Forum TETRA Polska III spotkanie, 15 marca 2007 r. Metody badania

Forum TETRA Polska
III spotkanie, 15 marca 2007 r.
Metody badania pokrycia sygnałem
radiowym w sieciach ruchomych
mgr inż. Aleksander Orłowski
e-mail: [email protected]
INSTYTUT ŁĄCZNOŚCI
PAŃSTWOWY INSTYTUT BADAWCZY
1
Trochę fizyki – propagacja fal
• emisja z punktu (antena BS) do obszaru komórki,
– w otwartej przestrzeni gęstość mocy S [W/m2]
maleje z odległością (1/d2) odbiornika od nadajnika
• odbicie (reflection) – fala napotyka obiekt, który jest
duży w porównaniu z długością fali, np. powierzchnię
gruntu, gładką ścianę budynku, przejeżdżający pojazd
• dyfrakcja (diffraction) – fala napotyka ostrą krawędź
przeszkody dużej w porównaniu z długością fali i za nią
ugina się, dochodzi do odbiornika mimo braku
bezpośredniej widoczności, np. w strefie "cienia" za
wysokim budynkiem)
• rozpraszanie (scattering) – fala napotyka obiekty,
których rozmiary są porównywalne lub mniejsze niż
długość fali, np. znaki drogowe, liście drzew
• skutek: do odbiornika dociera wiele fal składowych
2
Propagacja wielodrogowa (1)
• fale dochodzące różnymi drogami mają różne
amplitudy i opóźnienia (i fazy), – sumowanie wektorów,
wynik fluktuacje amplitudy i fazy (E), zaniki sygnału
A-Tx
A-R x
Moc
Cza s
3
Propagacja wielodrogowa (2)
• charakterystyki kanału zmieniają się w przy zmianie
miejsca i w czasie (zmiany powolne i szybkie),
• zanik powolny (slow fading, Raleigh fading):
"cień", rozpraszanie w przestrzeni
• szybkie fluktuacje mocy odbieranej (–30 dB, δ = 3 µs)
E [d B V/m ]
o dle g ło ś ć
4
Weryfikacja obliczeń
Rzeczywisty zanik "powolny" może się różnić od modelu ze
względu na:
• ukształtowanie terenu i jego naturalne pokrycie
• specyficzne warunki zabudowy (rodzaj budynków
i stosowane materiały)
• obiekty znajdujące się w pobliżu anteny nadawczej
Skutek. Obliczenia zawsze dla zakładanego procentu
pokrycia i procentu czasu. Konieczna empiryczna weryfikacja
pokrycia – porównanie wartości wymaganej
z mierzoną.
Dla planowania i działania sieci istotne również poziomy:
• zakłóceń wspólnokanałowych (TETRA: C/Ic = 19 dB)
• zakłóceń sąsiedniokanałowych
5
Podstawowe określenia
• zasięg (range) – odległość od nadajnika, w której
natężenie pola sygnału dla danej kombinacji rodzaju
odbiornika i anteny pozostaje powyżej minimalnego
użytecznego poziomu (zasięg użytkowy, zakłóceniowy)
• pokrycie (coverage) – obszar geograficzny, na którym
jest dostępna usługa sieci radiowej,
– kryteria dostępności usługi: natężenie pola, C/I, BER,
MER … i inne specyficzne dla badanego systemu
• prawdopodobieństwo pokrycia (location probability)
• czułość odbiornika (sensitivity) – minimalny poziom
sygnału pomiarowego na wejściu (złączu antenowym)
odbiornika, przy którym są spełnione określone
wymagania na jego wyjściu, np. S/N, BER, FER
6
Trochę teorii
• moc odbierana PI [W] z anteny izotropowej w polu
o natężeniu E [V/m], lub o gęstości S [W/m2]
E2
λ2
gdzie: λ jest długością fali,
PI =
S
S=
Z0 = 120 π
4π
Z0
• czułość odbiornika MS wg specyfikacji ETSI
[EN 300 392-2] dla π/4 DQPSK
- statyczna: –112 dBm,
- dynamiczna (dotyczy określonego kanału
logicznego, warunków propagacji (TU50, HT200)
i klasy odbiornika, BER, MER): –103 dBm
Uwagi. Co przy 400 MHz i antenie izotropowej odpowiada
E = 20,5 µV/m, lub E = 26 dBµV/m.
