1
Planiranje Bežičnih Mreža
2
Sadržaj 1
Uvod........................................................................................................................................7
2
Osnove mobilnih mreža ...........................................................................................................8 2.1
3
2.1.1
Path‐loss .............................................................................................................. 13
2.1.2
Dugotrajni feding................................................................................................. 13
2.1.3
Kratkotrajni feding .............................................................................................. 14
2.2
Ćelijski koncept............................................................................................................ 16
2.3
Kvalitet signala u mobilnim mrežama ......................................................................... 19
Mobilni sistemi ......................................................................................................................22 3.1
4
Mobilna radio propagacija ............................................................................................ 8
GSM ............................................................................................................................. 22
3.1.1
Arhitektura GSM sistema .................................................................................... 22
3.1.2
Autentikacija korisnika i registracija opreme ...................................................... 25
3.1.3
Uspostavljanje mobilnog poziva.......................................................................... 25
3.1.4
Ograničenja GSM mreže...................................................................................... 27
3.2
GPRS (General Packet Radio Service).......................................................................... 28
3.3
EDGE ............................................................................................................................ 28
3.4
UMTS ........................................................................................................................... 30
3.4.1
Arhitektura UMTS sistema ................................................................................ 30
3.4.2
UMTS QoS klase .................................................................................................. 32
3.5
CDMA2000 .................................................................................................................. 33
3.6
HSDPA.......................................................................................................................... 34
Planiranje mobilnih mreža .....................................................................................................35 4.1
Uopsteno o procesu planiranja ................................................................................... 35
4.2
Pregled procesa planiranja bežičnih mreža................................................................. 37
4.3
Preduslovi za dizajn mobilne mreže............................................................................ 39
4.4
Planiranje pokrivenosti................................................................................................ 43
4.4.1
Link Budget.......................................................................................................... 43
4.4.2
Propagacijski modeli i model tuning ................................................................... 46
3
4.4.3
Gubici u slobodnom prostoru ............................................................................. 47
4.4.4
Okomura‐Hata Model ......................................................................................... 47
4.4.5
Opća Okamura‐Hata formula .............................................................................. 49
4.5
Nominalno planiranje.................................................................................................. 54
4.6
Selekcija site‐a ............................................................................................................. 58
4.7
Detaljno ćelijsko planiranje ......................................................................................... 58
4.8
Planiranje kapaciteta i dimenzionisanje...................................................................... 60
4.8.1 4.9
5
Kodno i frekvencijsko planiranje ................................................................................. 61
4.9.1
Planiranje frekvencija u GSM‐u ........................................................................... 61
4.9.2
Planiranje kodova u UMTS‐u............................................................................... 71
4.9.3
Uobičajne vodilje u dizajnu ................................................................................. 73
Planiranje Prijenosa ...............................................................................................................76 5.1
Uvod ............................................................................................................................ 76
5.2
Mikrowave planiranje ................................................................................................. 77
5.3
Zadaci microwave planiranja....................................................................................... 78
5.4
Planiranje frekvencija .................................................................................................. 82
5.5
Interferencije (smetnje) .............................................................................................. 84
5.6
Link Budget.................................................................................................................. 84
5.7
Fading .......................................................................................................................... 86
5.7.1
Izbočenost Zemlje ............................................................................................... 95
5.7.2
Visina antene....................................................................................................... 97
5.7.3
Kvalitet i dostupnost ........................................................................................... 97
5.8 6
Prometni zahtjevi ................................................................................................ 60
Heuristička pravila za Microwave planiranje .............................................................. 99
Optimizacija radio mreže .....................................................................................................102 6.1
Proces optimizacije GSM radio mreže....................................................................... 102
6.2
Statistika i ključni pokazetelji performansi ............................................................... 103
6.2.1
Upotreba statistike............................................................................................ 104
6.2.2
Procjena mreže.................................................................................................. 104
6.2.3
Analiza greške i provjera napretka .................................................................... 104
6.2.4
Dimenzioniranje mreže ..................................................................................... 105
6.3
Principi skupljanja statistike ...................................................................................... 105
6.3.1
Generisanje izvještaja........................................................................................ 106
4
6.3.2 6.4
Brojači/pokazatelji performansi........................................................................ 107
Ključni indikatori performansi (KPI) .......................................................................... 109
6.4.1
Formule ............................................................................................................. 109
6.4.2
Glavni KPI‐ovi..................................................................................................... 110
6.5
Testiranje u vožnji (drive testing).............................................................................. 113
6.5.1 6.6
Planiranje vozne rute ........................................................................................ 113
Optimizacija............................................................................................................... 117
6.6.1
Abis / interfejs trag............................................................................................ 117
6.6.2
Offline promatranja........................................................................................... 118
6.6.3
Alarm monitoring .............................................................................................. 119
6.7
Optimizacija u WCDMA mreži ................................................................................... 138
6.8
Klaster optimizacija ................................................................................................... 138
6.9
Analiza odbačenih poziva .......................................................................................... 144
6.10
Analiza ćelija sa slabim perfomansama.................................................................... 145
6.11
Problemi unutar sistema ........................................................................................... 146
6.12
Praćenje performansi i Statistika .............................................................................. 147
6.12.1
Pokazatelji performansi visokog nivoa.............................................................. 147
6.12.2
Pokazatelji performansi na niskim nivoima ...................................................... 148
6.12.3
Upiti ................................................................................................................... 149
6.12.4
Analiziranje brojača performansi ...................................................................... 149
6.13
Korištenje statistike za određivanje ćelija koje treba optimizirati ............................ 150
6.13.1
Odabir loše obavljajućeg RNC područja ............................................................ 150
6.13.2
Odabir ćelija za optimizaciju.............................................................................. 150
6.13.3
Problemi prometnog profila.............................................................................. 151
Dodatak A: Elementi teorije čekanja............................................................................................153
5
6
Popis skraćenica
AC-
Admission Control
ATM- Asynchronous Transfer Modus BER- Bit Error Rate BS-
Base Station
CIR- Carrier to Interference Ratio CSI-
Channel State Information
DCA- Dynamic Channel Allocation GSM - General System for Mobile Communications HO - Handover of Handoff MS - Mobile Station NRT- Non Real Time (Service) OMC- Operation and Maintance Centar PC -
Power Control
QoS- Quality of Service RNC - Radio Network Controler RRM - Radio Resource Management RT-
Real Time (Service)
SA-
Smart Antennas
SH-
Scheduler
SIR-
Signal-to-Interference Ratio
UMTS- Universal Mobile Telecommunication System WLAN- Wireless Local Area Network 4G-
4. Generation of Wireless Networks
7
1 Uvod
Svrha ove knjige je predstaviti čitatelju osnovne elemente planiranja bežične mreže i optimizacijskog procesa. Najprije je predstavljena osnova mobilnih mreža. Dalje su opisani mobilni radio kanal i path-loss modeli. Zatim su opisane glavne faze planiranja i probleme menadžmenta projekta. Nakon toga je opisano planiranje pokrivenosti i kapaciteta. Također, ukratko je opisano planiranje transporta i jezgrene mreže. Zatim se rješava optimizacija i održavanje. U prilozima je pozadinski materijal predstavljen kao teorija redova čekanja.
8
2 Osnove mobilnih mreža 2.1 Mobilna radio propagacija
U ovom poglavlju su opisane neke osnovne osobine mobilne radio propagacije i modeliranja kanala prema [41], [81] i [72]. Razumijevanje mobilnog radio kanala je osnova za razumijevanja operacija dizajna i analize bilo kojeg mobilnog radio sistema. Preliminarno su ukratko predstavljene osnovne jedinice koje se koriste u radio-sistemu kao što su dB idBm:
(2.1)
(2.2)
Odnos dobici/autenuacija se obično daje u dB: Odnos dobitak/autenuacija = 10log10 ( izlazna snaga/ulazna snaga) Dobitak(dB)= Izlazna snaga (dB) – Ulazna snaga (dB) ako je Izlazna snaga > Ulazna snaga onda se obično govori o dobicima, ako je Izlazna snaga < Ulazna snaga obično se govori o autenuaciji.
Na slici 2.1 prikazani su osnovni mehanizmi propagacije vala:
9
Slika 2.1: Osnovni mehanizmi propagacije valova U nastavku je opisan fenomen radio propagacije iz slike B1: • Refleksija - nastaje kada signal naiđe na površinu koja je velika u odnosu na valnu dužinu signala • Raspršenje - nastaje kada dolazni signal pogađa objekt čija je veličina reda valne dužine signala ili manja i uzrokuje da se energija preusmjeri u puno različitih smjerova. • Difrakcija – nastaje na rubu neprobojnog tijela koji je veliki u odnosu na talasnu dužinu
radio valova. Difrakcija na rubovima se javlja prema
Huygenovom principu kada postoji prepreka između predajne i prijemne antene, a sekundarni valovi se generišu iza tijela prepreke. Što je frekvencija veća, radio val će difrakcija radio vala će biti manja i počet će se ponašati kao svjetlost. • Penetracija – dozvoljava
prijem radija kada postoji prepreka (-e) između
predajnika i prijemnika budući da se radio valovi mogu propagirati kroz čvrste prepreke (do određene granice, ovisno o debljini i vrsti materijala).
Osnovni pojmovi koji se koriste za opisivanje mobilne radio propagacije su prikazani na slici 2.2:
10
Slika 2.2: Ilustracija osnovnih pojmova koji opisuju mobilni kanal
Kao što se može vidjeti na slici 2.2 osim interferencije susjednih kanala, tj. interferencije koja je nastala zbog signala namijenjenog drugim korisnicima u sistemu na istom kanalu, također postoji i sopstvena interferencija. Sopstvena interferencija nastaje zbog prostiranja ili širenja kašnjenja (delay spread), tj. Intersimbolska interferencija (ISI), Doppler shift (uslijed kretanja) i multipath (Rayleigh) feding. Kada stigne više kopija istog signala sa različitim fazama i kada se one destruktivno sabiraju, razina signala u odnosu na šum se smanjuje, što otežava detekciju. Intersimbolska interferencija nastaje kada jedna ili više kopija pulsa koje kasne stigne u isto vrijeme kao primarni puls za naknadni (subsequent) bit. U nastavku je ukratko opisana fenomen fadinga. Ilustracija o tome kako jačina signala antene mobilne stanice može izgledati u skladu sa udaljenosti od bazne stanice prikazana je na slici 2.3. Snaga signala, kao opća srednja vrijednost, opada s povećanjem udaljenosti (path-loss). Preklapanja na ovoj srednjoj vrijednosti znači, da su spore varijacije prisutne zbog efekata sjene, a brze varijacije zbog multipath fadinga.
11
Slika 2.3: Primjer varijacija primljene snage signala kao funkcija udaljenosti između predajnika i prijemnika u mobilnom radio okruženju. Šum u radio kanalu može se svrstati u dvije klase: • Aditivni, koji je generisan u prijemniku, kao što su termički i shot šum u pasivnim i aktivnim uređajima; i iz vanjskih izvora, kao što su atmosferski uticaji, i interferencije drugih predajnika, i • Multiplikativni, uzrokovan efektima, kao što su refleksija, apsorpcija, scattering, difrakcija, i refrakcija. Za složeni ulazni signal x, uzorak složenog izlaznog signala y dobija se sljedećom jednačinom:
(2.3) Gdje je a multiplikativna interferencija predstavljena uzorcima složenog kružnog simetričnog procesa s jednodimenzionalnom raspodjelom snage
, i uniformno
12
raspodjelom na intervalu [-π, π] ,te nezavisno od faze distribucije g. η predstavlja aditivnu interferenciju tj.. zbir termičkog šuma i interferencija od drugih korisnika. Ovo poglavlje opisuje multiplikativne interferencije npr. varijacije snage signala zbog path-loss-a, dugotrajnog fadinga (engl. slow fading-efekat sjene) i kratkotrajnog fadinga (engl. fast fading). Model propagacije je prikazan na Slici 2.4. Interferencije od drugih korisnika su opisane u prethodnim poglavljima, jer imaju veliki uticaj na dizajn i performanse RRM algoritama. Termički šum je najčešće zanemariv u odnosu na interferencije od drugih korisnika (sistemi ograničeni smetanjama).
Slika 2.4: Model propagacije Obično se multiplikativni šum (autenacija) izražava u dB. U tom slučaju ukupna , dobitaka autenacije
autenacija kanala L (u dB) je zbir path –loss autenuacije dugotrajnog fedinga
, i autenacije kratkotrajnog fedinga
:
(2.4) L je obično između (50 i 80 dB). Dobici kanala g su, naravno, inverzni u odnosu na autenaciju kanala, a obično se mjere na linearnoj skali i to:
(2.5)
13
U nastavku će biti odvojeno opisana, svaka od komponenti modela propagacije sa Slike 2.4 path-loss, dugotrajni feding (efekat sjene) i kratkotrajni feding.
2.1.1
Pathloss
Path-loss je ukupna varijacija snage signala uglavnom zbog udaljenosti između odašiljača i prijemnika. To je uzrokovano širenjem, prema vani, elektromagnetskih talasa od antene predajnika. Prema Hata modelu path-loss može se izraziti kao zbir autenacije kanala na udaljenosti od 1 km
(koja ovisi o visini antene, dobitaka i
frekvencije) i faktora ovisnom o udaljenosti, koji se povećava sa udaljenošću R između predajnika i prijemnika [ 81]:
(2.6)
Konstanta B ovisi od okruženja i obično se nalazi između 30 i 50 (veća u urbanim nego u prigradskim ili otvorenim područjima). Računanje path-loss-a će biti obrađeno detaljnije u Dodatku C u Podešavanju modela.
2.1.2
Dugotrajni feding
Preklapanja (Superimposed) uslijed path-loss-a izazivaju brži efekat promjena nazvan dugotrajni feding (lognormalni) ili efekat. To je uzrokovano promjenom prirode prepreka na puta od prijemnika do predajnika, kao što su visoke zgrade ili guste šume. On ima značajne varijacije na udaljenosti od nekoliko stotina metara, sa tipičnom varijacijom preko 20 dB. Pretpostavljajući da ima nezavisan udio različitih autenacija signala na path-u propagacije zbog različitih prepreka kao što su zgrade, brda, šume itd, rezultirajuća ukupna autenacija signala je proizvod pojedinačnih autenacija. Možemo uzeti logaritam rezultirajućih autenacija da bi dobili sumu autenacija (algoritmi) i primjeniti centralnu graničnu teoremu (uz pretpostavku da postoji relativno veliki broj prepreka između predajnika i prijemnika) [81]. Na kraju, dobijamo logaritamsko-
14
normalnu raspodjelu temeljne snage signala. To znači, da signal, mjeren u decibelima, ima normalnu raspodjelu tj. funkciju gustoće vjerovatnosti slučajne varijable dugotrajnog fedinga Lsf, sa standardnom varijacijom σsf
koja je predstavljena
sljedećom jednačinom.
(2.7) Dugotrajni feding nastaje na udaljenostima koje su značajne u odnosu na veličinu zgrada i brda u mobilnom području i obično je u rasponu od nekoliko stotina metara. Standardna devijacija raspodjele efekta sjene σls je parametar varijabilnosti (promjenjivosti) lokacije koji se mijenja sa frekvencijom, visinama antena i okruženjem. Ona je najmanja u otvorenim područjima a najveća u (sub) urbanim područjima. Ovaj parametar je obično u rasponu od 6-10 dB.
2.1.3
Kratkotrajni feding
Kratkotrajni feding ili brza varijacija snage signala na mobilnom prijemniku je uzrokovana
konstruktivnim
i
dekonstruktivnim
interferencijama
između
više
elektromagnetnih valova koji dolaze do prijemnika. Ovo može uvesti varijacije veličine i do 35-40 dB. Kada objekti, koji reflektuju i raspršuju (scatter) poslani signal, okružuju predajnik i prijemnik javlja se multipath propagacija. Tačnije, nekoliko valova dolazi na prijemnik različitih rutama (path-ovima). Svaki od valova ima različitu fazu, za koje se može smatrati da imaju nezavisnu Uniformnu (ravnomjernu) raspodjelu. To znači da faza svakog talasa ima istu vjerovatnoću da primi bilo koju vrijednost. U određenoj tački vremena ovi signali, koji dolaze različitim path-ovim, mogu se sabrati konstruktivno, tj. povećati ukupni (rezultujući) signal, i u nekom drugom vremenskom trenutku signali se mogu dodavati destruktivno (uslijed kretanja objekata između predajnika i prijemnika), odnosno mogu smanjiti ukupni signal (vidjeti sliku 2.5).
15
Slika 2.5: Primjeri konstruktivnog (lijevo) i dekonstruktivnog (desno) fadinga, gdje su signali predstavljeni vektorima
Prema centralnoj graničnoj teoremi, zbir dovoljno nezavisnih slučajnih varijabli se jako usko približava normalnoj raspodjeli. Ako su realni i imaginarni dijelovi multipath-ova takve slučajne varijable, onda je veličina kompleksne Gaussove slučajne varijable ustvari slučajna varijabla distribuirana Rayle-evom raspodjelom [41], odnosno funkcija gustine vjerovatnoče (pdf) slučajne varijable kratkotrajnog fedinga, r (Lff(dB) = 10log(r)) sa standardnom varijacijom σff je data sljedećom jednačinom.
(2.8) Rayle-ova distribucija vrlo dobro odgovara mjerenjima kratkotrajnog fadinga u slučaju da nema line of sight-a (NLOS), odnosno kada nema direktne zračne veze između mobilne i bazne stanice. U scenariju sa line of sight (LOS), primljeni signal se sastoji od obje „multipath“ komponente, i od
koherentne LOS komponente. To vodi drugoj
raspodjeli koja se zove Rici-ova raspodjela.
16
2.2 Ćelijski koncept
Prvi mobilni sistemi [61] su obično koristili zračenje antene visoke snage da bi pokrili relativno veliko područje. Korisnici su međusobno diferencirani tako što su im dodijeljeni različiti kanali (frekvencije) iz skupa dostupnih kanala. Problem je što takvi sistemi imaju vrlo orgraničen kapacitet npr. maksimalni broj korisnika koji mogu biti posluženi u bilo kom trenutku je jednak broju kanala u setu. Broj kanala je bio relativno mali jer se za personalne mobilne komunikacije mogla koristiti samo ograničena količina spektra. Ostale potencijalne frekvencije su bile rezervisane za vojne svrhe, radio, TV itd.Da bi se postigao viši preplatnički kapacitet i efikasnije korištenje sprektra, AT & T je 1971. godine uveo ćelijski koncept [61] (vidjeti Sliku 3.3)
Slika 3.3: Ćelijska pokrivenost područja ( faktor višestrukog korištenja 7) Prema ćelijskom konceptu, željeno područje je podijeljeno u zone koje se nazivaju ćelije. Svaka ćelija koristi podskup ( A, B, C, D, E i F na Slici 3.3) dostupnih kanala. Unija od A, B, C, D, E, F i G čini skup svih dostupnih kanala u sistemu. Minimalni set ulančanih ćelija koje koriste sve dostupne kanale naziva se ćelijski klaster (engl. cluster). Kao što je prikazano na Slici 3.3, ćelije koje koriste disjunktivne podskupove A, B, C, D, E, F i G sačinjavaju klaster. U ovom slučaju može se reći da je u sistemu faktor ponovnog korišćenja 7, budući da se klasteri sastoje od 7 ćelija, a svaka ćelija koristi približno 1/7 ukupnih dostupnih kanala. Ukoliko je udaljenost između ćelija dovoljno velika, ćelije mogu koristiti iste podskupove kanala (koncept re-uptrebe
17
kanala), jer interferencija od korisnika u istokanalnim ćelijama ostaje mala usljed malog path-loss-a: Snaga PD na udaljenosti D od antene koja zrači, opada eksponencijalno sa udaljenošću D (vidjeti Dodatak A [41]). (3.4)
n je path-loss koeficijent i on zavisi od okruženja (obično između 3 i 5) [77]. Kako svaka bazna stanica (BS) pokriva mnogo manje područje (obično 100-1000 m) nego u izvornim necelularnim sistemima (nekoliko kilometara), njena snaga ostaje relativno mala (obično nekoliko Wat-a). Prema jednaćini (3.4), ova snaga opada eksponencijalno sa udaljenošću između predajnika i prijemnika. To znači da se interferencija između dvije ćelije koje koriste iste podskupove kanala ( ko-kanalne ćelije) može držati na niskom nivou, ukoliko se ćelije nalaze na dovoljno velikim udaljenostima. Na ovaj način dostupni kanali mogu biti više puta upotrebljeni
u
željenom području. Stoga, broj korisnika koji mogu biti usluženi sa dovoljnim kvalitetom signala od strane sistema koristeći unaprijed definirani skup frekvencija, mnogostruko se povećava u odnosu na sisteme bez višestrukkog korišćenja kanala i istog skupa frekvencija. Osim što se višestrukim korišćenjem kanala povećava kapacitet sistema, ćelijski koncept ima i druge važne prednosti: Prometna prilagodljivost i smanjenje potrebne energije. Prometna prilagodljivost znaći da, ako se promet u nekoj oblasti povećava, kapacitet sistema se može uvećati daljim dijeljenjem postojećih ćelija u toj oblasti na nove, manje ćelije na sličan način kao što je veće područje,izvorno bilo podijeljeno na prvobitne ćelije. Ovaj proces se naziva dijeljenje ćelija. Druga prednost ćelijskog koncepta je štednja energije usljed kraćih udaljenosti između mobilnih i baznih stanica. Ovo je naročito važno za mobilne stanice (MS) zbog ograničene snage baterije, nižih troškova te zahtjeva za male veliće. Ipak, iz ćelijskog koncepta proizilazi novi problem: Kako bi kanali trebali biti dodijeljeni ćelijama i korisnicima? Razni algoritmi alokacije kanala daju odgovore na ovo pitanje.
