 8. Erlang B-tablo parçası
(yokari yetay Gos, sag dikey trefik kanal)
3- 20,000 NÜFUSLU BİR ŞEHRİN HÜCRE PLANLAMASI
Hesaplama;
20,000 Nufuslu bu sehirde kac baz istasyonu BTS, TRX, Tasyici Frekansi kullanmasi gerekir.
Bu şehrin nüfus yoğunluğu üç bölgeye ayrıldığı varsayılmıştır, Bölgeler A, B ve C şeklindedir.
A bölgesi 2,000 abonesi olan bir bölgedir.
B bölgesi 8,000 abonesi olan bir bölgedir.
C bölgesi 10,000 abonesi olan bir bölgedir.
Bölge A, B ve C hücre planlama hesabı: 2 Kanal (BCCH, SDCCH) her hucre’de Kontrol Kanalidir, kalanTrafik
(kunusma) kanalidir, B-Tablo’ye gore Gos=2%.
Her TRX’de 8 Kanal (Time slots) var.
2 TRX=(2x8)-2=14 Trafik (kunusma) Kanali. B-tablosuna göre (GRADE OF SERVIC Gos=2%)
14 kanalın bir hucre’de ERLANG, Acell=8.2003E
Bir abone ERLANG sabit deger, Asub=0.025E
Acell=8.2003E ÷ Asub=0.025E=328 kişidir. 2 TRX bir saatte bir hucre’de (328) aboneye hizmet verir,
3 hucre’de ise (328x3)=984 kişidir.
A Bölgede nüfusu 2000 olduğundan ihtiyaç duyulan baz istasyonu (BTS) sayısı
2000 ÷ (328x3)≈2 BTS Baz Istasyonu olur.
B bölgesinin hücre planlama hesabı:
B bölgesinin hücre planlama hesabı: 2 Kanal her hucre’de Kontrol Kanalidir, kalanTrafik (kunusma) kanalidir
3 TRX=(3x8)-2=22 Trafik (kunusma) Kanali. B-tablosuna göre, (GRADE OF SERVIC Gos=%2)
Acell=14.896E ÷ Asub=0.025E=595 kişidir. 3 TRX bir saatte bir hucre’de 595 aboneye hizmet verir,
B Bölgede nüfusu 8000 olduğundan ihtiyaç duyulan baz istasyonu (BTS) sayısı
C bölgesinin hücre planlama hesabı: 2 Kanal her hucre’de Kontrol Kanalidir, kalanTrafik (kunusma) kanalidir
4 TRX=(4x8)-2=30 Trafik (kunusma) Kanali. B-tablosuna göre (GRADE OF SERVIC Gos=%2)
Acell=21.932E ÷ Asub=0.025E=877 kişidir. 4 TRX bir saatte bir hucre’de 877 aboneye hizmet verir,
C Bölgede nüfusu 10,000 olduğundan ihtiyaç duyulan baz istasyonu (BTS) sayısı
BOLGE
TASYICI
TRX
TRAFIK
ERLANG
ABONE
FREKANS
SAYISI
KANAL
E
SAYISI
A(cell2/2/2)
2
2
16-2=14
8.2003 ÷ 0.025
328
B(cell3/3/3)
3
3
24-2=22
14.896 ÷ 0.025
595
C(cell4/4/4)
4
4
32-2=30
21.932 ÷ 0.025
877
Şekil 9. TRX DEGITIMI
2.000 Abone A Bolge :
BTS Sayisi (cell 2/2/2) = 2.000/(328x3) ≅ 2 BTS A Bolge
8.000 Abone B Bolge:
BTS Sayisi (cell 3/3/3) = 8.000/(595x3) ≅ 5 BTS B Bolge
10.000 Abone C Bolge:
BTS Sayisi (cell 4/4/4) = 10.000/(877x3) ≅ 4 BTS C Bolge
TOPLAM; TRX, BTS, TASYICI FREKANS.
A,B VE C Bolgeler
BTS=A+B+C=2+5+4=11 BTS
TRX=A+B+C=(cell 2/2/2)+ (cell 3/3/3)+ (cell 4/4/4)=27 TRX
Tasyici Frekans Sayisi=27 T Frekans
HUCRE
A1
B1
C1
A2
B2
C2
A3
B3
C3
TASYICI
1
2
3
4
5
6
7
8
9
FREKANS
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
GRUPLARI
Şekil 10. 3/9 cluster Hücre Planındaki 27 Frekans
Şekil 11. 4 BTS 4/12 cluster
Şekil 12. 3 BTS 3/9 cluster
Şekil 13. GSM 900 için 124 Tasyici Frekanslari (ARFCN)
CH
1
MSTx
BTSTx
Up Link Down
890.000 935.000
CH
43
BTSTx
MSTX
Up Link Down Link
898.400 943.400
CH
85
BTSTx
MSTX
Up Link Down Link
906.600 951.800
898.600
898.800
943.600
943.800
86
87
907.000
907.200
952.000
952.200
2
3
890.200 935.200
890.400 935.400
44
45
4
890.600 935.600
46
899.000
944.000
88
907.400
952.400
5
890.800 935.800
47
899.200
944.200
89
907.600
952.600
6
891.000 936.000
48
899.400
944.400
90
907.800
952.800
7
891.200 936.200
49
899.600