Dipol λ/2 na dachu samochodu ma zysk ok. 2 dBi
(1.6 W/W) stąd min. wymagane E = 24 dBµV/m
7
Budżet łącza (w dół) /*
•
•
•
•
czułość odbiornika: –103 dBm (może być lepsza)
zysk anteny: > 2 dBi MS przewoźna / 0 dBi noszona
tłumienie przez ciało 6 dB (dotyczy stacji noszonej)
margines na zakłócenia wspólnokanałowe 0 dB
(inne firmy dodają 2 dB)
• margines na powolny zanik: 9 dB
• penetracja do budynków: 10 dB
(inne firmy 10 ÷ 15 dB)
Wn. Wymagane natężenie pola dla MS noszonej > 8 dB
niż dla przewoźnej.
Dla pokrycia w budynkach dodatkowo > 10 dB.
Wartości stosowane w projektach różnych firm różnią się!
/* wg IP-EPStar TETRA World Congress 2004
8
Badanie pokrycia sygnałem radiowym (1)
Kiedy:
• za pomocą testowego nadajnika i odbiornika pomiary
tłumienia na wybranych trasach, reprezentatywnych dla
różnych środowisk w celu "dostrojenia" modeli
propagacyjnych
• po zbudowaniu fragmentu sieci w celu sprawdzenia
pokrycia (wykrycie luk) – jakości usług, poziomu
zakłóceń wspólnokanałowych i sąsiedniokanałowych
• w trakcie eksploatacji, wprowadzanie nowych usług lub
jako reakcja na skargi użytkowników dotyczące zasiegu
Czym:
• ruchome stanowiska pomiarowe:
– zbudowane w samochodzie (objazdy testowe wzdłuż
wyznaczonych tras, tzw. "drive test"),
– zestaw noszony, do testowania np. w tunelach, metro
9
Badanie pokrycia sygnałem radiowym (2)
Kryteria:
• wymaganą wartość natężenia pola Emin dla danej usługi
ustala się wg założeń projektu:
– dla ustalonej lokalizacji odbiornika, (receiving location)
jest mierzony procent czasu, gdy E(t) > Emin
– dla małych obszarów, np. kwadrat 100 × 100 m
– dla obszaru, który jest sumą ww. małych obszarów,
Metody pomiaru znormalizowane: np. zalecenia ITU-R
SM.1447 SM.1708, CEPT ERC/Rec/(00)08
• ze względu na szybkie fluktuacje pola pojedynczy
pomiar może przypadać na maks. lub min. Wartość
chwilową;
– wyniki wymagają uśrednienia (obliczania mediany)
• teoretyczne podstawy metodyki opracował W. C. Y. Lee.
– są znane jako "kryteria Lee"
10
Metoda pomiaru (metoda Lee)
Metoda opisana w podręczniku W. C. Y. Lee
i przyjęta w zaleceniach ITU-R oraz CEPT
• wynik jest średnią obliczoną dla odcinka pomiarowego,
o długości 20λ do 40λ (20λ przy dla 400 MHz => ok.15m)
• aby z prawdopodobieństwem 90% wyznaczyć medianę
z dokładnością 1 dB, na tym odcinku należy wykonać co
najmniej 36 pomiarów
• mała korelacja mierzonych wartości, odległość pomiędzy
kolejnymi pomiarami > 0,8λ
• procedurę powtarzać wzdłuż zadanej trasy
• sekwencyjnie można monitorować i rejestrować wyniki
pomiaru w kilku kanałach (użytecznych lub zakłóceń)
11
Aparatura i oprogramowanie (1)
• "klasyczny" sprzęt EMC do pomiarów natężenia pola:
analizator widma lub odbiornik pomiarowy, antena
pomiarowa o znanej charakterystyce i program do
rejestracji wyników i wykonywania analiz,
np. R&S z serii ESPI, lub analizatory z serii FSP
oraz program ROMES.