18
Prvo očigledno rješenje je da se ćelijama unaprijed, tokom procesa paniranja mreže, dodjele kalnali. Treba voditi računa da se dodijele različiti setovi kanala susjednim ćelijama,a isti ssetovi kanala ćelijama koje su na dovoljno velikoj udaljenosti npr. određeni šablon dodijeljivanja kanala bi se trebao koristiti za održavanje željene udaljenosti re-upotrebe kao što je prikazano na Slici 3.3. Ćeliji je dozvoljeno da koristi samo kanale iz svog seta kanala. Ova vrsta dodjele kanala se naziva fiksirana alokacija kanala (engl. Fixed Channel Allocation (FCA)). FCA je naširoko korištena u prošlosti pa čak i u sadašnje vrijeme. (GSM, TETRA). Nedostaci FCA-a su [1], [44], [68]: • U slučaju nepravilnog prometa npr. mnogo mobilnih stanica (MS) u jednoj ćeliji a samo nekoliko MS-ova u susjednoj ćeliji, dakle neke ćelije mogu biti preopterećene dok neke mogu biti sa slabim opterećenjem. Preopterećene ćelije nemaju dovoljno slobodnih kanala da prihvate dati promet, iako postoji dovoljno neiskorištenih kanala u susjedstvu. • Potrebno je intenzivno planiranje re-upotrebe kanala, jer u praksi ćelije nisu pravilnog oblika kao što je predstavljeno na slici 3.3. • Svaki put kada se doda nova ćelija u sistem ili se okolina promjeni ( npr.zbog novih zgrada) kanalno planiranje bi trebalo biti urađeno ponovo • Planiranje ponovnog korištenja kanala se radi za scenario najgori slučaj. Zbog toga velika količina kapaciteta sistema je često neiskorištena. • Planiranje ponovnog korištenja kanala je vrlo teško za mikro-ćelijske sisteme zbog toga što su oblici zona deformisani zbog neregularnosti propagacije radio valova u mikro ćeliji. Alternativa FCA-u je dinamična alokacija kanala ( Dynamic Channel Allocation – DCA). U DCA baziranim sistemima dodjela kanala ćelijama se radi dinamično, za vrijeme operacija sistema. Primjer DCA algoritama su: •
Slučajna alokacija kanala (kanali su alocirani slučajno)
•
Minimalna interferencija alocirani prvi)
(kanali sa minimalnom interferencijom su
19
•
Autonomno particioniranje ponovne upotrebe (kanali sa visokom interferencijom su alocirani na korisnike sa niskim path-loss-on i obrnuto)
2.3 Kvalitet signala u mobilnim mrežama Cilj mrežnog planiranja je odrediti site i pozicije ćelije koje omogućavaju dovoljan kvalitet signala ili brzinu podataka gotovo svim (recimo 95-98% od) korisnicima. Kako bi se utvdio kvalitet signala i interferencije na mobitelu u određenom trenutku vremena pretpostavljamo da je dodjela ćelije i kanala već izvšena za mobitel (vidjeti sliku 3.1). Također pretpostavljamo bežični sistem sa ortogonalnim kanalima sa predajnikom N u sistemu prijenosa snage do prijemnika N u istom kanalu. Koristimo model kanala kao što je opisano u 2. poglavlju. Korisna snaga (nositelja) signala Ci na mobitelu „i“ definirana je kao proizvod dobitaka veze gii između mobitela „i“ i njegove bazne stanice „i“ (vidjeti jednačinu (A.2)), koja šalje noseci signal do mobitela sa snagom pii: (3.1)
Slika 3.1: Signal i interferencije u mobilnoj mreži
20
Sa gij označavamo dobitke veze između korisnika „i“ i interferirajuće bazne stanice „j“, koja se šalje istim kanalom sa snagom pj. Interferencija Ii na mobitelu „i“ je zbir primljenih snaga svih drugih N-1 baznih stanica (osim vlastite bazne stanice „i“) koje se šalju istim kanalom plus snaga šuma (označena sa ηi):
(3.2) Savremeni bežični sistemi su sistemi ograničeni interferencijama budući da su interferencije od drugih korisnika puno veće nego snaga šuma [110]. Treba imati na umu da su dobici kanala i interferencije slučajne varijable i da oni variraju tokom vremena. Dobici kanala se mijenjaju u skladu s udaljenošću, dugotrajnim i kratkotrajnim fedingom (vidjeti Dodatak A). Interferencija se mijenja sa variranjem dobitaka kanala između prijemnika i izvora smetnji kao i zbog promjene broja izvora smetnji zbog dolazaka i odlazaka (ko-kanalnih) korisnika u sisteme. Kao mjerilo kvalitete signala, koristi se Carrier-to- Interference Ratio (CIR). CIR na mobilnom i se može izraziti kao [77] odnos između korisnog signala interferencije
i
(vidjeti jednačine (3-1) i (3-2)):
(3.3) CIR je važna mjera za kvalitet signala budući da je moguća brzina prijenosa podataka rastuća funkcija CIR-a a shodno tome Bit Error Rate (BER) je opadajuća funkcija CIRa za sve sheme modulacije (vidjeti sliku 3-1). Brzina prijenosa podataka i BER su krajnja mjera zadovoljstva korisnika. Na primjer, NRT korisnici podataka se smatraju nezadovoljnim ukoliko su brzine prijenosa podataka tokom sesije ispod 10% od njihove nominalne brzine prijenosa, a korisnici govora se smatraju nezadovoljnim ako je BER veći od 10-3 za više od 5% trajanja poziva [19]. Minimalna kvaliteta signala CIRthr za uslugu je određena prema maksimalnom BER-u ( u skladu sa QoS-om) gdje je BER=f(CIR) krivulja dobivena (pomoću simulacije na nivou linka) za pojedinačni kanal, modulaciju i kodnu shemu.
21
Slika 3.2: Određivanje CIRthr
22
3 Mobilni sistemi U ovom poglavlju cemo ukratko opisati mobilne siysteme druge (GSM), trece (UMTS) i cetvrte (LTE) generacije.
3.1 GSM 3.1.1
Arhitektura GSM sistema
Moderne mreže mobilnih sistema kao GSM imaju dvije glavne komponente: fiksno instraliranu infrastrukturu (mreža) i mobilne pretplatnike, koji koriste usluge mreže. Fiksno instalirana mreža može biti podijeljena u tri pod-mreže: radio mrežu, mobilnu mrežu komutacije i menadžment mrežu. Ove pod-mreže se zovu podsistemi. Respektivno tri podsistema su: • Podsistem baznih stanica (BSS- Base Station Subsystem) • Podsitetem komutiranja i upravljanja (SMSS- Switching and Managment Subsystem) • Podsistemi operacija i upravljanja (OMSS- Opration and Managment Subsystems) Na slici 3.4 prikazana je arhitektura GSM sistema
Slika 3.4: Arhitektura GSM sistema
23
U nastavku se ukratko opisuju glevne kompononete GSM arhitekture.
Radio mreža - Podsistem baznih stanica -BSS Obuhvata kontrolora baznih stanica (BSC- Base Station Controller) i baznu primopredajnu stanicu / bazna stanica (BTS/BS –Base Transceiver Station/Base Station). Sudionik (counterpart)/saradnik mobilnoj stanici (MS- Mobile Station), u ćelijskoj mreži je bazna primopredajna stanica (BTS), koja je ustvari interfejs mobilne stanice ka mreži. BTS je obićno locirana u centru ćelije. BTS osigurava radio kanale za signalizaciju i korisnički promet podataka u ćeliji. Nasuprot dijela za visoke frekvencije (komponente predajnika i primaoca) sadrži samo nekoliko komponenti za procesiranje signala i protokola. BS ima između jednog i šesnaest primopredajnika, od kojih svaki predstavlja različit kanal radio frekvencije. Glavni zadaci BSC uključuju: • Frekvencijska administracija • Kontrola BTS-a • Funkcije razmjene Hardver BSC-a može biti locirana na istom mjestu kao i BTS, na vlastitom odvojenom mjestu, ili na mjestu mobilnog komutacijskog centra (MSC). Mobilne komutacijske mreže Podsistem mobilne komutacije (MSS) se sastoji od mobilnog komutacijskog centra i baza podataka, koje posjeduju podatke potrebne za rutiranje i pružanje usluga. Komutacijski čvor mobilne mreže se zove mobilni komutacijski centar MSC. On izvodi sve funkcije komutiranja kao i čvor fiksne komutacijske mreže, npr.traženje path-a rutiranja i rutiranje signala. Javna zemaljska mobilna mreža može imati nekoliko mobilnih komutacijskih centara od kojih je svaki odgovoran za dio uslužnog/servisnog područja. BSC-ovi podsistema baznih stanica su podređeni jednom MSC-u.
24
MSC Posvećenog/dedicated gateway-a (GMSC) On prenosi govorni saobraćaj između fiksnih mreža i mobilnih mreža. Ako je fiksna mreža u nemogućnosti da spoji dolazeći poziv sa lokalnim MSC-om onda ona rutira konekciju na GMSC-a. Ovaj GMSC zahtjeva informacije rutiranja iz registra lokacije domaćih korisnika (HLR Home Location Registar) i rutira konekciju do lokalnog MS-a, u čijem području se mobilna stanica trenutno nalazi. Konekcije prema drugim internacionalnim mobilnim mrežama se većinom rutiraju preko internacionalnog komutacijkog centra ( ISC International Switching Center) određene zemlje. Registar lokacije domaćih i stranih korisnika (HLR i VLR) Svaka mobilna mreža ima nekoliko baza podataka. Definisane su dvije funkcionalne jedinice za sinhronizaciju registracije pretplatnika i njihovih trenutnih lokacija: HLRregistar lokacije domaćih korisnika i VLR- registar lokacije gostujućih korisnika. Uglavnom, postoji jedan centralni HLR za svaku javnu zemaljsku mobilnu mrežu (PLMN- Public Land Mobile Network) i jedan VLR za svaki MSC. Registar lokacije domaćih korisnika HLR HLR pohranjuje identitete i korisničke podatke od svih pretplatnika koji se nalaze u području određenog GMSC-a. Ovo su trajni/nepromjenjivi podaci kao što su internacionalni identitet mobilnog pretplatnika (IMSI Iternational Mobile Subscriber Identity) svakog pojedinačnog korisnika, korisnički broj telefona od javne mreže (nije isto kao IMSI), autentikacijski ključ, dopuštene pretplatnikove dodatne/suplementarne usluge i neke privremene podatke. Privremeni podaci identifikacijskog modula pretplatnika (SIM Subscriber Identity Module) može sadržati unose kao što su: • adresa trenutnog VLR-a • broj na koji pozivi mogu biti proslijeđeni • neki tranzitni parametri za autentikaciju i šifriranje Registar lokacije gostujućih korisnika VLR
25
VLR pohranjuje podatke svih mobilnih stanica koji trenutno nalaze u administrativnom području povezanog MSC-a. VLR može biti odgovoran za područja jednog ili više MSC-ova. Mobilne stanice su u mogučnosti slobodnog kretanja/roaming-a i zbog toga, zavisno od njihove trenutne lokacije, mogu biti registrovane u jedan od VLR-ova njihove domaće mreže ili VLR-ova strane mreže. Podsistem operacija i održavanja (OMSS) Mrežne operacije se kontrolišu i održavaju od strane podsistema operacija i održavanje (OMSS). Funkcije kontrole mreže se nadgledaju i pokreću od strane centra za operacije i održavanje (OMC Operation and Maintenance Centre). OMC ima pristup i GMSC-u i BSC-u. Neke od njegovih funkcija su: • administrativne i komercijalne operacije (pretplatnici, krajnji terminali, naplačivanje, statistika) • upravljanje sigurnosti • konfiguracija mreže, operacije, upravljanje performansama • zadaci održavanja OMC konfiguriše BTS preko BCS i dopušta operatoru da provjeri povezane komponente sistema. 3.1.2
Autentikacija korisnika i registracija opreme
Dvije dodatne baze podataka su odgovorne za razne aspekte sigurnosti sistema. One su zasnovane primarno na verifikaciji opreme i identita pretplatnika; zbog toga ove baze podataka služe za autentikaciju, identifikaciju i registraciju korisnika. Povjerljivi podaci i ključevi su pohranjeni ili generirani u centru za autentikaciju (AUC Authenticiation Centre). Registar idnetiteta opreme (EIR Equipment Identity Register) pohranjuje serijske brojeve (obezbjeđen od strane proizvođaća) terminala (IMEI), koji omogućavaju blokiranje pristupa uslugama mobilnim stanicama koje su prijavljene kao ukradene. 3.1.3
Uspostavljanje mobilnog poziva
26
Ovaj slučaj se odnosi na to kad osoba poziva sa telefona konektovanog na javnu komutiranu telefonsku mrežu PSTN ili ISDN, prema mobilnom pretplatniku koji se kreće iz grada A u grad B. Poziv će biti moguć samo ako je pretplatnikov mobilni uređaj upaljen. Pretpostavljajući da je mobilni uređaj upaljen, MS traži ćelijsku mrežu skenirajući relevantene frekvencijske opsege za neki kontrolni kanal koji šalje obližnji MS. Nakon lokacijskog učitavanja MS pristupa mreži i traži jedinstveni serijski broj. Jednom kad MS uspješno registruje svoju lokaciju u mreži on ulazi u idle (neaktivni) način rada, gdje sluša paging kanale od selektovanog BS. Budući da je pretplatnik trenutno u gradu A, MS će identifikovati BS u tom području. MS će primjetiti da signal poćinje da opada kako se kreće iz grada A prema gradu B i počet će tražiti prikladniji BS da preuzmu. Kad MS identificira prikladniji BS on preispituje njegove kontrolne kanale, kako bi odredio lokacijsko područje kojem pripada. Ako pripada istom lokacijskom području kao predhodni BS, MS jednostavno ponovo prilagođava paging kanal na novu BS-u i nastavlja da nadgleda ovaj novi kanal za dolazeće paging pozive. Ako se MS pomjerio između Bs-ova u različitim lokacijskim područijima onda on odradi lokacijsko učitavanje i informiše mrežu o njegovoj novoj poziciji. Ovaj proces prelaska/tranzicije između BS-ova u idle modu se naziva idle mod handover (handover u idle modu). Čitav proces poziva je započet od strane osobe koja diže slušalicu i poziva broj mobilnog pretplatnika. Nakon primanja broja sa pozivnim brojem, PSTN/ISDN mreža će usmjeriti poziv prema gateway switch
mobilne mreže i također će osigurati
telefonski broj mobilnog pretpaltnika. Gateway switch (usmjerivač) zatim ispituje HLR mobilne mreže kako bi dobio pretplatnikove podatke. Kada poiv stigne na MSC, MS je pozvan kako bi se upozorio na postojanje dolazećeg poziva. Paging poziv se šalje sa svakog BS-a u lokacijskom podrućju u kojem je pretplatnik registrovan. Nakon primanja paging poziva, MS odgovara tako što započinje pristupnu proceduru. Pristupna procedura započinje tako što MS šalje poruku BS-u zahtjevajući kanal. BS odgovara šaljući MS-u detalje posvećenog (dedicated) kanala i MS se podešava za taj kanal. Obavlja se određen nivo raspoznavanja (handshaking) kako bi se utvrdilo da je identitet korsnika tačan.
27
Nakon što je uspostavljen dedicate kanal signalizacje, preko ovog kanala se izvode sigurnosne procedure kao što su autentifikacija pretplatnika,. Nakon toga, mreža dodjeljuje (dedicated) kanal namjenjen za prijenos govora te se i BS i MS ponovno podešavaju za ovaj kanal i uspostavlja se vezu. Može se vidjeti da do ove tačke, svi procesi se obavljaju samostalno od strane MS-a i nije potrebna interakcija sa pretplatnikom. Tek kada su svi ti procesi završeni MS počinje da zvoni. Pretplatnik sada može da razgovara i handover se može odvijati između različitih BS-a. Nakon završetka poziva inicira se call clear proces (proces čišćenja poziva), koji se sastoji od manjih razmjena signalizacijskih informacija kako bi se osiguralo da i mreža i MS znaju da je poziv završen. MS se ponovno vraća u neaktivni mod (idle mod) i prati obavjestajni (paging) kanal svoje trenutne ćelije. Nekoliko kriptografskih algoritama se koristi za GSM sigurnost, koji uključuju značajke poput link autentikacije korisnika, over-the-air privatnost razgovora, itd. Sigurnosni model GSM, međutim, nije imao neke značajke kao što su autentifikacija korisnika na mrežu, ali ne i obrnuto (značajke koja se pojavila u Univerzalnom sistemu za mobilne telekomunikacije UMTS-u). 3.1.4
Ograničenja GSM mreže
GSM mreže imaju sljedeća ograničenja: • Niska brzine prijenosa. 2G mreže su prvenstveno dizajnirane za pružanje govornih usluga pretplatnicima. Brzine prijenosa koje nude ove mreže su niske. Iako brzine variraju u zavisnosti od tehnologije, prosječna brzina je reda nekoliko desetaka kilobita u sekundi. • Niska efikasnost za usluga komutacije paketa. Internetu,
Postoji
zahtjev za pristup ne
samo od kuće ili iz ureda, već i u kretanju. Bežični pristup internetu preko 2G mreža nije učinkovito implementiran. • Mnogobrojni standardi. Uz mnoštvo konkurentnih standarda, korisnik može koristiti tj kretati se samo u onim mrežama koje podržavaju isti standard. To
28
korisniku omogućava samo ograničeno kretanje tj roaming. Stoga je 2G mrežna tehnologija imala samo polu-globalni karakter. Da bi se prevazišla predhodno navedena ograničenja razvijene su GSM ekstenzije kao što su GPRS, EDGE i konačno 3G mreže kao što su UMTS.
3.2 GPRS (General Packet Radio Service)
GPRS je ne-govorna, tj. podatkovana, usluga dodane vrijednosti za GSM mrežu. Postiže
se
dodavanjem paketski baziranog radio-sučelja na postojeću kanalno komutiranu GSM mrežu (vidi sliku 1.1.) U infrastrukturnom smislu, operator jednostavno treba dodati par čvorova i neke promjena softvera za nadogradnju postojećeg GSM govornog sistema u GPRS govorni i podatkovani sistem. Govorni promet je kanalno komutiran, dok je podatkovani promet paketski komutiran. Komutiranje paketa omogućava da se resursi koriste samo kada pretplatnik šalje ili prima podatke. To omogućava da se radio resursi koriste istovremeno, dok se dijele između više korisnika. Količina podataka koja se može prenositi ovisi o broju korisnika. Teoretska maksimalna brzina je do 171,2 kilobita u sekundi (kbps), ostvarena GPRS-om koristeći svih osam timeslot-ova u isto vrijeme. GPRS omogućava interkonekciju mobilne mreže i Interneta. Budući da su protokoli isti, GPRS mreža može biti posmatrana kao podmreža Interneta, sa GPRS mobilnim telefonima posmatranim kao mobilni hostovi. Međutim, postoje neka ograničenja u GPRS mreži, kao što su niska brzina (praktična brzina je znatno niža od teoretske brzine).
3.3 EDGE
Ograničenja GPRS mreže eliminiraju se do određene mjere pomoću uvođenja EDGE (Enhanced Data Rate for GSM Evolution/ unaprijeđena brzina prenosa podataka za evoluciju GSM-a) tehnologije. EDGE radi na TDMA i GSM sistemima. Posmatra se kao podskup GPRS-a pošto se može instalirati na svaki sistem koji ima GPRS . To nije alternativa za UMTS, ali mu je komplementarna tehnologija. U EDGE-u, 3G usluge
29
mogu biti date pri nižim ali sličnim brzinama prijenosa podataka kao i u UMTS-u, i to brzinama prijenosa do 500 kbps (Teoretski). To je učinjeno uvođenjem nove modulacijone sheme 8-PSK (phase-shift modulacija), koja će koegzistirati sa GMSK koja se koristi u GPRS-u. Međutim, glavna prednost je da se postojeća GSM mreža može lahko nadograditi, sprječavajući velike troškove potrebne za izvođenje 3G mreže i istovremeno davajući
slične usluge kao 3G. Opće značajke EDGE-a uključuju
poboljšana propusnost po timeslot-u (8,8 do 59,2 kbps / timeslot), promjena modulacija od GMSK na 8-PSK, smanjena osjetljivost
8-PSK signala i veći kapacitet i
pokrivenost. EDGE zahtijeva male promjene u hardveru, izuzetak su neke nadogradnje hardvera u BTS-u i neke nadogradnje softvera u mreži. Međutim, sistemu druge generacije nedostaje kapacitet, globalni roaming i kvalitet, ne spominjući količinu podataka koja može biti poslana. Sve ovo je dovelo do toga da industrija počne raditi na sistemu koji je imao veći globalni doseg (npr. korisnik ne treba mijenjati telefon prilikom odlaska u Japan ili SAD iz JI Azije ili Europe). To je bio početak evolucije sistema treće generacije.
30
3.4 UMTS Treća generacija ćelijskih mreža razvijena je s ciljem da omogući velike brzine podatakovne i multimedijalne konekcije pretplatnicima. Međunarodna unija za telekomunikacije (ITU) je prema inicijativi IMT-2000 definirala 3G sistem kao sistem koji je sposoban da podrži visoke brzine prenosa podataka u rasponu od 144 kbps do 2 Mbps i više. Nekoliko tehnologija je u mogućnosti da ispuni standarde Internacionalnih mobilnih telekomunikacija (IMT), a to su CDMA2000. U ovom poglavlju govoricemo navise o Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) kao tipicnom predstavniku trece generacije mobilnih sistema. UMTS koristi WCDMA kao temeljni standard. WCDMA je razvijen od strane NTT DoCoMo kao radio komunikacijski interfejs za
3G mrežu FOMA. Kasnije su
podnešene specifikacije Međunarodnoj uniji za telekomunikacije (ITU), kao kandidat za međunarodni 3G standard poznat kao IMT-2000. ITU je na kraju prihvatio W-CDMA, kao dio IMT-2000 obitelji 3G standarda. Kasnije je WCDMA odabran kao radiokomunikacijsko interfejs za UMTS,tj 3G nasljednik GSM-a. Neke od ključnih značajki uključuju podršku za dva osnovna moda FDD i TDD, promjenjive brzine prijenosa, unutar ćelijski asinkoroni rad, prilagodljiva regulacija/kontrolu snage, povećana pokrivenost i kapacitet, itd. W-CDMA također koristi CDMA tehniku multipleksiranja, zbog njene prednosti nad drugim tehnikama višestrukog pristupa kao što je TDMA. W-CDMA je po definiciji IMT-a-2000 samo radijski interfejs, dok je UMTS kompletan skup
komunikacijskih
protokola
namijenjen
za
3G
globalne
mobilne
telekomunikacije.UMTS koristi par kanala od 5 MHz, jedan od 1900 MHz za uplink i jedan od 2100 MHz za downlink. Frekventni pojasevi izvorno određeni i definirani UMTS standardom su 1885-2025 MHz za uplink i 2110-2200 MHz za downlink. 3.4.1
Arhitektura UMTS sistema
UMTS mreža (slika 3.5) se sastoji od tri međusobno povezane domene: jezgrene mreže (CN), UMTS zemaljske radio pristupne mreže (UTRAN) i korisničke opreme (UE). UE ili
31
ME čine mobilni telefon i SIM (Subscriber Identity Module) kartica nazvana USIM (Universal SIM). USIM sadrži specifične korisničke podatke i omogućava autentifikovan pristup pretplatnika mreži. UMTS UE je sposoban da rad u tri moda: CS (kanalno komutiranom) modu, PS (paketski komutiranom) modu i CS /PS modu. U CS modu UE je spojen samo na jezgrenu mrežu. U PS modu, UE je spojen samo na PS domenu (iako CS usluge poput VoIP-a (Voice over Internet Protocol), mogu još uvijek biti ponuđene), dok je mobitel u CS / PS modu sposoban da istovremeno ponudi i CS i PS usluge. Komponente radio pristupne mreže (RAN) su bazne stanice (BS) ili čvor B i kontroler radio mreže (RNC). Glavne funkcije BS-a su kontrola snage zatvorene petlje, kodiranje fizičkog kanala, modulacija / demodulacija, radiokomunikacijski interfejs prijenosa / prijema, upravljanje greškama, itd., a glavne funkcije RNC-a su kontrola / upravljanje radio resursima, kontrola snage, dodjela kanala, kontrola pristupa, šifriranje, segmentacija / ponovno sastavljanje, itd.