944.600
91
908.000
953.000
8
891.400 936.400
50
899.800
944.800
92
908.200
953.200
9
891.600 936.600
51
900.000
945.000
93
908.400
953.400
10
891.800 936.800
52
900.200
945.200
94
908.600
953.600
11
892.000 937.000
53
900.400
945.400
95
908.800
953.800
12
892.200 937.200
54
900.600
945.600
96
909.000
954.000
13
892.400 937.400
55
900.800
945.600
97
909.200
954.200
14
892.600 937.600
56
901.000
946.000
98
909.400
954.400
15
892.800 937.800
57
901200
946.200
99
909.600
954.600
16
893.000 938.000
58
901.400
946.400
100
909.800
954.800
17
893.200 938.200
59
901.600
946.600
101
910.000
955.000
18
893.400 938.400
60
901.800
946.800
102
910.200
955.200
19
893.600 938.600
61
902.000
947.000
103
910.400
955.400
20
893.600 938.800
62
902.200
947.200
104
910.600
955.600
21
694.000 939.000
63
902.400
947.400
105
910.800
955.800
22
894.200 939200
64
902.600
947.600
106
911.000
956.000
23
894.400 939.400
65
911.200
956.200
694.600 939.600
66
947.800
948.000
107
24
902.800
903.000
108
911.400
956.400
25
894.800 939.800
67
903.200
948.200
109
911.600
956.600
26
895.000 940.000
68
903.400
948.400
110
911.800
956.800
27
895.200 940.200
69
903.600
948.600
111
912.000
957.000
28
895-400 940.400
70
903.800
948.800
112
912.200
957.200
29
895.600 940.600
71
904.000
949.000
113
912.400
957.400
30
895.800 940.800
72
904.200
949.200
114
912.600
957.600
31
696.000 S41.000
73
904.400
949.400
115
912.800
957.800
32
896.200 941200
74
904.600
949.600
116
913.000
958.000
33
696.400 S41.400
75
904.800
949.800
117
913.200
958.200
34
896.600 941.600
76
905.000
950.000
118
913.400
958.400
35
896.800 941.600
77
905.200
950.200
119
913.600
958.600
36
897.000 942.000
78
905.400
950.400
120
913.800
958.800
37
897.200 942.200
79
905.600
950.600
121
914.000
959.000
38
897.400 942.400
80
905.800
950.800
122
914.200
959.200
39
897.600 942.600
81
906.000
951.000
123
914.400
959.400
40
897.800 942.800
82
906.200
951.200
124
914.600
959.600
41
898.000 943.000
83
906.400
951.400
125
914.800
959,800
42
898.200 943.200
84
906.600
951.600
126
915.000
960.000
KAYNAKLAR
[1]. GSM Cell Planning Principles, Ericson Radio Systems AB, STOCKHOLM, Sewden 1997.
[2]. GSM RBS 2000 Basics, Ericson Radio System AB, STOCKHOLM, Sewden 1998.
[3]. GSM Cell Planning Workshop, Ericson Radio System AB, STOCKHOLM, Sewden 1999.
[4]. Radio Network Tuning, Ericson Radio System AB, STOCKHOLM, Sewden 1998.
[5]. GSM AXE Overview, Ericson Radio System AB, STOCKHOLM, Sewden 1999.
[6]. Ahmet KIRDAR, Cell planning, Master Thesis, Near East University, KKTC, Lefkosa, 2002.
[7]. Beyda. William J, Data communications, Prentice Hall International Editions, 1993.
[8]. Calhoun G, Digital Cellular Radio, Artech House, 1988.
[9]. Jack Quin, Digital Data Communications. Prentice Hall International Editions, 1995.
[10]. Fakhreddin Mamedov, Telecommunications, Near East University, KKTC, Lefkosa, 2000.

24 - ursi.org.tr

Transkript

Benzer belgeler

Makaleyi Oku

WWAN Wireless Wide Area Network Kablosuz Geniş Alan Ağı

Zenith25 Pro Serisi - GeoMax

Türk Halk Müziği Doç - Hacettepe Üniversitesi Seçmeli Dersler

Bilgi Kitabı Fas.48-Sh.690 için tıklayınız

gps/gsm tabanlı takip cihazı

PDF - Isonem

Bilgisayar - Elektronik Eşya Alımı