– narzędzie uniwersalne (syg. użyteczny zakłócenia
w kanałach obu kierunków),
– ograniczona szybkość przestrajania i czas pomiaru
limitują liczbę monitorowanych kanałów radiowych
i/lub szybkość jazdy samochodu podczas pomiarów
• specjalne szerokopasmowe odbiorniki pomiarowe
z przetwornikiem A/C, który może próbkować w jednej
chwili pasmo wielu MHz, np. CatchAll™ firmy MAC Ltd.
– może jednocześnie monitorować cały zakres
nadajników BS sieci TETRA
12
Aparatura i oprogramowanie (2)
• CatchAll™ (cd)
– program do sterowania pomiarami w czasie testów
objazdowych i zapisywania w pliku danych poziomu
sygnałów, współrzędnych geograficznych oraz
znaczników czasu
– program do przetwarzania zapisanych danych w celu
przekształcenia wyników do postaci wykorzystywanej
w programach GIS lub eksportu do Microsoft Excel,
• Willtek, przenośne, zasilane z baterii, odbiorniki z serii
8300 Griffin Fast Measurement Receiver, głównie
pasma GSM 900/1800, cdma2000 i UMTS, jest 8232
Up-Converter do pomiarów w zakresie 300 do 400 MHz
w tym do systemu TETRA + program Willtek 8010
Hindsite™ RF propagation Test software
13
Aparatura i oprogramowanie (3)
Niektóre problemy:
• dostosowanie szybkości samochodu do możliwości
pomiarowych odbiornika (dla każdego sygnału kryteria
zgodne z metodą Lee)
• charakterystyka anteny pomiarowej (odchylenie od
dookólnej)
• wyzwalanie pomiaru (zmienna szybkość, postoje)
• lokalizacja punktów pomiarowych na trasie objazdu,
satelitarny system nawigacyjny i pomiar przebytej drogi
i rozpoznawanie kierunku jazdy
• jednoczesne badania funkcjonalne (zestawianie
połączeń, monitorowanie jakości dla różnych usług
• gromadzenie danych i interfejsy do aplikacji GIS
14
Aparatura do badań funkcjonalnych (1)
Oprócz pokrycia badania objazdowe mogą obejmować:
• dostępności sieci (odmowa połączenia), zestawiania
i utrzymywania połączeń w różnych aranżacjach
• jakości połączeń (np. głosu) i usług
• innych problemów, których przyczyna może być poza
interfejsem radiowym, a których nie wykaże pomiar
natężenia pola
stosuje się zmodyfikowane, automatycznie sterowane
radiotelefony TETRA, nazywanych ruchomymi stacjami
testowymi (Mobile Test Unit, MTU) + zwykle jest potrzebne
nawiązywanie połączeń z serwerem ulokowanym w części
stacjonarnej badanej sieci,
dla analizy po badaniach "stemple czasowe"
15
Aparatura do badań funkcjonalnych (2)
Testowe radiotelefony TETRA są np. elementem systemu
firmy Nemo Technologies Ltd.
PC z odbiornikiem GPS i programem Nemo Outdoor służy do
sterowania od 1 do 4 radiotelefonami TETRA, spełniającymi
funkcje MTU
Udostępnia dane o sieci (MCC, MNC, LA, identyfikator BS)
oraz parametry systemowe, takie jak:
– poziom sygnału w komórce obsługującej (RSSI),
– pomiar mocy sąsiednich komórek i obliczanie
parametrów tłumienia trasy C1 i/lub C2
– inne
Dziękuję za uwagę , proszę o pytania
16