Slika 3.5: arhitektura UMTS sistema Glavna funkcija jezgrene mreže (CN) je da osigura komutiranje, rutiranje i kanalisanje korisničkog prometa. CN također sadrži baze podataka i funkcije mrežnog menadžmenta. Osnovna CN arhitektura za UMTS je bazirana na GSM mreži sa GPRS-
32
om. Sva oprema se treba modifikovati za UMTS operacije i usluge. CN je podijeljena u CS i PS domene. Elementi komutacije kanala su centar za komutiranje mobilnih usluga (MSC), registar lokacije posjetitelja (VLR) i Gateway MSC. Elementi komutacije paketa su uslužni GPRS čvor podrške (SGSN) Gateway GPRS čvor za podršku posluživanju (GGSN). Mrežni elementi kao što su EKS, HLR, VLR i AUC dijele obje domene. Asinkroni prenosni mod (ATM) je definiran za prijenos u UMTS jezgri. ATM prilagodni sloj tipa 2 (AAL2) upravlja kanalno komutiranim
konekcijama i protokolom paketske
konekcije. AAL5 je osmišljen za isporuku podataka. Tipična 3G mreža je prikazana na slici 3-4.
3.4.2
UMTS QoS klase
UMTS usluga mreže imaju različite klase kvaliteta usluga (QoS) ,za četiri vrste prometa: • Konverzacijske klase (npr. govor, video telefonija, video igre); • Streaming klase (npr. multimedija, video na zahtjev); • Interaktivna klasa (npr. web pregledavanje, mrežne igrice, pristup bazi podataka) • Pozadinske klase (npr. e-mail, SMS, downloading).
Konverzacijske klase Najbolji primjer za ovu klasu je promet govora i promet podataka u realnom vremenu kao što su video telefonija,video igrice itd. Ovaj promet ide preko CS nositelja Kvalitet ove klase ovisi totalno o preplatničkoj percepciji. Ključni aspekt ove klase je nisko kašnjenje s kraja na kraj (npr. niži od 400 ms). Za govorni koder/dekoder koristi će se adaptivna višetaktna tehnika (AMR). Nakon zahtjeva, AMR koder može prebacivati brzine svakih 20ms govornih okvira. Dakle, za vrijeme glavnog opterećenja, brzina može biti niža od najvećeg kapaciteta tako što se smanji kvalitet. Takođe, područje pokrivenosti ćelija može se povećati tako što se smanji bitska brzina. Dakle, ova tehnika pomaže da se izbalansira pokrivenost, kapacitet i kvalitet mreže.
33
Streaming klase Multimedija, video na zahtjev itd. su primjeri streaming klase. Podaci se prenose u stabilom i kontinuiranom toku (stream). Kako to funkcionira? Na internetu, prikaz počinje čak i prije nego je cijela datoteka preuzeta. Kašnjenje u ovoj klasi je veće nego u konverzacijskoj klasi. Interaktivna klasa Internet je klasičan primjer interaktivne klase. Pretplatnik zahtjeva informacije od server i čeka da informacija stigne. Dakle, kašnjenje nije minimalno u ovoj klasi , a također i vrijeme preuzimanja datoteka ovisi o broju pretplanika koji su trenutno aktivni u sistemu kao i o kapacitetu samog sistema. Drugi aspekt od ovog servisa je transparentan prenos podataka. Lokacijski bazirani servisi i kompjuterske igrice su drugi primjeri kod ove klase usluga.
Pozadinske klase Druge aplikacije kao što su SMS,fax,emails, itd. spadaju u grupu pozadinske klase. Kašnjenje je najveće u ovoj klasi usluga. Takođe prenos podataka nije transparentan kako kod interaktivne klase.
3.5 CDMA2000
CDMA2000 ima varijante, kao što su 1X, 1XEV-DO, 1XEV-DV i 3X. 1XEV specifikacija je razvijen od strane partnerskog projekta treće generacije 2 (3GPP2), partnerstvo se sastoji od pet tijela za standarde telekomunikacija: CWTS u Kini, ARIB i TTC u Japanu, TTA u Koreji i TIA u Sjevernoj Americi. Također poznat kao specifikacije visokih brzina prenosa podataka preko radio interfejsa. Ona pruža 3G usluge maksimalne brzine do 140 kbps, a istovremeno zauzima vrlo malu širinu spektra (1,25 MHz po nosiocu). 1XEV-DO, koji se također naziva 1XEV Faza Jedan, je poboljšanje koje dijeli glas i podatke u odvojene kanale kako bi se osigurala brzina prijenosa podataka od 2,4 Mbps. EV-DV, ili 1XEV faza dva obećava brzine prijenosa podataka u rasponu od 3 Mbps do 5 Mbps. CDMA2000 3 × je ITU-odobreni IMT-2000
34
(3G) standard. To je dio onoga što je ITU nazvao IMT-2000 CDMA MC. Koristi 5 MHz spektra (3 × 1,25 MHz kanala) da omogući brzine od oko 2-4 Mbps.
3.6 HSDPA
High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) je podatkovna usluga u downlink-u bazirana na paketima, koja ima brzinu prijenosa do 8-10 Mbit / s preko 5 MHz opsega. Ovo znaći, da implementacijom ove tehnike brzina je povećana za gotovo pet puta u odnosu na najnaprednije Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA) mreže. Takođe, kapacitet bazne stanice povećan je duplo u trećoj generaciji ćelijskih mreža. Sistemski kapacitet i brzina prenosa podataka su povećani implementacijom HSDPA, koje uključuje MIMO (Multiple Input Multiple Output), traženje ćelija, napredni dizajn prijemnika, HARQ (Hybrid Automatic Request) i AMC (Adaptive Modulation and Coding). HSDPA je uglavnom namjenjena za prometa koji nije u realnom vremenu, ali takođe se može koristit za promet sa strožim zahtjevima kašnjenja.
35
4 Planiranje mobilnih mreža
4.1 Uopsteno o procesu planiranja
Šta je planiranje? Planiranje općenito opisuje proces definiranja ciljeva i procedura za postizanje ciljeva. Cilj je željeno stanje koje se mora postići u određenom trenutku budućnosti npr. završetak četverogodišnjeg studija-dobitak diplome u 2012 godini. Procedura znaći akcije, korake koje treba obaviti za ostvarivanje cilja npr.slušanje predavanja na fakultetu,polaganje ispita, pisanje teza itd. U slučaju bežične mreže cilj bi trebao da bude željeni procenat zadovoljnih korisnika npr 95% u željenom području, recimo Kanton Sarajevo, koristeći mix usluga od 80% prometa govora i 20% od 364 kilpbitnog prometa korištenjem UMTS Release 99. Zadovoljni korisnik treba dalje biti definiran kao na primjer korisnik koji nije blokiran (pristup dozvoljen) i koji nije odbačen (kvalitet signala dovoljno dobar u većem dijelu vremena). Bitan faktor kod planiranja je tajming npr. koji akcija će biti izvršena kada, i definisanje “prekretnice” npr. vremenske tačke gdje se određeni pod-ciljevi trebaju postići. Nadalje, trebaju se planirati alternative, odnosno alternativni skup radnji (alternativni plan) u slučaju ako orginalni plan ne funkcioniše, ili čak se može definisati alternativni cilj ako orginalni cilj koji nije dostižan.Shematski prikaz procesa planiranja prikazan je na slici 4.1.
36
Slika 4.1: Proces planiranja, definiranje ciljeva, akcija i alternativa
Cilj planiranja nije samo definirati početne mrežne ciljeve, treba također osigurati promjenjive ciljeve jer planiranje mreže je kontinuirani proces koji traje cijeli životni vijek mreže. Na primje prije pokretanja mobilne mreže sav rad je usmjeren na procjenu kako mreža treba izgledati, a poslije pokretanja mreže korisnikova
ponašanja će
odlučiti pravac razvoja mreže. Najzahtjevnija zadaća jeste skupiti sve potrebne podatke za planiranje rada i donošenje odluka o razvoju mreže, koje se temelje na svim ovim procjenama, zahtjevima operatora i pretpostavci budućih troškova. Procjene troškova su obično vrlo osjetljive na promjene u osnovnim pretpostavkama i presudno je da se sve pretpostavke uključuju u razvojni plan mreže. Slika ispod pokazuje probleme sa kojim se 3G distributeri i operatori suočavaju u početku razvoja mreže.
37
Slika 4.3: Problemi sa kojim se distributeri i operatori suočavaju u početku razvoja mreže U slijedećim poglavljma dacemo opis procesa planiranja.
4.2 Pregled procesa planiranja bežičnih mreža
Proces planiranja bežičnih mreža se sastoji od nekoliko faza sa definiranim inputima i outputima. Svaka faza koristi outpute prethodnih faza i proizvodi outpute za naredne faze. Na slici 4.2 je predstavljen pregled procesa planiranja sa fazama projekta (lijevo) i outputima faza (desno).
38
Slika 4.2 pregled procesa planiranja bežične mreže U daljem tekstu ukratko opisujemo svaku od faza mrežnog planiranja. Definiranje zahtijeva Na početku procesa planiranja moraju se definirati zahtjevi npr.: očekivani broj korisnika za svaki tip servisa, prostorna distribucija korisnika (hot spot tačke, putevi, brzina, kretanje, pravac itd) i privremeno ponašanje (sat zauzeća, broj poziva i sesija, trajanje poziva i sesija itd). Ovi podaci se onda transformiraju u precizno pokrivanje (minimalni kvalitet signala) i zahtjeve kapaciteta (broj korisnika koje treba opsluziti) koji se koriste dalje za nominalno planiranje ćelija. Ovi podaci se dobiju iz odjela za marketing (istraživanje tržišta i predviđanje) kao i iz postojećih mreža. Ova faza se dalje razmatra u poglavlju broj 2. Nominalno ćelijsko planiranje Cilj nominalnog ćelijskog planiranja jeste da se utvrde potencijalne pozicije za sajt koje mogu ispuniti zahtjeve za pokrivenost i kapaciteta. U ovoj fazi trebaju se koristiti alati
39
za mrežno planiranje koji imaju digitalne mape područja za koje se vrši planiranje. Alati omogućavaju vizuelno planiranje i kontrolu, npr. možemo provjeriti da li je postignuta željena pokrivenost i kapacitet i pomoći da utvrdimo optimalne pozicije sajta. Output ove faze je nominalni ćelijski plan, sa preporučenim pozicijama sajtova, koji se onda koristi u narednoj fazi: Obilazak sajta i akvizicija. Nominalni ćelijski plan radi odjel za radio planiranje.Ova faza se dalje razmatra u poglavlju 2. Obilazak sajta i akvizicija Zadatak obilaska sajta i akvizicije je da se odaberu i pribave neki (svi) sajtovi koji su prethodno odabrani u nominalnom planiranju ćelija. Na kraju tehničkog obilaska sajta, inžinjer radio planiranja i inžinjer planiranja prijenosa moraju provesti dodatnu provjeru sajta na alatu za planiranje (ako je neophodno), ažurirati alat za planiranje i bazu podataka projekta i dovršiti izvještaj o tehničkom obilasku sajta.
4.3 Preduslovi za dizajn mobilne mreže
Dobijanje željenih informacija za mrežni plan je najvažniji dio u izgradnji troškovno efektivne kvalitetne mreže. Na žalost, neki od neophodnih podataka su povjerljivi i ne samo to, nego možemo samo pretpostaviti kakav će biti mix mobilnih usluga i njihovo korištenje. U okruženju gdje operatori trebaju opsežan dizajn i redizajn u kratkom vremenskom okviru, postoji puno toga oko čega se voditi računa. Drugi davatelji usluga tvrde da daju bolju pokrivenost sa manjim brojem sajtova, operatori tvrde da su proizvodi drugih proizvođača superiorniji, a proizvođači obećavaju sve samo da postignu deal. Povrh svega, vremenske tabele nastavljaju da se mijenjaju, ali naravno, datum puštanja mreže u rad ostaje fiksan. Za proizvođaća najgora stvar je da onda kada dobije ugovor, mora napraviti mrežu koju je obećao. Za početni mrežni (razvojni) plan je potrebno mnogo različitih informacija iz različitih izvora. Ovo predstavlja neiscrpnu listu potrebnih podataka:
40
Poslovni plan operatora Ovaj plan bi trebao definirati kakvu vrstu usluge operator planira obezbijediti, kako će se te usluge implementirati i koliko novca je potrebno za ukupni razvoj. Nekada su ove informacije javno znanje, a nekada dobro čuvana tajna. Tehnički dio poslovnog plana Ovaj dio bi trebao sadržavati željenu pokrivenost, kapacitet, kvalitet, osobine, mix usluga i plan korisničkih zahtjeva. Radio licence Ovaj dio obično sadrži podatke o potrobenom kapacitetu, da bi se na osnovu toga odredio broj potrbenih frekvencija. Licence za frekvencije se nabavljaju kod ovlasteng regulatora, pri cemu se mora voditi racuna o zakonskim specificnostima zemlje, potrebnoj dokumntaciji, rokovima za podnosenje dokumentacije i dobijanje licence itd. Finansijski plan operatora Ovaj plan bi trebao dati smijernice kako bi razvoj trebao napredovati. Bilo kako bilo, obično operatori ne žele dijeliti ove informacije. Mnogo UMTS mreža su finansirane od strane davatelja usluga i takve informacije bi mogle pomoći mrežnim planerima da procijene tempo razvoja. Dokumenti o analizi rizika operatora Ovi dokumenti pokazuju gdje će biti uska grla i rizični put projekta. Često je akvizicija sajta na kritičnom putu, što znači da će RF planiranje sajta promjeniti neke od željenih sajtova. Bilo kako bilo, tehnički gledano kapacitet vazdušnog interfejsa je obično ograničavajući faktor mrežnog kapaciteta tako da bi planiranje razvoja mreže trebalo biti početo od te tačke. Izvještaji savjetnika
41
U proteklih nekoliko godina, operatori su često tražili od konsultanata, da naprave izvještaje sa roll-out (razvojnom) analizom. Iako te informacije brzo zastarijevaju, ti izvještaji mogu imati neke korisne činjenice. Operatorske interne studije mobilnog korištenja Informacije o mobilnom korištenju su vrlo korisne i mogu odrediti gdje će
3G
korisnici, te ključni korporativni klijenti vjerojatno biti. Također, dali će se 3G mreže koristiti kao platforme za druge bežične tehnologije. Profili količine mobilnog saobraćaja i informacije o rasporedu preplatnika su potrebni za simuliranje opterećenja mreže. Vladine statistike Vladini izvori mogu pružiti statistike o vrsti populacije i informacije
kao što je
dohodak, raspodjela bogatstva, oporezivanja, navike trošenja i sl., koje su korisne za procjenu budućeg koristenja mobilne komunikacije u različitim područjima. U stvarnom životu sve ove informacije su sažete u operatorskom zahtjevu za ponudom. To obično zahtijeva procjenu koliko lokacija baznih stanica svaki mrežni provajder misli da je potrebno kako bi osigurao mrežu . Operater obično traži distributera koji će garantirati nivo pokrivenosti za određenu razinu opterećenja, koristeći minimalni broj baznih stanica i troškova. Distributeri se moraju obvezati tim podacima čak i kada je većina sajtova tek trebada bude pribavljena, te se moraju pridržavati nekih parametara koji će biti definirani kasnije. Od distributera se očekuje da da odgovor u vrlo kratkom vremenu s ograničenim informacijama, pa je lako uoćiti zašto kvalitet mreže nije naj važniji faktor u početnom planiranju. Postoji tendencija da operatori koriste ovu taktiku kako bi dobili najnižu moguću početnu ponudu od distributera. Iskusni planer mreže može napraviti "brz i nečist" oblik zahtjeva za mrežnim baznim stanicama sa samo nekoliko parametara. Najvažniji parametri za početni razvoj su: Zahtjevi za kapacitetom – planirani broj korisnika i nivo korištenja usluge u svakom području mreže (sa proračunom kapaciteta BTS sajta) treba biti poznat da bi dobili potreban broj baznih stanica za željeni kapacitet.
42
Zahtjevi pokrivenosti – proračun link budget-a za usluge visoke brzine prijenosa, kako bi se procijenila potrebna kolićina baznih stanica u svakom mrežom području, da se dobije ukupna kolićina baznih stanica za željenu pokrivenost. U svakom mrežnom području, treba uzeti veći kapacitet ili pokrivenost baznih stanica za to područje, a zatim sastaviti sva područja da bi smo dobili ukupni broj. Da bi smo dobili konačan broj potrebnih baznih stanica, koristi se sljedeća formula: • Dodati 10% više kvalitetnih sajtova radi osiguranja specijalne pokrivenosti ili dominantnog poslužitelja u teškim ili važnim područjima - tuneli, mostovi, izložbeni i sportski događaji, trgovački centri, zračne luke, veliki hoteli, visoka zgrada, zdravstveni domovi i vaterpolo klubovi ! • Dodati dodatnih 10% više sajtova za pokrivanje ¨rupa¨, jer nije moguće pribaviti sve planirane sajtove • U tom vremenu prodajni tim će vam reći da je vaš plan za 30% skuplji, tako da ćete morati smanjiti 30% troškova baznih stanica (i 40% od svog budžeta nabavke). Ukupni rezultat će vam reći koliko je sajtova potrebno da se napravi početna mreža..
43
4.4 Planiranje pokrivenosti
"Ako sam vidio dalje od drugih, to je zato što sam stajao na ramenima divova." Isaac Newton 4.4.1
Link Budget
Prvi korak u planiranju pokrivenosti je Link Budget proračun, na primjer određivanje maksimalnog path loss-a na radio interfejsu koji još uvijek omogućava prihvatljivu kvalitetu signala na prijemniku. Relevantne varijable za Link budget su shematski prikazane na slici 5.1.
Slika 5.1. Link budget varijable
U nastavku ćemo pokazati primjer proračuna link budget-a iz UMTS-a koji počinje iz uplink, smjera (UMTS foruma). UL je obično ograničavajući faktor u bežičnim komunikacijama, jer mobilna stanica ima puno manje raspoložive snage od bazne stanice, dalje uplink interferencije (šum od drugih mobilnih stanica) su još jedan ograničavajući faktor u CDMA sistemima.Primjer proračuna link budget-a se nalazi ispod u tabeli 5.1.
44
UMTS UL Link budget primjer, (c) UMTSWorld.com TX Max mobilna snaga = 0.125W (dBm)
21
Gubitak od tijela – dobitak antene (dB)
2
EIRP (dBm)
19
RX BTS Gustoća buke (dBm/Hz) = Toplinska gustoća šuma + BTS slika šuma
-168
RX snaga šuma (dBm) = -168x10*log(3840000)
-102.2
Margina smetnje (dB)
3
RX
snaga
interferencije
(dBm)
=
10*log(10٨((-102.2+3)/10)-10٨(- -102.2
102.2/10)) Šum i interferencija (dBm) = 10*log(10٨((-102.2)/10)-10٨(-102.2/10))
-99.2
Obrada dobitka (dB), 144k govor = 10*log(3840/144)
14.3
Zahtjevani Eb/Noza govor (dB)
5
Dobitak antene (dBi)
19
Kablovski i konektorski gubitci (dB)
2
Brza feding margina (dB) = sporo mobilno kretanje
4
RX osjetljivost (dBm)
-121.4
Totalni dostupni path loss (dB)
140.4
Dimenzionisanje Duga normalna feding margina (dB)
7
Unutrašnji / u vozilu gubitci (dB)
0
Nježni hendover dobitak (dB)
3
Rub čelije cilj širenja gubitaka (dB)
136.4
Okamura – Hata čelijski raspon (km) L=137.4+35.2log(R)
0.94
45
Pokrivenost heksagona područja pokrivanja (km2)
2.3
Pokrivenost preklapanja za hendover (%)
20%
Potrebna predgradska zona pokrivenosti (km2)
200
Potrebna predgradska pokrivenost stanica
105
Tabela 5.1: Primjer Link Budget proračuna U nastavku je dato kratko objašnjenje za neke pojmove u tabeli 5.1 : 1. Polazna tačka za proračun link budgeta je definirati potrebne brzine prijenosa podataka u svakom mrežnom području i Eb/No ciljeve (Energy per Bit to Noise power density ratio -- energije po bitu / odnos šuma i gustoće snage ). Obično operator definiše ove parametre unaprijed, ali simulacijski alati mogu biti korišteni za odabir potrebnog odnosa Eb/No. Za svako od geografskih područja, odnos Eb/No bi trebao biti u skladu sa zahtjevima usluga, faktora učitavanja sistema, procjenjene brzine mobilne stanice, različiti penetracijski gubitci, pouzdanost pokrivenosti i korištena fade margina. Na primjer, iz simulacija link nivoa se može dobiti waterfall krivulja koja je ista kao ona na slici 3.2. Na osnovu krivulje i BER zahtjeva za uslugu, može se dobiti odgovarajući CIR-prag (uzimajući u obzir faktor propagacije) ili Eb/No za uslugu. 2. Sljedeći korak je prikupiti podatke koji su specifični za davatelja usluga kao što su izlazna snaga BTS-a, oblik šuma na prijemniku, definirani korišteni kablovski sistemi
(što je deblji kabal, skuplji je za instalaciju), korišteni tipovi antena,
korišteni inteligentni antenski sistemi u specifičnim područijima, moguća dodatna linijska pojačala, korišteni diverziteti (poput antene, polarizacije, prijemnika) itd. 3. UMTS standardi definiraju nivo mobilne snage, brzinu čipova i dobitke procesa. Dobitak soft handover i gustina termalnog šuma su isti u svakom UMTS sistemu. Obje strane treba da se usaglase o propagacijskim modelima nakon drive testova. 4. Margine za interferenciju i feding mogu se procijeniti na osnovu stvarne mreže ili simulacija. Margine se mogu računati pod pretpostavkom odgovarajuće raspodjele vjerovatnosti (recimo Rayleigh za brzi feding i long-normalna za spori feding i
46
interferenciju) i praga koji se ne smije preći za određeni porocenat vremena (obično 90 – 95 %). 5. Neke od komponenti u link budget-u su specifične za sistem, kao što je dobitak procesiranja što je rezultat propagacije signala i soft handover dobitci koji su rezultat makro diverziteta (mobilna stanica može biti povezana na više od jedne BS). Ovi dobici su samo dostupni u 3G(UMTS), a ne u 2G(GSM) niti u 4G(LTE). Imajte na umu da je ovo samo primjer računanja link bugeta. Vrijednosti za stvarne mreže mogu se puno razlikovati ! Iz maksimalnog path-loss-a izračunatog u link-bugetu, možemo odrediti maksimalni prečnik ćelije.Na primjer, korištenjem jednostavne formule za izračun path-loss-a (5.1) Gdje je radius ćelije (R) možemo izračunati izračunati područje pokrivenosti ćelije. Treba uzeti u razmatranje preklapanje ćelija.Većina mrežnih planera se slaže da bi preklapanje trebalo biti 20 do 30 %, ali to se direktno odražava na troškove izgradnje. Nakon toga mogu se izračunati zahtjevi za baznu stanicu za svaki tip područja. Potrebno je primjetiti koliko je broj sajtova osjetljiv na varijacije propagacijskog modela i preklapanja ćelija. U nastavku istražujemo različite modele za mobilnu radio propagaciju.
4.4.2
Cilj
Propagacijski modeli i model tuning
model
tuning-a
(podešavanja
modela)
je
dobiti
formulu
(obično sofisticiraniju nego (5.1) koja se nalazi iznad) za proračun path-loss-a u alatu za planiranje. U alatima za planiranje računa se samo path-loss dok se dugotrajni i katkotrajni feding razmatraju kao odgovarajuće margine (recimo 10-20 dB) u link bugetu. Za derivacije modela se koriste tri metode: statistička, deterministička i poludeterministična.
47
- Statističke metode (koje se nazivaju jos i stohastičke ili empirijske) se temelje na izmjerenim i usrednjenim gubicima tipičnim klasama radio kanala. Prednost je da su jednostavne, ali i manje precizne nego deterministički modeli. - Determinističke metode se temelje na proračunu (diferencijalnih) jednačina koje opisuju fizičke zakone propagacije valova (kao što su Maxwellove jednačine). One su tačnije i pouzdanije u predviđanju path-loss-a od empirijskih metoda, ali i skuplje u smislu napora u proračunu, a zavise od detaljnog i preciznog opisa svih objekata u prostoru propagacije, kao što su zgrade, krovovi, prozori, vrata i zidovi (koje je teško dobiti). - Polu-deterministička metoda kombinira dvije predhodno opisane metode (kao što je Walfisch -Ikegami model,) i to je najčešće birana metoda u gotovo svim savremenim alatima za planiranje. U nastavku ćemo ukratko opisati neke formule za proračun path-loss-a. 4.4.3 Gubici u slobodnom prostoru
Gubici u slobodnom prostoru (L u dB) između izotropnih antena izračunavaju se prema sljedećoj formuli: (5.2) Gdje f označava radnu frekvenciju u MHz, a d je udaljenost između predajnika i prijemnika.
4.4.4 OkomuraHata Model
Okomura-Hata model je empirijska formula path-loss-a koja je izvodena od strane Hata-e prema mjerenjima Okomure:
(5.3)
48
Formula je primjenjiva u urbanim područjima za makro-ćelije sa parametrima u rasponima: Radna frekvencija: 150 - 1500 MHz Visina odašiljača: 30 - 200m Visina prijemnika: 1 - 10m Udaljenost između odašiljača i prijamnika: 1 do 20 km. Gdje je hbs efektivna visina BS-a i (hms) je faktor korekcije sa sljedećim vrijednostima: Za otvorena područja, predgrađa, gradove srednje velićine: (5.4)
za velike gradove:
(5.5)
(5.6) korekcije za ruralno i otvoreno područje su također određene sa:
(5.7)
(5.8) Okomura-Hata formula ima nekoliko ograničenja. Na primjer profil terena između odašiljača i prijemnika ne uzima se u obzir – ofseti klatera, visine i difrakcije. Osim toga, lokalni efekati oko prijemnika, kao što je refleksija ili efekat sjene su zanemareni.
49
Kako bi se uklonila neka od navedenih ograničenja i povećala fleksibilnost, u modernim alatima za planiranje se koristi modificirana Okomura-Hata formula. U nastavku je ona i opisana. 4.4.5
Opća OkamuraHata formula
U modernim alatima za planiranje Okomura-hata formula je generalizovana (koristeći promjenjivih parametara umjesto fiksnih koeficijenata) i proširena (dodavanjem dodatnih uvjeta kao što su gubici difrakcije i clutter gubicima). Primjer opće Okomurahata formule je dat u nastavku:
(5.9) Gdje je: L-pathloss u dB K1-konstantni pathloss offset, sveobuhvatnog termina log (frekvencija) (dB) K2-faktor multipliciranja za log(d); nagib K3-Okomura-Hata korektivni faktor za efektivnu visinu mobilne stanice K4-faktor mulipliciranja za log (hms) (dobitci nastali zbog visine mobilne stanice) K5-faktor mulipliciranja za log(heff) (dobitci nastali zbog visine antene) K6-Okomura-Hata tip faktora multipliciranja za log(heff)log (d) K7-faktor multipliciranja za računanje difrakcije Kclutter-faktor korekcije clutter-a (dB) d-udaljenost između odašiljača i prijemnika (km) heff-efektivna visina antene bazne stanice (m) hms-visina mobilne stanice (m) Diffr-gubitak difrakcije (dB)
50
Difrakcija se izračunava korištenjem Fresnelove formule za odnos energije poslije (E) i prije (E0) prepreke (aproksimiran na ivici):
(5.10) a ν je:
(5.11)
Korišteno za proračun geometrije na slici 5.1.
Slika 5.1: Izračunavanje geometrije za ivičnu difrakciju Za izračunavanje path-loss-a preko nekoliko prepreka može se koristiti metod (Bullington) ekvivalentan metodi knife-edge (vidi sliku 5.2.), ili neki drugi modeli (kao što je Epstein-Peterson) ili neka kombinacija navedenih.
51
Slika 5.2: Ekvivalentni model ivici u skladu sa Bullington-om
Zadatak model tuning-a je da se odrede koeficijenti K1-K7, tako da je standardna devijacija između izmjerenih podataka i vrijednosti izračunatih pomoću formule bude što je moguće manja (obično 7-8 dB), a srednja vrijednost greške bi trebala biti 0. Standardna devijacija (s) greške definisana je na način:
(5.12) gdje je N broj tačaka mjerenja, yi je izmjereni path-loss na tački xi i L(xi) je izračunati path-loss u skladu sa generalizirnom Okomura-Hata formulom spomenutom ranije. Srednja vrijednost greške je definisana na slijedeći način:
(5.13) Koristeći ranije navedene definicije možemo reći da je zadatak model tuning-a :
52
Odrediti koeficijente K1-K7 tako da je S minimizirano pod uslovom da je M=0. Ovi moderni alati za planiranje podržavaju model tuning gdje se koeficijenti K1-K7 (ili neki od njih) automatski mijenjaju sve dok značajnije poboljšanje standardne devijacije više nije moguće . Druga mogućnost je da se koeficijenti mijenjaju ručno korištenjem nekih heurističkih procedura poput: 1. Izabrati početni model koji najbolje odgovara relevantnom području, 2. Eliminirati neinformativne mjerne tačke (značajno odstupiti od normalne pokrivenosti ili otići izvan granica osjetljivosti prijemnika, 3. Ukloniti opstruirane zone i optimizirati Kclutter (i neznatno K1, K2) 4. Ukloniti samo neopstruirane mjerne tačke tj. ukloniti LOS (Line Of Sight) i optimizirati K7 – faktor difrakcije, 5. Ukloniti brisanje LOS i NLOS tačaka: Provjeriti rezultate analize za cijeli rutu mjerenja.
Sljedeća pravila treba pratiti pri ručnom mjenjanju K1-Kt koeficijenata: • K1-faktor za 1800 MHz je proširen sa dodatnih 3 dB poštujući COST231 preporuku za područja metropola. • K5 i K6 faktori, koji predstavljaju ponderiranje (težinski utjecaj) visine antene BS i njihov efekat na nagib u Okomura-Hata formuli treba biti mjenjan što je manje moguće, jer bi u protivnom bilo teško primjeniti isti model na druga područja. • K7 faktor je samo manji procenat očekivanog gubitka difrakcije, pošto se koristi Epstein-Peterson algoritam difrakcije koji izračunava visoke gubitke. • K3 i K4 faktori utjecaja visine mobilne antene na pathloss se stavljaju na nulu. Prije nego počnemo model tuning moramo izvesti određena mjerenja, jer u protivnom model tuning nije moguć. Procedura mjerenja sastoji se iz sljedećih zadataka: • izbor site-a,
53
• izbor puta (rute), • dodatna obrada podataka. Prilikom izbora site-a treba voditi računa o slijedećem: • Treba preferirati reprezentativne ili tipične BTS site-ove • Site-ovi trebaju biti locirani u i oko područja u kojem će se koristit predviđeni model • Koristiti site-ove sa ravnim krovovima i dovodom struje (po mogućnosti site-ovi sa BTS opremom na krovu) tako da se mogu postaviti stubovi i oprema. • Visina odabranog site-a treba predstavljati visinu zračenja mreže. • Minimalna visina antene odašiljača treba biti takva da su 3 dB vertikalnog dometa bez ometanja od zgrade • Za svaki model je potrebno je najmanje 5 do 7 survey site-ova Za izbor rute ili puta se treba pobrinuti za sljedeće: • izbjeći područja na kojima je moguće blokiranje antene • ruta treba pokrivati onoliko puteva koliko vremenski okviri dozvoljavaju • djelimično koristiti iste rute za različita survey-e (nadzore, nadgledanja) • tipično se testira područje veličine 2-3 radiusa ćelije • ruta treba uključivati različite terenske varijacije. ‐
Ruta bi trebala omogućiti prikupljanje dovoljnog broja mjerenja u svakom clutteru
‐
Treba pokriti i LOS i NLOS
‐
U urbanim područjima treba uzorkovati različite ulične orijentacije
‐
Testirani podaci moraju biti raspoređeni po različitim udaljenostima i različitim pravcima planiranog područja;
‐
Testne rute različitih testnih stanica se po mogućnosti trebaju preklapati;
‐
Testne rute trebale bi izbjegavati autoceste, brze ceste, široke magistrale i područja u sjeni visokih zgrada;
‐
Testne rute trebale bi imati oblik poput "8" ili spiralni oblik koji okružuje (prema vani ili prema unutra) okolne testne stanice,.
54
Konačno, dodatna obrada podataka razmatra sljedeće. • GPS podešavanje: o prilagođavanje geografske širine i dužine testiranih podataka kako bi se spojili sa digitalnom kartom o provjeriti da se testne rute na digitalnoj karti poklapaju sa odgovarajućom ulicom • Filtriranje podataka: o Treba filtrirati podatke kojima nedostaju informacije o vremenu, gegrafskoj širini ili dužini o Filtrirati podatke čija je snaga signala veća od 40 dBm ili manja od -130 dBm • Geografsko usrednjavanje: o ucrtati sva područja testiranja u mrežu, čije su granice duže od 6 metara o
izračunati aritmetičke sredine svih podataka distribuiranih u svakoj mreži, te posmatrati središte ove mreže kao novu tačku lokacije
• Izračunavanje path-loss-a. nakon geografskog usrednjavanja treba ukloniti uticaj antene, te povratne informacije o nizu gubitka i penetracijski gubitak.
4.5 Nominalno planiranje
Prvi korak u planiranju pokrivenosti je stvaranje preliminarnog plana, temeljenog na izračunatom broju baznih stanica, iz faze dimenzioniranja, koji je dogovoren sa operatorom. BTS (base transceiver station) lokacije su teoretske u ovoj fazi, jer one nisu provjerene na terenu. Korištenje omni i/ili sektorskih antena je dio strategije planiranja. Omni antenske ćelije mogu biti korištene u ruralnim ili drugim rijetko naseljenim područjima, gdje nema zahtjeva za velikim kapacitetom. Kao što je navedeno prije, pokrivenost u preciznoj lokaciji je lakše omogućiti korištenjem baznih stanica sa sektorskim antenama.
55
Sljedeći korak je početi tražiti stvarnu lokaciju za baznu stanicu, što je zadatak tima za akviziciju (acquisition team). Pronalaženje optimalne BTS lokacije, je ključan, ali kompliciran zadatak. Ono što ovaj zadatak čini kompliciranim su mnogi praktični zahtjevi i posebno prenos koji treba biti ugovoren. Kada je stvarna BTS lokacija pronađena, preliminarna/početna lokacija se mjenja i plan se ažurira i ćelijsko područje pokrivanja se ponovo izračunava koristeći nove parametare. Ovo se izvrši za sve početne/preliminarne BTS lokacije, pronađu se stvarne BTS lokacije i preračunava se podrućje pokrivenosti. Normalno plan je podijeljen na manje segmente, a svaki (segment) se sastoji od nekih baznih stanica koje se nalaze u neposrednoj blizini. Segmenti (cluttersi) se obično biraju prema sličnim uvjetima propagacije - pa često imamo sljedeće clutterse/segmente: • Urbani • Sub-urbani • Ruralni • Šume • Jezera • Itd. Segment se može iscrtati na karti kao geografsko logičano područje, sa određenim baznim stanicama unutar područja. Cilj je pronaći stvarnu BTS lokaciju, segment po segment i finalizirati preliminarni/početni plan pokrivenosti jednog područja na vrijeme. Pri traženju stvarne lokacije bazne stanice važno je postići planirane zahtjeve. Pokrivenost i zahtjevi za kapacitetom moraju biti postignuti sa stvarnih BTS lokacija. Tokom nominalnog planiranja se mogu koristiti sljedeća pravila (rules of thumb): Prvo pokrivenost: regularno rasporediti bazne stanice u clutter-u kako bi se omogućila najbolja pokrivenost sa minimalnim brojem baznih stanica. Prvo kapacitet :Prvo pokušati alocirati bazne stanice u područja sa najvećom gustinom prometa kako bi se omogućio najveći kapacitet sa minimalnim brojem baznih stanica.
56
Naravno, kombinacije gore nevedenih heurističkih pravila mogu da se koriste – prvo da se obezbijedi kapacitet u najgušćim oblastima i pokrivenost u ostatku planiranog prostora. Prilikom izračunavanja pokrivenosti ćelije pomoću alata za planiranje, opseg proračuna treba da bude širok, posebno zato što procjena interferencije mora da bude precizna. Uobičajni način da se prikaže izračunata pokrivenost za određene oblasti jeste da se vidi kompozitni prikaz sa određenim pragovima (vidjeti sliku 5.3). U ovom tipu prezentacije je lako vidjeti moguće praznine u oblasti pokrivanja .:
Slika 5.3: Primjer područja pokrivenosti ćelije u alatu za planiranje Suprotna situacija, kada je preklapanje oblasti između ćelija suviše veliko,također može biti ispitana. Finim podešavanjem parametara planiranja unutar datog opsega može se osigurati popunjavanje praznina pokrivenosti i smanjiti nepotrebna preklapanja, npr BTS izlazna snaga ili visina antene, pravac ili donji nagib antene se mogu promijeniti. Još jedan koristan način da se prikaže pokrivenost je karta dominacije. U ovoj prezentaciji svaka ćelija ima određenu boju, koja se koristi da pokaže gdje ova ćelija ima dominantnu pokrivenost. Pragovi pokrivenosti se stoga ne koriste u ovoj prezentaciji. U praksi granice pokrivenosti nisu striktne, zbog handover margine (granice). Prilikom napuštanja
57
dominantnog područja jedne ćelije, druga ćelija počinje biti dominantna – handover se vrši samo kada je pokrivenost druge ćelije bolja od handovera margin (granice). Stoga je mobitel još uvijek za kratko vrijeme spojen na prvu ćeliju, a druga ćelija je već dominantna. Teorijski proračun pragova pokrivenosti je objašnjen ranije. Pragovi pokrivenosti su način da se analizira pokrivenost područja u fazi planiranja i da se usporedi sa zahtjevima planiranja. Stoga je korisno postaviti pragove pokrivenosti korištene u alatima planiranja u skladu s ciljevima planiranja. Ponekad se thershold-i (pragovi) korišteni u ispisima odvojeno dogovaraju sa operatorom kako bi se lakše usporede različite verzije. Također može biti nekoliko setova thershold-a (pragova), s prvim koji daje thershold-e (pragove) za sve morfološke vrste u tom području. Također gu postojati thershold-i (prag) za različite vrste prijemnika, u skladu s definiranim MS klasama. Jedan thershold (prag) je postavljen da ilustrira pokrivenost u zatvorenom prostoru, kao npr zgrada i automobil, i sl., a gubici penetracije se uzimaju u obzir. Pažljivo planiranje pokrivenosti je važno jer potiče opreznost tokom procesa mrežnog planiranja. Tačnost plana pokrivenosti je suma više faktora. Rezolucija karte i njena tačnost utiču na model propagacije, kao i tačnost mjerenja model tuninga. Važni faktori u fazi planiranja pokrivenosti su tačnost parametara link budgeta, BTS koordinate i drugi parametri planiranja pokrivenosti. Mjerljivi parametri link budget-a, gubici na kablovima i BTS snaga moraju biti verificirani s mjerenjima, kada je to moguće. Parametri moraju biti verificirani, tako da se isti brojevi koriste od planiranja do stvarnog BTS-a. Koordinate mjerene za stvarni BTS tokom traženja site-a su bitne jer se koriste za planiranje pokrivenosti u alatu za planiranje. Parametari izgradnje vezani za antene su bitni kada govorimo o pitanjima tačnosti, stvarnoj visini antene i njenom usmjerenju.
58
4.6 Selekcija sitea
Nakon što je završeno nominalno ćelijsko planiranje, počinje potraga za site-ovima. To je zadatak tima za site survey i obezbjeđivanje site-a, kao i odabir i osiguravanje siteova u svakom području pretrage prema slijedećim kriterijima: • Radio pokrivenost treba biti dobra, nema prepreka u blizini potencijalnih antena • Prijenosni kablovi nisu predugi • Troškovi gradnje na site-u nisu previsoki • Pristupi site-u su relativno lahki • Trošak iznajmljivanja nije previsok • Implementacija relativno jeftina
4.7 Detaljno ćelijsko planiranje
U ovoj fazi site-ovi stečeni tokom faze odabira site-ova, se koriste u alatima planiranja da se utvrdi da li se može postići dobra pokrivenost. Ako to nije moguće sa stečenim site-ovima, treba naći nove site-ove dok zadovoljavajuća pokrivenost ne bude dobivena. Kod kompliciranih situacija planiranja postoji nekoliko načina da se poboljša pokrivenost. Te trikove je najbolje koristiti tokom faze planiranja, jer je komplicirano i skupo to učiniti kasnije. Ti trikovi ne umanjuju važnost pažljivog planiranja, jer ne postoji način da se pronađe bolja lokacija za pogrešno smještene bazne stanica, osim da se promijeni u bolju poziciju. Jedna od metoda kako bi se poboljšala pokrivenost je optimizirati parametre link budgeta u datom dometu , koristeći što veće BTS snage i imati (antene gain) antene sa velikim dobitcima. Druga metoda je da se koristi dodatni hardver za poboljšanje pokrivenosti.
59
Pojačivač (booster) pojačava BTS prijenos i na taj način jača downlink. Pojačivači sa tornjem jačaju uplink dajući više osjetljivosti BTS-u i omogućavaju prijem slabijih signala. Važno je ispuniti zahtjeve pokrivenosti i kapaciteta, ali u isto vrijeme planiranje mora ciljati čista područja ćelijske dominacije. Snagu BTS-ova i visinu antena treba uzeti u obzir i koristiti nagibe kada je to moguće (električna i mehanička). Kao što je već spomenuto, u fazi planiranja izračunavanje dometa pokrivenosti mora biti opširno kako bi se otkrile ometajuće refleksije. Daljnji korak je dimenzionisanje planiranih siteova prema zatjevima kapaciteta.
60
4.8 Planiranje kapaciteta i dimenzionisanje 4.8.1 Prometni zahtjevi Broj instaliranih primopredajnika limitira teoretski kapacitet mobilne mreže. U CDMA sistemima osim broja kodova, interferencije određuju kapacitet sistema. Često se kaže da CDMA sistemi imaju „meke“ kapacitete, tj. Kapacitet se degradira s povećanjem interferencije. To komplicira procjenu kapaciteta područja mreže. Kao što je opisano u poglavlju 5 link budget se koristi za izračunavanje maksimalnih dopuštenih path-loss-a i maksimalne veličine ćelije. Link budget u UMTS uključuje interferenciju margin , što je ustvari povećana razina šuma, uzrokovana je većim opterećenjem u ćeliji. Tako povećanjem opterećenja ćelije, pokrivenost ćelije postaje manja. Tako su pokrivenost ćelije i dimenzionisanje kapaciteta povezani. Ovo je način kako su dimenziosnisanje kapaciteta i pokrivenost ćelije spojeni. Planiranje kapaciteta sistema je podijeljeno na dva dijela: 1. Prva stvar je da se utvrdi jedan kapacitet primopredajnika i stranice. Izračunati kako
se
šumovi povećavaju,kako se opterećenje stanice povećava koje je izvan opsega ove stranice, ali unutarćelijski šum, Eb / No zahtjevi, planirana brzina prijenosa podataka, vjerovatnoća pokrivanja, faktor aktivnog korištenja zračnih resursa, interference margin i dobici (gains) procesiranja su potrebni za približno određivanje kapaciteta primopredajnika i site-a. Ovisno o vrijednosti parametara, planirani kapacitet primopredajnika je obično od 400 kbit / s do 700 kbit / s po primopredajniku. 2. Drugi dio procesa je procijeniti koliko mobilnih korisnika svaka stanica može služiti. Kada kapaciteta stanica i profili pretplatničkog prometa postanu poznati, zahtjevi baznih stanice mogu se izračunati. Procjene se mogu obaviti u erlanzima
po
pretplatniku ili kilobitima po pretplatniku. Pružatelj usluga ima alate za
61
simulaciju i testiranje parametara sistema i za grube procjene. Velika količina podataka potrebna je za sveobuhvatno dimenzioniranje mreže, broja pretplatnika i procjenama rasta, promet / korisnik / sat najvećeg zauzeća / geografskog segmenta i zahtjevana propusnost uključujući i mixeve usluga za npr geografske segmente.
Slika 6.1: Svaka vrsta prometa mora se procijeniti za proračun kapaciteta.
4.9 Kodno i frekvencijsko planiranje 4.9.1 Planiranje frekvencija u GSMu
Spektralna djelotvornost je ključna u TDMA baziranim mrežama. Frekvencija je resurs koji je ograničen i skup, tako da bi se trebao učinkovito koristiti. Planiranje frekvencija je postupak koji je nužan jer svaki put postaje teže pronaći nove frekvencije za integriranje
novih
site-ova.
Naime, dok se optimizira, mreža i dalje se nastavlja širiti s dodatkom novih site-ova. Zato frekvencijski plan, iako je dio procesa planiranja, također pripada u fazu optimizacije. Planiranje frekvencija je sposobnost koja je obvezna vještina za dobro mrežne optimizatore. Ona se temelji na dobro utvrđenim procedurama. No, terenska znanja su također potrebna, posebno za ručno podešavanje.
Proces
62
Provedba frekvencijskog plana je ozbiljan zadatak koji uključuje nekoliko sektora. Na primjer, NWP tim je zadužen za proizvodnju radio parametara, NMS tim će implementirati novu bazu podataka, a tim za provedbu biti će dostupan da interveniše brzo na osjetljivim mjestima, gdje se pojave problemi. Uspjeh u provedbi frekvencijskog plana na području gdje djeluje više operatora je izazovan zadatak. Dobra komunikacija je vrlo važna u tom slučaju. Jedno učinkovito rješenje je da se koristi segmentacija frekvencijskog pojasa. Svakom operatoru je dodijeljena odvojen frekvencijski opseg koji se neće miješati s drugima. Planiranje frekvencija u fazi optimizacije Uspostavljanje dobrog frekvencijskog plana sastoji se od dodjeljivanja frekvencija za svaki TRXs koristeći optimalan način. U tu svrhu, pravilno dizajniranje sektora je presudno. Zapravo, ideja je da se dodijeli ista frekvencija za sektore usmjerene u istom smjeru, a dovoljno daleko jedni od drugih da ne stvaraju smetnje. To znači u praksi da se prije planira područje po područje, nego site po site (prostor je skup od 4, 7 ili više sites). Izvođenje novih planova frekvencija je operacija koja se ponavlja, a koja se odvija svaki put kada dodavanje novih site-ova dostigne određena spektralna ograničenja. Na fazi pokretanja, operateri mogu rukovati određenim brojem site-ova koristeći širinu frekvencijskog opsega. Na taj način privrženi kanali mogu se pripisati svakom TRX-u. Ipak, u određenom stupnju, frekvencijski hopping postaje nužan kako bi se interferencije raširile. Postoje dva načina frekvencijskog hoppinga: sinteza frekvencija (SFH) i base band hopping (BBH).
Base Band Hopping
63
BBH se sastoji od pridavanja fiksne frekvencije za sve TRXs, a zatim TCH prelazi iz TRX na TRX u istoj ćeliji. Ovakav način planiranja hopping je vrlo težak, budući da je obavezno izdvojiti jednu određenu frekvenciju po TRX. Osim toga, najveći broj mogućih kanala za mobilne skokove je broj hopping TRXs. To donosi određena ograničenja diverzitetu interferencije. Hardverski zahtjevi za BBH su udaljeno podešavanje kombinacija na razini BTS. Synthesised Frequency Hopping SFH je više prikladan za zrele mreže. To je lakše planirati, jer hopping TRXs koriste mobilnu listu dodjela, tako da nema potrebe da ih planiramo. Međutim, to zahtijeva regularni inženjering za azimuths. Sastoji se od planiranja BCCH sloja, a zatim hopping parametara (hsn, Maio, itd.). SFH zahtijeva širokopojasni combiners koje imaju veći uneseni loss (gubitak). Detaljna metoda za planiranje SFH baziranih mreža je sada prikazana. BCCH strategija BCCH sloj je osjetljiviji na interferneciju od TCH kada se kanal prenosi kontinuirano u vremenu. Stoga, planiranje mora biti pažljivo i sa najvećom strogošću. Zbog toga, BCCH i TCH opsezi su odvojeni. Povrh toga, ovisno o topologiji mreže, BCCH opseg može biti podjeljen između različitih konfiguracija site-ova. Na primjer, u području gdje je puno hotspot mikro ćelija postavljeno, a budući da su mikro i makro ćelijski mehanizmi za propagaciju različiti, razumno je odvojiti spektre za dva sloja. Suprotno se događa za ne-mikro-gusta područja, budući da isti opseg može biti rezervisan za oba sloja sa višim prioritetom za makro i umbrella (kišobran) site-ove. BCCH strategija ovisi o tome hoće li se Synthesised Frequency Hopping koristiti ili ne. Kada se koristi SFH, širi opseg se može dodijeliti BCCH-u jer TCH sloj koristi MAList ( mobilna dodijela lista) slučajnih atributa (interferencija diverziteta). Postoje dva glavna načina planiranja frekvencija: ručni i automatski. Ovaj pododjeljak se bavi ručnom metodom, a sljedeći pododjeljak o automatizacijskim alatima se bavi
64
automatiziranim načinom. Ručna metoda je posebno opravdana kada je mreža dobro dizajnirana ( male udaljenosti intersite, redovna trisectorisation, homogene antene i BTS). Većina Evropskih operatora koristi 7×21 model, što znači distribucija od 21 frekvencije identično konfigurisanu na područjima od sedam site-ova (vidi sliku 2.50). U tom slučaju, treba primjetiti da se kanali od 1 do 22, osim 19, koriste kako bi se izbjegle interferencije u susjednom kanalu 18. Za zone gdje je teško primjeniti ovaj model bez generisanja interferencije (reljef, more, visoka mjesta, mjesta sa nestandardnim azimutima, i drugo), preporučuje se da neki dodatni kanali budu rezervisani u cilju da se site-ovi podešavaju ručno.
Slika 6.2 a)čisti SFH BCCH; b) SFH BCCH sa interferencijom
Ovaj šestokutni motiv čini se da daje dobre rezultate u teoriji i praksi kroz nekoliko projekata. Ručne ispravke trebaju, međutim, napraviti prema polju ograničenja / znanja i alata za planiranje-simulirane interferencije. Teoretski gledano, ako se pretpostavi da u urbanom području međusobne udaljenosti oko 400m, radijus poziva se može procijeniti da bude najbliži ponovno korištenoj udaljenosti za jedan kanal. (6.1) Ova udaljenost je vrlo dobra za gustu mrežu.
65
To vrijedi u urbanim i ruralnim područjima, osim što se u ruralnim područjima regularni dizajn ne poštuje. Slijedi dizajn site-a ograničenja prihoda za operatora; site-ovi pokrivaju sela i gradove, bez obzira na teorijsku mrežu. Zbog toga, u ruralnim područjima planer mreže mora koristiti joker frekvencije. Konfiguracija prikazana na slici 6.2 (b) prikazuje primjer korištenja opsega 1 do 21 (19 umjesto 20, 20 umjesto 21 i 21 umjesto 22). Nezaobilazne susjedne interferencije mogu se vidjeti između 19 i 18 kanala.
TCH strategija U slučaju korištenja SFH, TCH sloju je dodijeljen set frekvencija zvanih MAList u 1/1 ( isti MAList za sve sektore) ili 1/3 (jedna različita MAList za svaki od tri sektora) konfiguraciju. Kako se izračunava dužina Malist u svakom slučaju? Proračun opterećenja frekvencija je odgovor. Opterećenje frekvencije = frakcijsko opterećenje × hardversko opterećenje
(6.2)
Gdje je Frakcijsko opterećenje=broj hopping-a TRXs/MAList dužina (6.3) Hardver opterećenja=promet(Erl) u satu najvećeg zauzeća/broj TCH vremenskih slotova
. (6.4)
Općenito preporučuje se da ne prelazi 30%-tno frekvencijsko opterećenje za 1/3 model i 8% za 1/1 model. Stoga: dužina MAListe 1/3 > (promet BH × NBR preskok TRXs)/(broj TCH vremenskih slotova × 0,3) (6.5)
66
MAList dužina 1/1 > (promet BH × NBR preskok TRXs)/(broj TCH vremenskih slotova × 0, 08). (6.6) Primjer organizacije MAList-e može biti kroz prepletanje kako bi se na najbolji način iskoristio frekvencijski pojas i povećao razmak između frekvencija koje se koriste u isto vrijeme (vidjeti sliku 2.51).
Slika 6.3. Primjer imenovanja 1/3 modela MAList
HSN planiranje Redni broj preskoka (HSN) je parametar koji razlikuje algoritam preskoka između dvije ćelije koje imaju istu MAList-u. Postoje 64 moguća HSN-a (0 je ciklični i 1 do 63 slučajna). Princip SFH (širenje smetnji) je osiguran preko HSN. Dvije ćelije imaju isti MAList i različit HSN skok različito, oni mogu u jednom trenutku koristiti iste frekvencije ali ubrzo nakon toga dvije ćelije će biti na različitim frekvencijama. U slučaju modela 1/1, budući da sva tri sektora koriste isti Malist, tri različita HSN-a treba rasporediti prema položaju, dok se sa modelom 1/3 isti HSN može koristiti za sve ćelije
67
uz uslov da su sektori sinhronizovani. Neki rezultati simulacije su pokazali da u skladu sa algoritmom preskoka, iza svake HSN vrijednosti neki parovi HSN-a proizvode veću vjerovatnoću smetnji od drugih. Tabela 2.21 (a) i (b) daje vrijednosti vjerovatnoće za najbolje i najgore performanse parova HSN-a.
Tabela 6.1 (a) Najgori parovi HSN-a; (b) Najbolji parovi HSN-a
68
69
MAIO planiranje MAIO je parametar koji omogućuje da dva TRX-a koji pripadaju istoj ćeliji (s istim MAList i istim HSN-om) prometuju na različitim frekvencijama u svakom trenutku. U stvari MAIO je korak između pozicije prvog TRX-a i drugog TRX-a od početne frekvencije na listi preskoka. Za MAList s N frekvencijama, MAIO može uzeti vrijednosti od 0 do N - 1. Da bi se bolje razumjelo kako ortogonalnosti mogu biti osigurane između dva TRX-a, to će biti razmotreno na primjeru. Razmotrimo ćeliju s tri TRX-a (jedan BCCH i dva preskoka), za koje je MAList 43, 46, 49, 52 i HSN je 5. MAIO je fiksiran na jedan. Zatim TRX3 će slijediti istu redni algoritam preskoka kao TRX2, ali sa razlikom u jednom koraku (vidjeti Sliku 2.52). Ako je emisija kanala TRX2 na poziciji 2. MAList-e (kanal 46), onda će TRX3 biti u poziciji 2 + MAIO (kanal 49). Ako algoritam koji se odnosi na HSN 5 čini da TRX2 skače, onda je MAList 46, 49, 46, 49, 52, 46, 49, 43, 52, itd. tako će TRX3 skočiti na 49, 52, 49, 52, 43, 49, 52, 46, 43, itd. TRX 2 i TRX3 nikada neće biti su-kanal.
Slika 6.4 Primjer upotrebe MAIO
MAList je sistemski poredan na uzlazni način na BTS razini, što je razlog zašto MAIO omogućava upravljanje ortogonalnosti ćelija, a ne određenu frekvenciju upravljanu od strane TRX-a. Zavisno o odabranim frekvencijama u MAList-ama od tri sektora, može biti potreban ogranak kako bi se izbjegle smetnje između susjednih ćelija na istom položaju (site-u).
70
Primjer u nastavku je eksplicitan za 4 + 4 + 4 preskakivanje TRX položaja. Ako se razmatra MAList konfiguracija prikazana na Slici 2.53, pretpostavljeno je da pretpostavljamo HSN=5, ili HSN počinje na petom mjestu. Potreban je najmanje MAIO korak od 2 i MAIO se može pripisati kako slijedi: • Sektor 1. MAIO = 0, MAIO korak = 2 • Sektor 2. MAIO = 1, MAIO korak = 2 • Sektor 3. MAIO = 2, MAIO korak = 2
Slika 6.5
Primjer sintetiziranog frekvencijskog preskakivanja
71
4.9.2 Planiranje kodova u UMTSu
U principu planiranje scrambling koda u WCDMA je slično frekvencijskom planiranju u GSM-u, iako jednostavnije jer : • Planiranje razmatra samo Downlink (spreading kodovi i uplink scrambling kodovi su automatski dodjeljeni od strane RNC-a) • Za UL je potrebno dodijeliti svakom RNC-u jedinstvene skupove scrambling kodova • Na više od milion dostupnih kodova, dva RNC-a ne mogu imati isti kod u svom skupu • Sveukupno je 512 DL scrambling kodova upotrebljivih za mrežu -> jednostavno planiranje. 512 kodova je podjeljeno u 64 grupe. Pravila thumb-a (osnove/palca) : • Isti scrambling kod ne bi trebao biti viđen od strane UE-a više od jednog puta na bilo kojoj lokaciji na mreži • Udaljenost između dvije ćelije koje koriste isti DL scrambling kod unutar jednog nositelja bi trebala biti veća od 4x udaljenosti položaja u site-u • Isti scrambling kod ne bi trebao biti korišten u dvije ćelije na istom položaju • Plan može biti napravljen automatski s 3G alatom planiranja
UMTS paniranje kapaciteta Ovdje je „grubi“ računski primjer kapacitetska downlinka:
72
Tokom najprometnijeg sata prosječni korisnik skine (download-uje) 10Mbit-a sa 384 kbit/s, 2Mbit-a sa 144 kbit/s i napravi jedan glasovni poziv od 60 sekundi. Podaci moraju biti ponovno poslani 1.1 puta zbog uslova mreže.
Korišteni kbit/s po korisniku po najprometnijem satu downlinka su samo:
Slika 6.6: Korišteni kbit/s po korisniku po najprometnijem satu downlinka Ako je kapacitet ćelije procjenjen da bude 500kbit/s svaka ćelija može biti dimenzionisana za oko 129 korisnika. Ova primjer je pojednostavljen, ali treba upamtiti da kad se pogledaju procjene kapaciteta sa različitim prometnim miksovima, da su to samo procjene. Treba primjetiti kako je kapacitet osjetljiv na varijacije količine download-a, stope ponovnog slanja i procjenjene vrijednosti kapaciteta ćelije. Prije nego se UMTS-a mreže puste u rad i prije nego korisnici počnu da koriste usluge velikih brzina, proračunavanje mrežnog kapaciteta je samo nagađanje. Čak i kad je izračinavanje kapaciteta završeno u samom početku, mobilne mreže su inicijalno planirane da se ispune ciljevi pokrivenosti. Kapacitetni site-ovi i nadogradnja primopredajnika se ugrađuju kasnije, kada bude poznato stvarno prometno opterećenje. U ranim 1990-tim većina zahtjeva za kapacitetom novih 2G mreža bile su inicijalno precjenjeni, djelimično zato što su operateri trebali predstaviti (isuviše) preoptimistične poslovne planove da osiguraju finansiranje i djelimično zato što niko nije znao koliko bi
73
ljudi koristilo njihov telefon na određenoj cijenovnoj razini. Općenito, Erlanzi po pretplatniku u satu glavnog opterećenja nisu oni koji su izvorno predviđeni i ova tendencija će se najvjerovatnije nastaviti u 3G.
4.9.3
Uobičajne vodilje u dizajnu
Nakon izračunavanja zahtjeva pokrivenosti i kapaciteta u svakom geografskom području, treba izabrati veću od dvije moguce vrijednosti. Idealno bi bilo da se zahtjevi poklapaju u svakom geografskom području , ali se to inače ne događa. Da bi se optimizirali korišteni resursi, potrebno je izvršiti neka dodatna podešavanja. Ako je u svakom geografskom području pokrivenost ograničena, opterećenje na svakom sektoru se može smanjivati sve dok se zahtjevi za kapacitetom i pokrivenosti ne ispune. Smanjivanje opterećenja će smanjiti marginu interferencije link budget-a i povećati broj Čvorova B. U koliko je područje ograničeno u kapacitetu, može se dodati diverzitet predajnika ili povećati količinu primopredajnika.
74
Slika 6.7 Odlučivanje o potrebnom broju ćelija
Operateri su naravno prisiljeni da postavljaju svoje 3G bazne stanice na postojećim siteovima ili da odaberu nove lokacije ali samo na zgradama koje su u vlasništvu prijateljskih vlasnika site-ova. Ovo ograničava opcije ćelijskog planiranja i može loše uticati na kvalitet mreže, ali pomaže brzoj izgradnji mreže. Ove zajedničke lokacije treba uzeti u obzir u početnom planiranju kapaciteta i pokrivenosti. Sve varijacije na standardnu konfiguraciju će zahtjevati upravljanje snagom, handover, antene, kablove i modifikacije nivoa snage na baznim stanicama. Neka mrežna područja zahtjevaju posebnu pažnju. Vrlo gusta urbana područje (CBD), otvoreni prostori, prostori unutar zgrade, vodena okruženja, hot spot-ovi i druga specijalno pokrivena područja zahtjevaju planirani pristup. Također treba uzeti u obzir i odnos izvanćelijski interferencija i preklapanja ćelija u soft-handover-u . Hijerarhijski sistemi rade sa multifrekvencijskim mrežama, ali ne i sa jednofrekvencijskim sistemima
75
(poput cdma). U koliko je planirano više slojeva, potrebne su odvojene frekvencije za svaki sloj. Nema potrebe za planiranjem kanaliziranih kodova jer njima upravlja RNC. Za razliku od kanaliziranih kodova, scrambling kodovi moraju biti planirani. Broj scrambling kodova je tako veliki da je planiranje prilično trivijalan zadatak. Scrambling kod uplinka je dodjenjen od strane RNC-a za svakog korisnika. Svaki RNC ima skup kodova koji su jedinstveni za njega. Dodjeljivanje scrambling kodova uplinka RNC-ovima je jednostavan zadatak, zbog velikog broja rasploživih kodova. Planiranje downlink scrambling kodova je važno pitanje u pograničnim područjima između zemalja. Tu postoji minimalna razdvojenost koja bi se trebala koristiti između ćelija koje koriste isti scrambling kod, ali u praksi se planira maksimalna razdvojenost.
Slika 6.8 Korištenje UMTS kodova
76
5 Planiranje Prijenosa
5.1 Uvod U ovom materijalu ćemo opisati planiranje transportne mreže sa posebnim naglaskom na mikcrowave planiranje. Nakon što je radio planiranje zavrseno, bazne stanice bi trebale biti povezane jedna sa drugom i dalje sa ostatkom mreže. (slika 0-1) RADIO PLANIRANJE
PLANIRANJE
TRANSMISIJE
Slika 0-1 Odnos između radio planiranja i planiranja transmisije (prenosa) Na slici 0-2 je predstavljen odnos između transportne mreže i pristupne te kičmene mreže:
Slika 0-2 odnos pristupne, transportne i kičmene mreže
77
Zadatak planiranja trasportne mreže je da se izabere tehnologija (mikrotalasna ili optička) i da se dizajnira topologija linkova i mreže kako bi se pristupne tačke (bazne stanice) mogle povezati jedna sa drugom i sa kičmenom mrežom. Cilj optimizacije je kao i u planiranju drugih mreža da se zadovolje zahtijevi za kapacitetom i kašnjenjem imajući na umu troškove i moguća buduća proširenja.
5.2 Mikrowave planiranje Jedna od mogućnosti realizacije transmisione mreže ili nekog njenog dijela je da se koristi bežična transmisija tj microwave.
Definicija U literaturi se pronalazi tipična definicija microwave sistema koja glasi: Microwaveje komunikacijski sistem koji koristi radio frekvencijski opseg od 2 do 60 GHz. Prednosti microwave nad optičkim prenosom su: ‐
Brzo postavljanje
‐
Linkovi koji idu preko planina i rijeka se izvode mnogo ekonomičnije
‐
Manje su podložni sličajnim oštečenjima
‐
Instalacija i održavanje su na jednom mjestu
‐
Osiguravanje je na jednom mjestu
‐ Nedostatci microwave sistema su: veća osjetljivost na vremenske neprilike, smetnje i općenito imaju manji kapacitet (za isti opseg) u odnosu na optičke sisteme. Microwave sistemi se obično postavljaju na istim site-ovima i dijele istu konstrukciju kao i bežične bazne stanice (BTS ili čvorB), što vidimo na slici 0-3
78
Slika 0-3 Tipična microwave instalacija
5.3 Zadaci microwave planiranja Na silci 0-4 vidimo povezanost različitih zadataka mocrowave planiranja
79
Slika 0-4 Povezanost između zadataka planiranja microwave linka
1.1.1 Planiranje topologije Zadatak planiranja topologije je da se definiše kako bi bazne stanice trebale da budu povezane jedna sa drugom i dalje na mrežne switch-eve (prebacivače) (BSC, MSC). U osnovi postoje tri moguće konfiguracije: ‐
Lanac
‐
Petlja
‐
Grana
‐
Zvijezda
Naravno da su moguće različite kombinacije ovih osnovnih konfiguracija. Sada ćemo opisati ove tri konfiguracije i navesti njihove prednosti i nedostatke. Lanac Lanac se definise kao odredjeni broj site-ova povezanih u sekvencu, gdje je svaki sredisnji site povezan sa dva i samo dva site-a u lancu. (slika 0-5)
Prednosti: - Manja koncentracija opreme na cvornim tackama - Precizne studije dostupnosti Nedostatci: - Visok kapacitet u blizini cvornih tacaka - U slucaju propalog hopa izgubljeni promet se rutira na slijedecu stanicu
80
Prsten Prsten je zatvoreni path koji povezuje odredjen broj site-ova u krug (slika 0-6)
Slika 0-6 Prsten Prednosti: - veća dostupnost, postoje dva alternativna path-a Nedostatci: - Potrebno više linkova- svaki site treba biti povezan sa dva druga site-a ‐
Poprečno povezivanje ako je potrebno
‐
Visoki zahtjevi za kapacitetom (svaki hop prenosi cijeli promet prstena)
Grana Grane se definisu kao pojedini linkovi koji su povezani na prsten ili hub site (slika 0-7)
81
Slika 0-7 Grana
Zvijezda Zvijezde ili hubovi se definisu kao cvorovi koji su povezani sa nekoliko site-ova putem lanca ili grane. (slika 0-8)
Slika 0-8 Zvijezda Prednosti: ‐
Svaki path je nezavisan od ostatka prometa
‐
Ogranicen broj sekcija u lancu
‐
Manji broj linkova
Nedostatci: ‐
Velika koncentracija opreme na cvornim site-ovima
82
5.4 Planiranje frekvencija Zadatak planiranja frekvencija je da se dodjele frekvencije u mreži prema slijedeći kreiterijumima: ‐
koristenje sto je moguce manje frekvencija
‐
kvalitet i dostupnost path-ova radio linka da bude minimalno pod utjecajem smetnji
Prilikom planiranja frekvencija slideći kraci se moraju koristiti: 1. Odredjivanje frekventnog opsega koji odgovara specificnom linku (duzina patha, lokacija site-a, topografija terena i efekti atmosfere) je odredjeno ITU preporukama i specificnim pravilima i licencama drzave. 2. Dostupni frekventni opseg je podjeljen u dvije polovine, nizu i visu dupleks polovinu, sa dovoljnim razmakom izmadju njih. Sirina svakog kanala zavisi od kapaciteta radio linka i tipa modulacije koji se koristi. 3. Alociranje frekvencija zbog prevencije medjusobne interferencije (izmedju radio frekventih kanala u odredjenom path-u, interferencije na i od radio patha, interferencije na i od satelitskih sistema)
Slika 0-9: podjela microwave frekvencija u dva opsega: viši i niži
83
Da bi se izbjegle interferencije, frekvencije mobu biti alocirane na linkovima u lancu na naćin kako je prikazani na slici 0-10
Slika 0-10 Alociranje frekvencija na linkovima u lancu Ako dovoljno frekvencija nije dostupno, koriste se različite polarizacije kako bi se izbjegla interferencija. Za slućaj sa slike 0-10 i a ako imamo samo jedan a ne tri para frekvencija onda se moze koristiti različita polarizacija kao na slijedecoj slici:
Slika 0-11 alociranje frekvencija sa različitom polarizacijom Treba naglasiti da frekvencijsko planiranje nekoliko path-ova se moze izvesti manualno (ručno), ali za veće mreže se preporućuje da se koristi softverski alat za dizajn prenosa.
84
5.5 Interferencije (smetnje) Da bi tacno predvidjeli performase digitalnog radio path-a moramo uzeti u obzir efekat interferencija. Kako bi odrzali pouzdanu uslugu odnos pozeljnog primljenog signala i nepozeljnog primljenog signala bi trebao da bude veci od vrijednosti praga. Vrijednost praga je određuje prema marginama smetnji: ‐
Fade margina smetni susjednih kanala (AIFM) (u decibelima) je odgovorna za degradaciju praga na prijemniku uslijed smetnji izazvanih susjednim kanalima predajnika
‐
Fade margina smetnji (IFM) je dubina fade-a iscezavanja do tacke u kojoj RF smetnje smanjuju BER na 1x103 . Imamo slijedeće naćine da odredima IFM: o
C/I (smetnje nosioca), stariji naćin koristen u analognim radio prenosima
o T/I (prag smetnji) metoda gdje se (T/I) krivulje koriste za definisanje maksimalnih nivoa snage smetnji za različita frakvencijska odvajanja između predajnika koji stvaraju smetnje I prijemnika koji ih trpa.
5.6 Link Budget Link budget je racunanje, kako bi se odredila maksimalna udaljenost na kojoj predajnik i prijemnik mogu uspjesno operirati/raditi tj. Koliki su maksimalni gubitci na putu između predajnika i prijemnika a da je komunikacija i dalje moguća. Prilikom raćunanja Link Budgeta treba uzeti u obzir slijedeće faktore: ‐
Maksimalnu snagu predajnika
‐
Gubitke na kablovima i konektorima- tj hardveru koji se koristi za prenos predajnog/prijemnog outputa od/ka anteni
‐
Dobitci antene na svakom kraju se trebaju dodati na dobitke sistema
‐
Gubitci propagacije- uslijed Zemljine atmosfere i terena
‐
Margina fadinga i neocekivanih gubitaka-poput magle, objekata koji prolaze preko putanje, slabe instalacije opreme, nesavrsenog usmjerenja antene
85
‐
Prag osjetljivosti prijemnika je nivo signala na kojem radio dobija kontinuirane greske za specificirani bit rate
‐
U vecini slucajeva izracunavanje nivoa primljenog signala je nezavisno od smjera
Na slici 0-12 vidimo model koji se koristi za izracunavanje link budget-a:
Slika 0-12 Model izraćunavanja Link budget-a Na osnovu modela sa slike 0-12 možemo izraćunati Link budget: Prx A= Ptx B – gubitci hardvera(Tx) B – gubitci fideraB + dobitci anteneB – FSL + dobitci anteneA – gubitci fideraA – gubitci hardveraA – Fade margina (1)
Za ovo izraćunavanje su nam potrebne i slijedeće formule. Dobitci antene se izraćunavaju prema slijedećij jednaćini: Dobitci antene= 20 Log (frekv.) + 20 Log (precnik.) + 10 Log (K) + 20.4 Gdje factor K zavisi od tipa antene I obicno je između 0,45 I 0,55. Gubitci slobodnog prostora (FSL) su onogućeni kada predajnik I prijemnik imaju ćistu liniju pogleda (LOS) bez prepreka I izraćunava se prema FRIIS jednaćini: FSL = 20 Log (frekv.) + 20 Log (udaljenost.) + 92.46
86
Udaljenost - km Precnik - Metri Ptx - Dbm Frekvencija - GHz Gubitci - dB Dobitci - dB Prx - dBm FSL-dB Iz formule (1) mozemo izraćunati snagu prijemnika i provjeriti da li je ona dovoljna da omogući signal dovoljne kvalitete tj da li iznad potrebnog praga koji zavisi od brzine i osobina prijemnika. Ako nije, mozemo, ukoliko je moguće, smanjiti gubitke, povećati dobitke antene ili smanjiti fading marginu.
5.7 Fading Feding je varijacija snage primljenog radio signala nosioca zbog atmosferskih promjena i / ili refleksije tla i vode na propagacijskom putu. Na slici 0-13 zastupljeni su različiti tipovi fedinga:
87
Slika 1-13 :Različiti tipovi fedinga
Sljedeći tipovi fedinga su bitni za projektovanje mikrovalnih sistema: 1.Višestazni feding 2.Kišni feding 3.Refrakcija-difrakcije feding (feding k-tipa)
88
Višestazni feding ima sljedeće karakteristike:
Višestazni feding je feding dominantnog mehanizma za frekvencije niže od 10 GHz. Reflektovani talas uzrokuje višestazni feding, npr. kada reflektovni talas dosegne prijemnik kao izravni talas koji putuje u ravnoj liniji od odašiljača. Ako dva signala dosegnu fazu onda se signal pojačava. To se zove upfade (up-fade max = 10 log d - 0.03d (dB), d je duljina puta u km) Ako dva talasa dosegnu do prijemnika izvan faze oni će oslabiti ukupni signal. Mjesto gdje je signal otkazan od strane višefaznog fedinga se zove null ili downfade. Višestazni feding može biti dalje raščlanjivan u fiksnu i selektivni frekvencijski feding: Feding neovisan o frekvenciji: Iščezavanje kod kog su sve frekvencije u kanalu pod istim uticajem. Tu je jedva primjetna promjena amplitude signala preko propusnog kanala. Kao pravilo palca, višestazni feding, za radio veze koji ima propusnost manju od 40 MHz i stazu dužine manje od 30 km, je opisan kao fiksni umjesto selektivnog frekevencijskog fedinga. Ako potrebno fiksno iščezavanje margine linka može biti poboljšano pomoću većih antena,visoko-snažnih mikrotalasnih odašiljača, manjeg gubitak snabdjevene linije i dijeljenjem dužeg puta u dva kraća hmelja. Na vodenim stazama na frekvencijama iznad 3 GHz, korisno je da izaberu vertikalnu polarizaciju. Selektivni frekvencijski feding (vidi Slika 0-14) je prisutan kad su amplituda i grupno kašnjenje iskrivljeni preko propusnog kanala. To utječe na srednje i visoke kapacitete radio linkova (> 32 Mbps).
89
Slika 0-14 :Selektivni frekvencijski feding
Osjetljivost digitalne radio opreme selektivnog frekvencijskog fedinga može se opisati oznakom krivulje opreme. Moderni digitalni radio je vrlo robustan i imun je na aktivnosti spektara iskrivljenog iščezavanja.
Samo glavna pogreška u putanji
inženjeringa (pogrešna antene ili odstupanje) preko visoko -pročišćenog puta može uzrokovati probleme disperzivnog fedinga. Feding kiše Kiša slabi signal uzrokovan raspršavanjem i apsorpcijom elektromagnetskih valova kapi kiše. To je značajno za duge staze (> 10 km). Feding kiše počinje se povećavati na oko 10 GHz i za frekvencije iznad 15 GHz, feding kiše je dominantni feding mehanizam (vidi Sliku 0-15).
90
Slika 0-15 : Autenacija u zavisnosti od intenziteta kiše i frekvencije Dostupni podaci padvina su obično u obliku statističkog opisa količine kiše koja pada na određenoj tački mjerenja tokom vremenskog razdoblja. Postotak vremena za koji je dati kišni intenzitet dostignut ili prelazi je na raspolaganju za 15 različitih kišnih zona koje pokrivaju cijelu površinu Zemlje. U jednom primjeru autenacije kiše statistika za jednu od ITU zona data je u Slici 0-16.
91
Kako bi kompenzirala za kišni feding , kao i za druge vrste fedinga, margina je uključena u izračun link proračuna. Granica fadinga Fading- varijacija snage signala se treba uzeti u obzir prilikom računanja ling budgeta u formi „granice fadinga“ (pogledati (1)). Granica fadinga je „rezerva“ ugrađena u link budget kako bi se osiguralo da je nivo primljenog signala iznad zahtjevanog praga u određenom procentu vremena koje je definisano kriterijem o dostupnosti linka (taj procenat obično iznosi 99,9%). Naravno, što je veća granica fadinga, manja je vjerovatnoća da će signal pasti ispod praga i veća je dostupnost linka. Na slici 0-17, prikazane su dvije krive koje pokazuju vjerovatnoću fadinga u zavisnosti
Vjerovatnoća da se premaši visina fadinga
od visine fadinga.
Visina fadinga (dB)
Slika 0-17: Vjerovatnoća fadinga u zavisnosti od visine fadinga prema ITU i lognormal raspodjelama Na primjer, kako bi se osigurala dostupnost linka 99,9%, fading ne bi trebao da bude veći od granice fadinga za više od 0,1% vremena (fading vjerovatnoća 0,001). Znači,
92
prema slici 0-17 granica fadinga bi trebala biti otprilike 22 dB u slučaju lognormal raspodjele i 24 dB u slučaju ITU fading raspodjele. Kompozitna granica fadinga (Composite Fade Margin –CFM) je granica fadinga koja se primjenjuje u jednačini višestaznog slabljenja gubitaka za digitalni mikrotalasni radio uzimajući u obzir interferenciju i fading:
CFM = TFM + DFM + IFM + AIFM = -10 log (10-TFM/10 + 10 – DFM/10 + 10-IFM/10 + 10-AIFM/10 ) Gdje je TFM=ravno slabljenje (razlika između normalnog RSL-a i BER-a, BER=1*10-3 gubitak digitalnog signala) DFM=disperzivno slabljenje IFM=interferencijsko slabljenje AIFM=interferencijsko slabljenje susjednog kanala
Fresnel-oove zone Kao što je već naglašeno u opisu višestaznog slabljenja refleksija na zemljinu površinu može povećati višestaznu propagaciju, npr. direktna zraka na prijemniku može interferirati sa refleksijom zrake od površinu i gubitak refleksije može biti značajan.
93
Promjena faze!
Slika 0-18: Višestazno slabljenje zbog refleksije od zemljinu površinu
Kako bi se smanjila vjerovatnoća višestazne refleksije koristi se koncept Fresnelovih zona: Fresnel zone se područja konstruktivnih i destruktivnih interferencija koje nastaje u slučaju refleksije elektromagnetnih talasa u slobodnom prostoru (multipath) ili u slučaju difrakcije kada talas presjeca prepreke (koncentrične elipse).
94
Slika 0-19: Fresnel zona: d je udaljenost između predajnika i prijemnika, b je radijus Fresnel zone. Tačnost višestaznog slabljenja npr. razaranje signala zavisi u velikoj mjeri od promjene faze između direktnog i indirektnog talasa. Prepreke u prvoj Fresnel zoni će stvoriti signale čija će faza biti pomjerena za od 0 do 90 stepeni, u drugoj Fresnel zoni faza će biti pomjerena za 90 do 270 stepeni, u trećoj zoni za 270 do 450 stepeni itd. Radijus Fresnel zone se može izračunati po formuli koju je dao August Fresnel (17881827, francuski inžinjer koji je dao značajan doprinos utemeljivanju teorije o talasnim preprekama). (2)
Gdje je: Fn=radijus n-te Fresnel zone u metrima
95
d1=udaljenost P od jednog kraja u metrima d2=udaljenost P od drugog kraja u metrima λ=talasna dužina prenesenog signala u metrima u prvoj Fresnel zoni većina energije se transportuje, tako da u ovoj zoni ne bi trebalo da bude prepreka poput drveća, kuća ili brda. U slučaju da je jedan dio prve Fresnel zone zaklonjen, signal može imati značajnu atenuaciju, npr. ako je polovina prve Fresnel zone zaklonjena, gubitak signala iznosi oko 6 dB. Koristeći formulu (2) računamo radijus Fresnel zone: (3) Gdje je r radijus prve Fresnel zone u metrima, d udaljenost između predajnika i prijemnika u kilometrima i f je frekvencija u MHz. 5.7.1
Izbočenost Zemlje
Pošto Zemlja nije ravna nego okrugla, linija vidnog polja (LOS) između odašiljača i prijemnika je blokirana za visinu h, usljed izbočenosti Zemlje.
Slika 0 – 20. Model za izračunavanje izbočenosti Zemlje
96
Primjenom Pitagorine teoreme na modelu sa slike 0 – 20, dolazimo do sljedećih relacija između visine h (u metrima) za koju je vidno polje blokirano usljed izbočenosti Zemlje, te razdaljine između odašiljača i prijemnika d (u kilometrima)
RF signali se ne šire pravolinijski zbog određenih provodnih svojstava koje imaju atmosferski slojevi, te su zato pravci širanje talasa na neki način zakrivljeni.
Slika 0 – 21. Savijanje/zakrivljenje zraka u atmosferi (refrakcija) LIGHT AIR – rjeđi zrak DENSE AIR – gušći zrak
97
Ovo je jedan od razloga zašto efikasna razdaljina stanice d nije jednaka liniji vidnog polja (LOS), ali se može ispraviti uz pomoć faktora k, uzimajući u obzir zakrivljeni pravac širenja, tako da dobijemo sljedeću jednačinu:
Pod normalnim vremenskim uslovima k = 4/3.
5.7.2
Visina antene
Iz prethodnih opisa, minimalna visina antene u mikro-talasnim sistemima se izračunava kao zbir prvog radijusa Fresnel zone (jednačina 3) i izbočenosti Zemlje (jednačina 5):
Minimalna visina antene =
5.7.3
Kvalitet i dostupnost
U ITU-T preporukama G.801, G.821 I G.826 definisana su svojstva grešaka kao i ciljevi dostupnosti. Ciljevi digitalnih veza se dijele u odvojene tipove: visoki, srednji i lokalni tip. Sljedeći tipovi veza se obično koriste u bežičnim mrežama: - srednji tip vrste 3 za pristupnu mrežu - visoki tip za glavnu mrežu.
98
Ono što najviše brine korisnike mikro-talasnih sistema jeste koliko često i koliko dugo sistem može biti van upotrebe/nedostupan. Prekid u digitalnoj mikro-talasnoj vezi javlja se usljed gubitka digitalnog signala pri sinhronizaciji u periodu većem od 10 sekundi. Gubitak digitalnog signala se obično javlja kada se BER poveća iznad 1x10-3. Sljedeća formula se koristi za izračunavanje prekida Prekid (Nedostupnost) (%) = (SES/t) x 100 gdje je t – vremenski period (uzražen u sekundama) SES – izrazita greška u 1 sekundi. Dostupnost se procentualno izražava kao A = 100 – Prekid (nedostupnost) Digitalna veza je nedostupna za pristup ili izvođenje verifikacije nakon deset uzastopnih SES perioda povećanja BER-a iznad 1x10-3. Redundacija Redundacija predstavlja standardan način smanjenja prekida. Sljedeći tipovi redundacije se mogu koristiti u mikro-talasnim sistemima. Redundacija hardvera: hot standby zaštita, više-kanalna i više-linijska zaštita. Poboljšanje raznovrsnosti: prostora, ugla, frekvencije, ukrštavanja talasa, smjera kretanja, hibridna i medijska raznovrsnost.
99
Anti-reflektivni sistemi Povratnici: aktivni i pasivni.
5.8 Heuristička pravila za Microwave planiranje Pri mikro-talasnom planiranju, trebaju se uzeti u obzir sljedeća pravila: -
Koristiti talase viših frekvencija za kraća rastojanja a talase nižih frekvencija za veća rastojanja.
-
Izbjegavati upotrebu talasa nižih frekvencija u gradksim područjima.
-
Koristiti konfiguraciju/vezu zvijezde i čvora za manje mreže a konfiguraciju prstena za veće mreže.
-
U područjima sa većim količinama padavina, po mogućnosti koristiti talase frekvencije ispod 10 GHz.
-
Koristiti zaštitne sisteme (1+1) za sve važnije i/ili veze velikog kapaciteta.
-
Ostaviti dovoljno rezervnog kapaciteta za buduće proširivanje sistema.
-
Poboljšavanje prostora je veoma skup način poboljšavanja učinkovitosti mikro-talasnih veza, te bi se trebalo koristiti pažljivo i u krajnjoj potrebi.
-
Planiranje funkcija mikro-talasnog prostiranja i frekvencija bi se po mogućnosti trebalo izvoditi uporedo sa planiranjem funkcija linije vidnog polja i dizajnom ostalih funkcija mreže zbog bolje efikasnosti.
-
Koristiti mape koje nisu starije više od godinu dana.
-
Pobrinuti se da svaka osoba koja radi na projektu koristi iste mape, datume i koordinatne sisteme.
-
Izvoditi detaljne preglede na svim mikro-talasnim čvorevima. Mape se koriste samo za početno i približno planiranje.
-
Pri frekvenciji ispod 10 GHz, prekidi se ubrzano povećavaju sa povećavanjem dužine širenja talasa. Na povećvanje prekida također utiču frekvencija, klimatski faktori i prosječna godišnja temperatura.
-
Efekat više-talasnog širenja može se smanjiti pomoću većeg smanjenja margina/granica. Ako se pri širenju javljaju učestali prekidi, učinkovitost se može poboljšati korištenjem jedne od metoda raznovrsnosti.
100
-
U područjima sa puno kiše, koristiti talase najnižih frekvencija koji su dozvoljeni za projekat.
-
Mikro-talasni čvorevi iznad ili u blizini površina sa većom količinom vode, kao i u ravnim područjima, mogu prouzrokovati velika smanjenja u širenju talasa.
-
Odbijanja talasa se mogu ozbjeći tako što će se odabrati mjesta koja su zaštićena od zraka koje odbijaju talase.
-
Pobrinuti se za topla i vlažna obalna područja.
Literatura H. Lehpamer: „Mreže sa mikro‐talasnimm prijenosima: Planiranje, dizajn i stavljanje u funkciju“, McGraw‐Hill Professional; prvo izdanje, 2004. A.R. Mishra: „Napredno planiranje i optimizacija mobilnih mreža“, Wiley; prvo izdanje, 2007.
101
102
6 Optimizacija radio mreže 6.1 Proces optimizacije GSM radio mreže Kada se postavi nekoliko stotina site-ova, neophodno je obaviti optimizaciju na mreži da bi se maksimizirale koristi, a minimizirali kapitalni i operativni troškovi operatera. Ovaj odjeljak se, ustvari, bavi svim aspektima optimizacije GSM mreže, počevši od standardnih operacija, a završava sa specifičnim ispitivanjima, studijama i podašavanjima. Prije nego što je mreža komercijalno lansirana, počinje proces optimizacije radio mreže, a zatim se nastavlja tokom “života” mreže. Glava aplikacija u GSM tehnologiji je mobilni telefon. Operatori su zabrinuti zbog kvalitete percipirane od strane krajnjeg korisnika. Njihove konkurentnosti se vrlo usko oslanjaju na ovaj aspekt paralelno s politikom cijena. GSM standardi nude mogućnost praćenja mreže pomoću računanja statistike. Ovisno o vrsti sistema upravljanja mreže, bilo u BSC-u ili BTS-u, svaka ćelija daje hiljade statističkih izvještaja o svim relevantnim karakteristikama (broj pokušaja, neuspjeha, uspjeha, toka poziva, handovera, postavke itd.).Ovi statistički izvještaji su predstavljeni Sistemu za upravljanje mrežom kao brojila. Da bi se olakšala interpretacija ponašanja, iz formula korištenjem čistog brojila je definiran skup ključnih pokazatelja performansi (KPI). Svaki operator sam bira i postavlja svoje KPI-ove i setove, prema određenim kriterijima, nekim ciljevima koji trebaju biti ispunjeni kako bi se postigla dobra percepcija ponuđene usluge kod krajnjeg korisnika i također, kako bi se poredila jedna mreža sa drugim operatorima. Još jedan važan aspekt u fazi optimizacije se bavi drive testovima. U stvari, dok statistike daju opće ideje o ponašanju odnosno karakteristikama ćelija u određenom periodu, mjerenja na terenu daju trenutni scenarij ponašanja jednog područja tokom poziva. Za obavljanje drive testova se mogu koristiti različiti alati. Svaki specifični alat ima mogućnost da ) pored standardnih izvještavanja na nivou signala, o kvaliteti i informacija o site-u (identitet ćelije, BCCH itd.) prijavi mjerenja, kao što su MOS (rezultat srednje subjektivne ocjene), FER (brzina brisanja frame-ova) i BER (brzina pogrešno prenesenih bita. Statistički i drive testovi su glavne metode koje se koriste za praćenje performansi mreže. Međutim, mogu se koristiti i druge specifične metode. Praćenje obuhvata jedan
103
objekat ponašanja (TRX, ćelija, BTS ili BSC) tokom određenog perioda i odnosi se na specifičan događaj (SDCCH alokacija, faza konverzacije glasovnog poziva itd.) ili na skup uspješnih događaja (IMSI prilog, paging, postavke poziva, lokacija ažuriranja itd.). Praćenje alarmom, revizija prijenosne mreže i praćenje mrežnog komutacijskog podsistema su također važni, u smislu da daju ideju za hardverske probleme ili pogreške parametara, što definitivno utiče na percepciju krajnjeg korisnika na mreži. Nakon detaljnih analiza, poduzimaju se aktivnosti da se isprave i poboljšaju performanse. Sve gore opisane metode pomažu optimizacijskim inženjerima da iz ureda identifikuju porijeklo problema, primjenom nekoliko metoda analize. Drugi apsket je, također vrlo važan: polje znanja. Ispravan re-inžinjering sajtova je osnova za dobru izvedbu mreže. Prikaz frekvencijskog planiranja je također ključan korak u tom procesu. Optimizacija je proces koji se preklapa sa “roll-out” aktivnostima. Od tima za planiranje radio mreže može se tražiti da učestvuje i na drugim aspektima mreže osim na čistom monitoringu. Na primjer, uz uvođenje novih BSC elemenata, BSC “re-hosting” plan zahtijeva ažuriranje. Drugi primjer je: kako bi se uštedjelo na CAPEX-u (kapitalni rashodi), operatori mogu pribjeći restruktuiranju TRX elemenata. Tada se TRX-ovi uzimaju iz područja slabog prometa i ponovo raspoređuju u područjiima visokog prometa. NWP ( enlg. Network Planning) tim,(tim za mrežno planiranje) se također bavi uvođenjem i osposobljavanjem novih mogućnosti mreže. Na kraju, važno je primijetiti da se usložnjavanjem mreža (GPRS, EDGE, UMTS, DualBand itd.) osnovni koraci za optimizaciju zahtijevaju automatizaciju procesa da bi se dobilo više slobodnog vremena za obavljanje vrijednih poslova za inženjere.
6.2 Statistika i ključni pokazetelji performansi Kvalitet usluge u telekomunikacijama podrazumijeva nivo upotrebljivosti i pouzdanosti mreže kao i njenih servisa. Kao što je spomenuto prije, statistike su najučinkovitiji način za praćenje performansi mreže pored pored drive testova. Monitoring mreže je ključni element da se postigne najbolji kvalitet usluge. QoS monitoring uključuje permanentnu opservaciju, kvalifikaciju i podešavanje raznih parametara mreže. Cilj ovog pododjeljka je detaljno predstaviti sve aspekte vezane za ekstrakciju statističkih podataka, rukovanje i eksploataciju.
104
6.2.1
Upotreba statistike
Pojam statistike u mobilnim mrežama odnosi se na opći skup mjerenja koji pomaže operatoru u tri glavna smjera: • Procijeniti performsnse mreže i porediti ih sa drugim mrežama • Analizirati greške i provjeriti poboljšanja • Dimenzija proširanja za mrežu Ove mjere su izravno generirane kroz realni pretplatnički promet. Svaki događaj koji se
pojavi u mreži (ishodišni/dolazni poziv, neuspjeh handovera, ažuriranje lokacije itd…) se reportira NMS-u. Prilikom bavljenja statističkim podacima, treba razlikovati dva elementa: • Čisti brojači (elementarni pokazetelji performansi ili PI) koji su inkrementalne vrijednosti događaja uglavnom bez značajne važnosti ako se obrađuju pojedinačno. Oni pružaju podatke o određenom aspektu ( broj poziva, na primjer) ali, praktički govoreći teško je interpretirati njihove vrijednosti. • Ključni indikatori performansi (KPI) , koji se računaju na osnovu formula baziranih na PI-ovima, bolje prenose iskustvo pretplatnika.
6.2.2
Procjena mreže
Većina operatora za nadzor odabire relevantni KPI. Oni također uspostavljaju ciljeve tako da se dostigne željeni nivo kvaliteta usluga za krajnjeg korisnika. Ideja je da se provjeri da li relevantni KPI odgovara ciljnim pojmovima. Ako ne, rješenje problema počinje identifikacijom elementa greške ili uskog grla (engl. Bottleneck) mreže. Operatori koriste KPI ciljeve za poređenje njihove mreže sa drugima ili da porede različite dobavljače u njihovoj mreži. 6.2.3
Analiza greške i provjera napretka
Rješavanja problema predstavlja identifikaciju i ispravljanje pogrešnih ćelija, koje smanjuju performanse ukupnog područja. Dakle, neophodna su dva pristupa: pristup postavljanja granica i provjere da li performanse mreže odgovaraju ciljevima ili ne i pristup kontrole varijacija performansi (procenat povećanja ili smanjenja na određenom
105
indikatoru). Na primjer, ćelija koja mnogo gubi saobraćaj svakog dana bi trebala upozoriti operatora.
6.2.4
Dimenzioniranje mreže
Statistike također pomažu u dimenzioniranju mreže. Ustvari, bazirano na iskustvu korisnika, operator može voditi strategiju ekspanzije mreže. Na primjer, lakše je identificirati ključne tačke područja tj hot spotove (jak saobraćaj) i područja lošeg kvaliteta (naglo opadanje brzine poziva). Statistike će pokazati gdje treba povećati kapacitet, a gdje ukloniti hardover. Ova procjena pomaže operatoru da odluči koje rješenje kapaciteta da razvije (dual band – dvojni opseg, mikro site-ovi, poboljšanje unutrašnjeg distribuiranog sistema antena, itd.)
6.3 Principi skupljanja statistike Pregled statističkih mehanizama je prikazan na Slici 2.1. Da bi se pristupilo prikupljanju statistika, prvo trebaju biti konfigurisane i aktivirane mjerne tabele za BSC-ove. U suprotnom, vrijednosti neće biti prikazane. Tabele su organizovane po kategorijama da dozvole operatoru da smanji opterećenje na NMS procesorima i dobijanje samo željenih mjerenja (saobraćaj, dostupnost resursa, handover, kontrola snage, itd). Mobilni pretplatnici izvještavaju BTS o željenim aktivnim mjerenjima dok su u idle ili konektovanom modu. BTS šalje ta mjerenja u internu BSC bazu podataka. Prema postavkama operatora, BSC može te statistike ili pohraniti ili ih proslijediti na NMS. Pomoću specifičnih alata instaliranih na nivou NMS-a, čisti brojači se stavljaju u predefinirane formule. Izlazni KPI-ovi se tada grupišu u opšte izvještaje i šalju u ured. Zatim, drugi specifični alati, koji su obično interno napravljeni, omogućavaju da arhive i vizualizirane statistike budu pohranjene u interfejse pogodnije od tekstualnih izvještaja. Statistike se izvještavaju redovno tokom dana da se omogući operatoru da nadgleda mrežu na veoma reaktivan način.
106
Slika 2.1: Arhitektura ekstrakcije KPI‐ova 6.3.1
Generisanje izvještaja
A KPI je rezultat formule koja se primjenjuje na brojače (pokazatelji performansi pozivanja). Korištenjem specifičnih alata, KPI-ovi su iskazani u obliku unaprijed definiranih izvještaja. Ovi izvještaji su upućeni na određene ciljne grupe koje ih mogu koristiti za različite svrhe. To je razlog zašto je sadržaj izvještaja prilagođen potrebama. Ovaj mehanizam je prikazan na slici 2.2. U sljedećim pododjeljcima, su detaljno obrađene ključne komponente za analizu statistike.
107
Slika 2.2: Mehanizam ekstrakcije KPI‐ja 6.3.2
Brojači/pokazatelji performansi
Brojač (engl. Counter) se može definirati kao inkrementalna (dodavajuća) vrijednost specifičnog događaja koji se ponavlja. U GSM jeziku, događaj odgovara signalizacijskoj poruci. Ovdje je potrebno uvesti pojam signalizacijskog dijagrama. Govorni poziv je podržan kroz milione poruka koje se razmjenjuju između MS-a i MSC-a. Stoga, signalizacijski dijagram prikazuje tok signalizacijskih poruka između različitih elemenata mreže, na primjer MS-a, BTS-a, BSC-a i MSC-a. Postoje mnogi signalizacijski dijagrami, svaki odgovara određenoj fazi obrade poziva. U određenoj tački poruke koje se razmjenjuju će će ažurirati brojač. Ta tačka se zove „tačka okidanja“. Kao što postoje milioni signalizacijskih poruka, također mogu postojati i mnogi brojači. Međutim, broj raspoloživih brojača je ovisan o dobavljačima opreme i njihove strategije. Svaki BSS isporučitelj ima zapravo vlastitu tehnologiju i proizvode infrastrukture. Ponašanje brojača od jednog dobavljača ne odgovara tačno na istu tačku okidanja drugog dobavljača. U nedostatku GSM standardiziranih definicija, različiti BSS dobavljači imaju svoje tumačenje, a time i različite rezulate formula definisanja. Zbog velikog broja brojača i osnovnih razina njihovih okidanja/aktiviranja, teško je napraviti objektivnu analizu. Oni daju ideju za određeni događaj, naprimjer broj poziva. U praksi, međutim, oni nemaju takav značaj u interpretaciji kvalitete mreže. Isti brojač se može ažurirati nakon nekoliko poruka u različitim fazama poziva, i obrnuto; jedan događaj može povećati nekoliko brojača. Različite pojedinačne signalizacijske poruke koje ažuriraju jedan brojač mogu se nazvati "uzrocima". Uzrok detaljno opisuje kako su se transakcije/razmjene obavljale. Tabela 2.1. prikazuje primjer nekoliko uzroka koji mogu utjecati na SDCCH brojač. Tabela 2.1. Primjer uzroka SDCCH pada
Opis
306
Abis interfejs prima ASSIGNMENT_FAILURE poruku od MS‐a za vrijeme osnovnog poziva
315
Abis interfejs prima CONNECTION_FAILURE poruku
108
316
Abis interfejs prima CONNECTION_FAILURE poruku i njen uzrok je „greška radio interfejsa“
317
Abis interfejs prima CONNECTION_FAILURE poruku njen uzrok je „greška radio linka“
320
Abis interfejs prima ERROR_INDICATION poruku
323
Handover nije uspio i MS se vraća na izvorni kanal. MS je poslao poruku greške zadatka ili poruku handover greške prema mreži za vrijeme handovera
324
Abis interfejs prima HO_DETECT poruku. Sadržaj poruke je pogrešan ili je isteklo vrijeme dok se čeka poruka
334
Abis interfejs prima RELEASE_INDICATION poruku
349
Abis interfejs prima CH_MODE_MODIFY_ACK poruku i mode nije bio isti kao zahtjevani mode
350
Vrijeme istekne čekajući ASSIGNMENT_COMPLETE poruku
354
ERROR_REPORT poruka je primljena od BTS‐a
365
Broj neuspjelih promjena konfiguracije postoji zbog odbacivanja odredjenih promjena ili ukoliko nema odgovora od MS‐a
400
Poziv je pušten nakon što dužina između MS i BTS‐a dostigne maksimalnu dozvoljenu vrijednost tj. MS je izašao iz planiranih granica ćelije
503
Signalizacija sa unutrašnjim procesima je neuspjela za vrijeme signalizacije handover‐a.
507
Vrijeme t3107, t3103, ili t9113 je isteklo. Poruka o završetku zadatka ili završetku handovera nije primljena. MS nije uspostavio kanal na ciljanoj strani
510
Greška u ciljanom kanalu
511
Greška u izvornom kanalu
Nabavljaći opreme imaju svoju filozofiju pri pravljenju brojača. Zbog toga je nakon poređenja potrebna pažljiva analiza kako bi se uvidjele razlike između svih dobavljaća i GSM standarda. S obzirom da se tačka okidanja (tiggering) razlikuje od dobavljača do dobavljača poređenje različitih brojača se ne vrši kao pojedinačno (brojač-brojač) poređenje.
109
6.4 Ključni indikatori performansi (KPI)
Ključni indikatori performansi mogu biti definisani kao skup rezultata koji mjere performanse u satu glavnog opterećenja, ili prosječnom periodu na čitavoj mreži. KPI je rezultat formule koja se primjenjuje za indikatore performasi (PI). PI-ovi se mogu izvući na nivou područja, ćelije, TRX-a ili na nivu susjednih ćelija. Postoje stotine KPIova. Oni koriste brojače jednog ili nekoliko mjera i mogu biti mapirani direktno na brojač ili na formulu nekoliko brojača. Period nadgledanja od trajanja uzetih uzoraka: sat, dan, sedmica, mjesec, godina itd. Područje pokazuje lokaciju i site-ove gdje su prikupljene statistike. 6.4.1
Formule
Formula predstavlja matematičku kombinaciju brojača koja rezultira indikatorima od značaja. Definiranje formule koristeći nekoliko PI-ova pomaže identifikaciji KPI-ova. Kao što je objašnjeno ranije, KPI daje veću fleksibinost i jasnoću operatorima u interpretiranju ponašanja mreže. Za jedan KPI, zavisno od tri elementa, može postojati nekoliko različitih formula. Ti elementi su: • Sposobnosti opreme da osigura detaljan nivo statistike • Zahtjevi operatora • Područje gdje se formula računa (ćelija ili grupa ćelija) Nakon što su izabrane, formule trebaju ostati ne promijenjene zbog nadgledanja evolucije performansi mreže u vremenu. U okruženju sa više prodavača, operator podešava strategiju performasi i definiše formule za svaki KPI. Onda kada svaka oprema okida svoje brojače, uslovi formula se mapiraju prema odgovarajućim brojačima za svakog prodavača. Detaljan primjer KPI-ova je predstavljen kasnije u poglavlju. Za pojašnjenje korištenja različitih formula za isti KPI razmatramo slijedeći primjer. Primjer: intenzitet (brzina/stopa) odbijanja poziva (DCR)
110
Iz perspektive korisnika, odbijeni pozivi se odnose na slućaj gdje je glasovna komunikacija prekinuta od strane mreže. Logično u ovom scenariju formula je:
(1)
Gdje su: Nbr drops = broj odbijenih poziva koji se dese za vrijeme konverzacijske faze Nbr calls = broj poziva iniciranih u ćeliji Nbr Inc‐HO = broj dolazećih handovera U ovoj formuli, dolazeći handoveri se uzimaju u obzir zato što uspješni odlazeći handoveri se odnose na TCHove koji su normalno pušteni. Okidanje odbijenih poziva počinje logično nakon što se pozvana strana javi na poziv. Međutim, za neke operatore počinje da se DCR računa od ktrenutka kada je TCH dodjeljen (prije komunikacijske faze). Druga opcija je da se ne uzimaju u obzir pokušaji dolazećih handovera u denominator, uz pretpostavku da svi uspješni dolazeći hadoveri rezultiraju uspješnim odlazećim handoverima.
Slika 2.3: izračunavanje DCR rezultata prema dvije različite formule 6.4.2
Glavni KPIovi
111
Glavna briga operatora u pogledu kvalitete glasa je pristupačnost mreži i kvalitet poziva (audio, neuspjeli poziv, handover). Ova dva aspekta su dirketno vezana za prihode generisane od strane glasovnog prometa. S obrizom na to glavni KPI-ovi koje operatori prate su stopa upješnosti postavki poziva (call setup success rate) i stopa/intenzitet odbačenih poziva. Povremeno se nedgleda i stopa/intentitet uspješnih handovera. Stopa odbijenih poziva (Drop Call Rate- DCR) DCR je logički definisan kao odnos između TCH odbacivanja, koje se dešava za vrijeme faze konverzacije, i broja uspješnih obrada u ćeliji ili području. Istina je da postoje mnoge definicije za DCR zavisno od formule korištene za njegovo računanje. Korištenje specifične formule je zavisi od odnosa operator/prodavač. Loše DCR performanse mogu nastati zbog ograničenog kapaciteta, manjka pokrivenosti, inetrferencija, degradacije kvaliteta, itd. Stopa uspješnih poziva ili greške podešavanja(setup-a) poziva ( Call Success Rate or Call Setup) CSR mjeri sposobnost čelije/mreže da osigura prometni kanal pozivima sa mobitela. Svaka greška u fazi dodjele se naplačuje CSR-u. Ovdje također rezultati mogu varirati zavisno od toga šta operator želi da prati. Ovo znači da različite formule daju različite rezultate. Neki operatori počinju razmatrati CSF nakon što je SDCCH postavljen tako da ne uzima u obzir SDCCH blokiranje. Drugi žele modelirati korisničku percepciju i razmatrati sve tipove grešaka. Stopa uspješnih Handovera (Handover Success Rate -HSR) HSR je definiran kao postotak uspješnih pokušaja odlaznih handovera. Ukupan broj pokušaja, neuspjeha i blokiranja na dolaznim i odlaznim handoverima su dostupni na razinama ćelija-ćelija ili BSC-BSC. Visoke stope pogrešnih odlaznih HO-a objašnjavaju visoke vrijednosti DCR. Osim toga, u procesu rješavanja problema, inženjeri mogu posegnuti za drugim KPI-ovima za detaljniju analizu anomalija. U nastavku su prikazani najznačajniji KPI-ovi koji se koriste u mehanizmu rješavanja problema (troubleshooting machanism). Raspoloživost TCH i SDCCH Raspoloživost resursa je prvi obavezni zahtjev za nastavak komunikacije. Ako sistem ne nudi dovoljno fizičkih ili logičkih kapaciteta za obradu zahtjeva to utječe na percepciju nezadovoljnih korisnika. Ukoliko su naprimjer, aktivirani red čekanja ili usmjereni ponovni pokušak, to može pomoći da se riješi više TCH zahtjeva s manjom stopom neuspješnih pristupa. Promet i blokiranje
112
U ćeliji sa slabim prometom, DCR i CSF stope mogu biti izvan ciljnih, kao rezultat malog broja pokušaja u denominatoru. Takve ćelije imaju najniži prioritet u optimizaciji jer je njihov utjecaj zanemaren. Umjesto toga, ćelija s velikim prometom i visokim blokiranjem ima CSF probleme. To je objašnjeno kroz zagušenja, koja rezultiraju odbacivanjem TCH zahtjeva. Timing Advance Ćelije s visokim timing advance-om su one koje obavljaju komunikacije daleko od sitea. Zbog slabe pokrivenosti i neravnoteženog path-a, normalno je da takve ćelije imaju visoke DCR i CSF. U tom slučaju rješenje može biti promjena i / ili smanjenje nagiba antene, smanjenje snage ili ograničavanje pristupa pomoću određenih parametarma.
Uplink/Downlink Balans
Općenito, zbog velike snage i dobitaka sa BTS strane, downlink snaga je veća od snage na uplink-u. Takav neravnotežen path utječe na kvalitet uplink-a, što ukazuje na veću vjerovatnost visoke stope odbačenih poziva i nedostatak uspješnih setup-a. TRX kvalitet TRX brojači kvaliteta daju pretpostavku postotka uzoraka koji imaju kvalitetu 0-7 u uplink i downlink smjerovima. Skala kvalitete 0 je najbolja. Što je više uzoraka u Q-0, to su bolje performanse ćelije. Malo uzotaka koji se nalaze u rasponu do Q-0 do Q-4 ukazuju na interferencije ili handover probleme na TRX-u.
SDCCH odbacivanje Visoka stopa SDCCH odbacivanja objašnjava visoke vrijednosti u CSF-u. To može biti zbog loših performansi radio linka ili zbog bilo kojeg drugog hardver problema. Visok SDCCH promet ne znači nužno visoki TCH promet. SDCCH se koristi i za druge usluge koje ne generiraju TCH promet. Postoje KPI-ovi za praćenje SDCCH performansi u SMS-u i za ažuriranje/update lokacije. Handover distribucija Handover distribucija daje postotak odlaznih handovera koji zavisi od uzroka (UL / DL kvaliteta, UL / DL interferencije, UL / DL razina, proračun snage, MS koji se sporo kreće, itd.). Na primjer, na ćeliji koja obavi više handovera zbog nivoa uplink-a, može se pretpostaviti problem neravnoteže patha (slab uplink signal).Više detalja o performansama handovera će biti prikazani kasnije.
113
6.5 Testiranje u vožnji (drive testing)
Izvođenje testa u vožnji (slika 3.1) je uvijek najbolji način da se problem geografski lokalizira i analizira. Iako statistike daju sliku o stvarnom ponašanju s kojima se suočavaju svi krajnji korisnici bez obzira na njihov geografski položaj, testovi u vožnji i hodu donose simulaciju percepcije krajnjeg korisnika mreže na području perespektive jednog poziva. Jedini nedostatak ove metode je složenost. Ustvari, testiranje u vožnji može modelirati ponašanje do pet mobitela, ali da bi se objektivno analizirao scenarij, treba biti obavljeno mnogo pokušaja u istim uvjetima. Zbog logističkih razloga, to ne može biti izvedeno za cijelu mrežu, razlog tome je da su testovi u vožnji i statistike komplementarne metode. Obje su potrebne optimizacijskim inženjerima za ocjenu performansi mreže. 6.5.1
Planiranje vozne rute
Vozna ruta za klaster obuhvata sve site‐ove predviđene za te klastere, kao sajtove koji nisu aktivni za vrijeme vožnje, ali koji su planirani da se integrišu prije nego je mreža pokrenuta. Vozni put bi trebao pokriti dobar postotak glavnih cesta i autocesta, a također i sva područja od posebnog interesa, npr. Rute aerodroma, korporativnie rute. Prije nego što test vožnje može da se sprovede vrše se provjere parametara i konfiguracije kako bi se osigurale odgovarajuće postavke za sajtove unutar klastera. Također se provjeravaju alarmi koji ukazuju na potencijalne hardver ili softver probleme kako bi se osiguralo da nema problema odnosno stvarnih radio problema: o o o o
generisanje listi susjeda audit konfigurisanja hardvera audit radio parametara upravljanje kvarovima
Vanjski testovi u vožnji se također koriste za procjenu pokrivenosti u zatvorenim prostorima. Stoga, u gustom urbanom području, uz pretpostavku određenog gubitka usljed pentracije zgrada (općenito se uzima 20 dB ), procjenjuje se da je unutrašnji signal za 20 dB niži nego na otvorenoj razini. Ako je tada ‐80 dBm prihvaćen kao dobra zatvorena razina, na otvorenom razina treba biti najmanje ‐60 dBm.
114
Slika 3.1: sistem testiranja vožnje Na tržištu postoji mnogo sličnih alata (vidi sliku 5). Jedna ili više mobilnih slušalica,
podesivih na različite tehnologije kao što su GSM 900/1800/1900, IS95, IS136 i AMPS, montiranih u automobilu i spojenih preko kabla na laptop, izvještavaju mjerenja za određeni softver. Ovaj program omogućuje on-line vizualizaciju različitih parametara na karti ili grafu (razine, kvalitete, služeći stanica identitet, i sl.). Slika 3.2: prikaz podataka u alatu drive testa
Globalni sustav pozicioniranja (GPS), također je potreban da bi se lokalizovao precizno položaj degradacije kvalitete. Cijeli sistem je montiran na vozilu. Prva instalacija opreme zahtijeva neke operacije poput kalibraciju GPS. Ustvari, ručno kalibriranje GPS-a sadrži mjerač za pređeni put i žiroskop, što može zahtijevati prolaz kroz određene rute s različitim udaljenostima i različitim brzinama. U nekim slučajevima koristi se oslabljivač u antenskom lancu, kako bi oduzeo dobitak antene i dobili 0 dBm u lancu. Performanse alata ovise o sposobnosti slušalice na izvještaje ili na neke specifične podatke. Svaki mobitel može biti u jednom od tri radna moda: nezaposlen, poziv ili generatora frekvencije skeniranja. Isti set se također može koristiti za vrednovanje više mreža. Prijava datoteke mjerenja se može snimiti i pregledati kasnije. One se također mogu koristiti za crtanje nekih podataka o kartama ili grafikonima. Općenito svaki alat ima posebne softverske aplikacije za dalju analizu mjerenja. Kao što je prikazano na slici 3.3, puno informacija može se prikazati online. Neki alati donose dodatne mogućnosti
115
kao što je zaključavanje kanala, treci sloj poruke dekodiranja i online zvuk upozorenja za događaje i GPS gubitak signala.
Slika 3.3: prikaz nekih log podataka dobivenih drive testom
Drive testing je neophodan u mnogim fazama evolucije mreže. Prije postavljanja sajtova i poslije razvoja BTS-a, implementacije frekvencijskog plana, itd.., svaki put kada se izvode izmjene na mreži koje se tiču sajt inžinjeringa i/ili parametara, drive test bi se trebao provoditi. Da bi se nacrtala drive test ruta, poznavanje terena je veoma bitno. Ruta bi trebala biti ucrtana od strane tehničara za mjerenje kao i inžinjera radio planiranja. Smjer puta kojim ce se voziti je također bitno da se identifikuje posebno kada smo zainterresovani za neku handover sekvencu. Tokom testiranja najčesće se koriste dole navedeni KPI: BER BER (bit error rate) je pretpostavljeni broj bitskih grešaka u broju burstova kojima odgovara vrijednost od 0 do 7 (najbolja - najgora) od RXQUAL-a. Nakon što je kanalski dekoder dekodirao 456 bitni blok, ponovo se kodira korištenjem konvolicijskog polinoma u kalanskom koderu i rezultujući 456 biti se porede sa 456 ulaznim bitovima. Broj bita koji se razlikuje između ova dva 456 bitna bloka odgovara broju bitskih grešaka u bloku. Broj bitskih grešaka se akumulira u BER sumi za svaki SACCH multiokvir a rezultat se klasificira od 0-7 prema BER-RXQUAL konverziji.
116
RXQUAL se još uvijek smatra za osnovnu mjeru. On jednostavno izražava prosječan BER tokom perioda od 0,5 sekundi. Bilo kako bilo, procjena kvaliteta govora slujšaoca je kompleksni mehanizam na koji utiče nekoliko faktora. Neki od tih faktora koje RXQUAL ne razmatra su: -
Vremenska distribucija BER-a. Za dati BER, ako brzina puno fluktuira (varira) kvalitet je manji od BER-a koji je konstantan tokom vremena.
-
Kada su cijeli okviri izgubljeni, to negativno utiče na kvalitetu govora.
-
Handover generira neke gubitke okvira. To nije vidljivo u RXQUAL mjerenjima jer tijekom handovera, BER mjerenja su preskočena.
-
Sveukupna kvaliteta usko ovisi o vrsti kodeka koji se koristi.
U zaključku, RXQUAL ne obuhvaća mnoge pojave koje utječu na slušateljevu percepciju kvalitete govora. To je razlog zašto su drugi podaci definirani.
FER FER (frame erasure rate) raspon ide od 0 (što je kod najboljih performansi) do 100%. To predstavlja postotak blokova sa netačnim CRC‐om (cyclic redundancy check). Budući da je BER izračunat prije dekodiranja bez dobiti iz frekvencijskog poskakivanja, FER se onda koristi u ovom slučaju. Budući da je čak i više stabilan od BER‐a, FER također ovisi o vrsti kodeka. Što je manja brzina prijenosa kod kodiranja govora, to je više osjetljivija na brisanje okvira.
MOS MOS (mean opinion score) je subjektivni KPI, na način da pogađa percepciju ljudskih bića, različitih poziva. Bodovi idu od 1 do 5 (loše, siromašno, fer, dobro i odlična kvaliteta glasa). Na tržištu postoje neki alati kojima su algoritmi dizajnirani za objektivno mjerenje kvaliteta govora i dostavljanje mjera koje se mapiraju u MOS skali. Općenito, kvaliteta zvuka ne ovisi samo o kvaliteti radio veze i kapacitetu kodeka, već i o vrsti slušalica koje se koriste, pozadinskom šumu, sadržaju govora i eho problemu.
Praktično govoreći, najbolji KPI za praćenje kvalitete govora je onaj koji daju u kombinaciji oznake BER-a i FER-a. Određene korelacije treba uzeti u obzir između ta dva KPI-a: -
BER i FER-a su vrlo loši, kvaliteta je potvrđeno loša,
-
Ili BER ili FER-a su jako loši, ne može se zaključiti,
-
BER i FER-a su dobri, kvaliteta je dobra.
117
6.6
Optimizacija
Proces optimizacije je uvijek aktuelna operacija, koji postaje sve složeniji kako mreža sazrijeva i postaje veća. Prvi korak u optimizaciji sastoji se uglavnom od standardnih čišćenja, kao što su korekcija frekvencija, rukovanje susjedstvom i mjesto inženjerskog pregleda. U određenoj fazi, fino podešavanje parametara i rješavanje kompleksnih problema, stanicu-po- -stanicu, počinje bivati neophodno. Princip iza traženja grešaka oslanja se na analizi tokova poruke. To podrazumjeva određeno znanje o signalizaciji karata i fazama poziva (objašnjeno kasnije u odjeljku). Postoje nekoliko vrsta traganja, koja se mogu sažeti u dvije kategorije: -
Online praćenje poput interfejs praćenja,
-
Offline praćenje poznato pod nazivom promatranje.
6.6.1
Abis / interfejs trag
Ovaj tip praćenje sastoji se od uključivanja posebanog alata na željeni interfejs (sučelje) kako bi presreo (prepriječio) sve poruke trećeg sloja. To je kontinuirano praćenje u vremenu. Međutim, pregled traga za analizu svrhe, je moguće samo jednom nakon što je završen. Filtriranje je moguće na početku u definisanju parametara za fazu, kako bi se smanjila veličina datoteke izlaznih log file (prijave datoteke). Slika 4.1 prikazuje primjer Abis trag modela.
118
Slika 4.1: Primjer traga na Abis trag
Lijeva strane teksta odnosi se downlink poruke a desna strana odnosi se na uplink poruke. Mogući identifikatori poziva na Abis trag,npr., nazivaju se IMSI i ISDN brojevi. Kada je šifriranje aktivno u mreži, tada nije moguće identificirati pozivajućeg korisnika zato što se koristi TMSI umjesto IMSI. 6.6.2
Offline promatranja
Promatranja su obrađena na BSC razini na isti način kao i mjerenja. Prema definiciji postava, određena izvješća početi će se da ažuriraju samo ako“promatrani“događaj se dogodi. Na primjer, ako je fokus na broju odbačenih poziva u jednom BTS, promatrano izvješće će dati historiju samo odbačenih poziva na tom BTS. Promatranja pomažu za identifikaciju mogućih uzoraka za događaje. Glavno izvješće se daje na SDCCH/TCH napadi/izdanja, DCR i BSC odlazni handovers. Postupak ideja promatranja je generacija izvješća trenutno nakon što je se događaj desio, kao što je handover (predaja) zahtjeva ili oduzimanje kanala. U tablici 2 promatranje datoteke je prezentovano. Ovaj primjer daje statističku razmjenu između različitih SDCCH izdanja zato što u svakoj fazi poziva SDCCH je uključen (primjer: osnovni zadatak, unutarnji handover, itd.).
119
Tabela 2 : SDCCH promatranje primjer 6.6.3
Alarm monitoring
BSS ima odeđenu inteligenciju koja pomaže operatorima da bolje razumiju sisteme i da održavaju interakciju sa strojevima. Općenito, to se radi o setu alarma koji pomažu inžinjerima koji rade na održavanju da prepoznaju, dijagnosticiraju i analiziraju druge vrste problema na mreži, a ne samo na pitanja vezana za radio. Alarm je upozorenje, koje pokazuje da je određeni brojač dosegao predefinisani prag. Nisu svi predefinisani pragovi promijenljivi. Postoje različite kategorije alarma. Oni se mogu svrastati u šest područja:
120
• • • • • •
uključivanje opreme O & M (rad i održavanje) opreme Prijenosna opreme Opreme za snagu Vanjska oprema Alarm bazne stanice
Svaki dobavljač ima definiran svoj vlastiti set alarma. Primjer opisa alarma može sadržavati sljedeće dijelove: • Alarm identifikator. Alarmi koji pripadaju istoj kategoriji će početi s istim znamenkama • Objašnjenje. Kratak opis uzroka alarma i njegov koji je utjecaj • Dodatne informacije polja. Tumačenje dodatnih polja, ako postoje • Preporučene akcije. Tu su upute za sve greške i izvještaji dijagnoze s razinama hitnosti: jedna zvijezda (*) je obavijest tipa alarma, dvije zvijezde (**) znače manji ili veći alarm prema kategoriji) i tri zvijezde (***) je kritični alarm • Upute poništavanja. Informacije o tome da li bi korisnik trebao poništiti alarm ili da li to sistem čini nakon što se situacija završi Neki alarmi se pojavljuju kada je drugi alarm premašio određeni prag. Neki drugi alarmi nemaju značenja ako nisu povezani s drugim alarmima. Zbog toga analiza zahtijeva određenu koncentraciju za ispravno razumijevanje porijekla problema. Inžinjer optimizacije koristi, kao što je opisano ranije, statistike i testove u vožnji za identifikaciju i analizu problema. Međutim, on / ona može posegnuti za korištenjem alarma, ali samo kao potvrdu sumnjivih nepravilnosti hardvera. Ustvari, prvo se obavi analiza radio postavki (parametara, interferencija, inžinjering site-ova, itd.). Ako se ništa ne čini sumnjivim, onda alarmi mogu pomoći da se nađu hardverski problemi. Postoji hiljade alarma, ali samo nekoliko njih izravno objašnjava probleme QoS-a. Najrelevantniji za tim optimizacije, su oni koji se tiču kvara BTS hardvera, visoke stope greške na prenosnom linku ili imkoherencija baze podataka. Ovaj posljednji se posebno odnosi na greške konfiguracije susjednih ćelija i obrađen je kasnije u poglavlju o performansama handovera. Razumijevanje porijekla alarma dovodi do njegovog poništavanja zamjenom neispravanog hardvera, gdje su glavne aktivnosti, podešavanje prijenosnog linka ili ispravak baze podataka, koje će biti učinjene kako bi se poboljšao QoS iz perspektive alarma.
121
Revizija prijenosne mreže
U ovom dijelu je potrebna krataka referenca kao prijenos problema koji mogu utjecati na KPI-ove na više načina s obzirom na tri glavna faktora ograničenja. Kapacitet
Kapacitet linka donosi ograničenja u pogledu prometa kanala koja mogu biti obrađena od strane određenog sajta. Na primjer, ako sajt s 12TRX visoke konfiguracije predstavlja TCH stopu blokiranja potrebno je TRX proširenje. Budući da jedan PCM (koja se odnosi na 2 Mbps veze) može podnijeti samo 12 TRX-ova, potrebno je više prijenosnog kapaciteta (još jedan PCM). Kvalitet/interferencija
Kvalitet je relevantan faktor, posebno za mikrovalni medij. Glavni aspekti kvalitete su performance grešaka, dostupnost i interferencija. Loše planiranje frekvencija spremnika, na primjer, negativno utječe na kvalitetu mreže. Sinhronizacija
Sinhronizacija je presudna za dobro predstavljanje mreže. Prijenos greške ne može uticati na kvalitet govora, ali će sigurno uticati na stopu uspjeha handovera (HSR). Većina operatora imaju mreže za prijenos opreme različitih proizvođača. U takvoj situaciji, jedinstveni postupak za praćenje je važan cijeloj mreži. Dva različita načina konfiguracije postoje za prijenos linka. DBLF: DBLF (dvostruki okvir rada) način konfiguracije, koji izvještava nekoliko pokazatelja na link kvalitete. To je pogodano samo za kratke udaljenosti, kao u MSCtranskoderu linkova. CRC4 Kada je CRC4 (4 bitna provjera ciklične redudance) mod omogućen, višestruki okviri su prenoseni i primljeni. Ovi okviri su praćeni za CRC4 pogreške i pogreške su iskazane u CRC4 brojaču grešaka. Stoga, ovaj način rada omogućava bolje praćenje
122
prijenosnog medija pružanjem više pokazatelja od prvog. Preporučuje se za velike udaljenosti, kao u BTS-BSC i BSC-transkoderu linkova. Kada je ovaj način rada aktivan, BSS mogu prijaviti terminalima statistike o razmjeni prekida rada, dostupnosti i sinhronizaciji. Stručnjaci za prijenos zatim analiziraju statistike, izdvajaju loše izvođenje linkova i poduzimaju korektivne mjere.
NSS performanse NSS igra ključnu ulogu u interfejsu mobilnih i fiksnih mreža. Centralizirana arhitektura GSM mreža ovo naglašava (jedan MSC može upravljati s nekoliko BSC-ova i nekoliko stotina site-ova). Stoga, bilo koja greška sa porijeklom u MSC-u će imati veliki utjecaj na kvalitet mreže. Kao što je spomenuto u odjeljku revizije prijenosne mreže, radio optimizeri su koji se brinu o QoS-u krajnjih korisnika. Većina operatera koriste opremu različitih proizvođača u mreži. U takvom okruženju, vrlo je važno da operateri osiguraju dobre funkcije interoperabilnosti sistema. Ustvari, setovi tajmera (odbrojavača) i parametara s obje strane (BSC i MSC) bi trebali biti kompatibilni i postavljeni na odgovarajuće vrijednosti na početku roll-out projekta. Radio inženjeri trebaju raditi u uskoj suradnji s NSS inženjerima za zajdničku analizu problema, pogotovo kada je riječ o praćenju interfejsa. Suradnja između radia i jezgre je također obavezna tokom ažuriranja informacija o sajtovima (nakon BTS re-hosting-a, LAC/CI modifikacija, itd.) kako bi se osigurao lagan utjecaj na kvalitet mreže. Re-inženjering site-a Na početku implementacije mreže, operator pretražuje brzi povrat na investiciju. To je razlog zašto prvi sjatovi su vrlo visoki i nemaju standardne azimute (0 ◦, 120 ◦, 240 ◦) Sektori su usmjereni prema područjima pristupnih tačaka. Uz proširenje mreže i rast pretplatnika, postaje nužno pregledati inženjering kako bi se učinkovito koristio radio spektar. Također uslijed nedostatka pokrvenosti, može biti predložen fizički sajt reinženjering. To je jedan način za optimiziranje pokrivenosti antene u cilju poboljšanja performansi sajta. Ovaj postupak može pratiti proces opisan u nastavku (vidi Sliku 8.1).
123
Slika 8.1 Proces re-inženjeringa sajta
Proučavanje i analiza
Prvi prijedlog procesa sastoji se od analize situacije. Fizički re-inženjering je predložen za sajtove koji imaju probleme sa kvalitetom. To je razlog zašto statistike i drive testovi trebaju najprije biti analizirani. Definicija drive testiranog puta podrazumjeva sajt i njegova najbolja susjedna područja posluživanja. Cilj ovog rješenja optimizacije nije pregled svih mrežnih inženjeringa, nego samo sajtova sa problemima. Statističko filtriranje (loše buduće vrijeme, visok DCR, visoka interferencija, procenat izlaznog handovera, smanjenje prometa, i sl.) se provodi sa ciljem odabira specifičnih sajtova za posjetu. Također je važno pripremiti saobraćajnu kartu područja kako bi se mogla zamisliti prometna raspodjela između sajtova. Prije nego sto se nastavi sa pregledom sajta, razmatra se historija sajta (sve operacije koje su se prethodno obavljale na ovom sajtu).
Pregled sajta
Vazdušni obilazak sajta iz vazduha je dobra prilika za ažuriranje baze podataka za planiranje i dobijanje novijih panoramskih slika. Vrši se kompletna revizija sajta (ponovna provjera koordinata, azimuta, visine, brzine, vrste antena , itd.). Urbane promjene utiču na mobilne mreže u smislu da, na primjer, nova zgrada koja je nedavno izgrađena ispred postojeće antene predstavlja prepreku za propagaciju signala.
124
Statistički gledano, to se odražava kao saobraćajni gubitak. Planeri zbog toga provjeravaju horizontalne i vertikalne razmake antene.
Prijedlog reinženjiranja sajta
Prvi refleks inžinjera planiranja prilikom predlaganja reinženjering rešenja je trisektorizacija. U stvari, uz proširenje mreže, kako bi se osiguralo efikasno korištenje frekvencijskog spektra, mreža bi trebalo da bude dobro dizajnirana tako da predstavlja bolje motive. Sektori susjednih sajtova prate ista uputstva (0 ◦, 120◦ i 240 ◦ , na primjer) da bi se lako koristile ručna i automatska raspodjela frekvencija. Rješenje reinženjeringa se sastoji bilo od downlinka / uplinka, reazimutinga ili promjene visine antene, lokacije ili tipa. Takve operacije imaju uticaj na prostiranje signala. One ga čine većim ili manjim i na kraju poboljšavaju pokrivenost ili smanjuju smetnje. Ovladavanje mehanizmima prostiranja u različitim oblastima je ključ za ispravno reinženjirinje sajta.
Radovi sajt reinženjeringa
U ovoj fazi, preporuke planera se sprovode na terenu. Ponekad, treba izvršiti ponovnu konfiguraciju sajta (na primjer u slučaju ponovnog azimutinga). U ovom slučaju radio parametri i definicije susjednih mreža mogu se promijeniti.
Rezultati kvalifikacija
Rezultati kvalifikacija su uvijek ključni dio svakog procesa optimizacije. Ova kvalifikacija se sastoji od provjere da li su akcije optimizacije pomogle u postizanju cilja ili ne. Također, ovo je faza u kojoj će proces biti ponovo pokrenut da bi se predložila bolja rješenja. Pregled planiranja frekvencija
Spektralna efikasnost je ključna riječ u TDMA baziranim mrežama. Frekvencija je rijedak i skup resurs, tako da se treba efikasno koristiti. Planiranje frekvencija je neophodno svaki put kada postane otežan pronalazak novih frekvencija za integraciju novog sajta. U stvari, tokom optimizacije, mreža se i dalje nastavlja širiti dodavanjem novih sajtova. Zbog toga pregled plana frekvencija, iako je dio procesa planiranja,
125
također pripada u fazu optimizacije. Sposobnost planiranja frekvecija je obavezna vještina za dobre optimizere mreže. Ona se zasniva na dobro uspostavljenim procedurama. Međutim, poznavanje oblasti je također potrebano, pogotovo za ručna podešavanja. Proces
Implementacija plana frekvencije je ozbiljan zadatak u kojem je uključeno nekoliko odjeljenja. Na primjer, NWP tim je zadužen za proizvodnju radio-parametara, NMS tim će implementirati nove baze podataka, a izvršni tim će biti dostupan na osjetljivim sajtovima kako bi brzo intervenisao kada se problem pojavi. Uspjeh u sprovođenju plana frekvencija u području opreme je izazovno pitanje. Dobra komunikacija je veoma važna u tom slučaju. Jedno efikasno rešenje može biti segmentiranje frekventnog opsega. Svakom prodavcu je dodijeljen poseban frekventni opseg koji neće ometati druge opsege, odnosno utjecati na njih.
Planiranje frekvencije u fazi optimizacije
Uspostavljanje dobarog plana frekvencija sastoji se od pripisivanja frekvencija za sve TRX-ove koristeći optimalan način. U tu svrhu, pravilan dizajn sektora je od ključnog značaja. U stvari, ideja je da se izvrši podjela iste frekvencije na sektore, u istom pravcu, te da su ti sektori dovoljno daleko jedni od drugih da ne bi došlo do interferencije. To u praksi znači da se treba planirati područje po područje, radije nego sajt po sajt (oblast je skup od 4, 7 ili više sajtova).
Izvođenje novih planova frekvencija je operacija koja se ponavlja i koja se dešava svaki put kada dodavanje novih sajtova dostigne određena spektralna ograničenja. U fazi pokretanja, operateri mogu da odrede broj sajtova koristeći širinu frekventnog opsega. Na taj način dodijeljeni kanali mogu se pripisati svakom TRX-u. Ipak, u određenoj fazi, neophodno je uvođenje skakanja frekvencija u cilju širenja interferencije. Postoje dva moda frekventnog skoka: sinteza frekvencija (SFH) i skakanje u osnovnom opsegu (BBH).
Skakanje/hoping u osnovnom opsegu (BBH)
126
BBH sastoji se od pripisivanja fiksnih frekvencija za sve TRX-ove, a zatim TCH skače od TRX-a do TRX-a unutar iste ćelije. Ova vrsta planiranja moda skakanja je prilično teška, jer je obaveza da se dodijeli po jedna frekvencija za svaki TRX. Pored toga, maksimalan broj mogućih kanala za skakanje je broj skokova TRX-a. To donosi određena ograničenja u različitosti interferencija. Hardverski zahtjevi za BBH su daljinsko podešavanje kombinacija na BTS nivou.
Skakanje sintetizovanih frekvencija
SFH je pogodan za razvijenu mreže. Njega je lakše planirati, budući da skokovi TRXa koriste liste mobilnih dodjela, tako da nema potrebe da ih planira. Međutim, to zahtijeva redovni inženjering za azimute. Sastoji se od planiranja BCCH sloja, a zatim parametara skakanja (HSN, MAIO, itd.). SFH zahtijeva širokopojasne kombinacije koje unose veći ulazni gubitak. Detaljan metod za planiranje SFH bazirane mreže je sada predstavljen.
BCCH strategija
BCCH sloj je osjetljiviji na interferencije od TCH kada se kanal prenosi kontinuirano u vremenu. Stoga, planiranje mora biti pažljivo i sa najvećom strogošću. Zbog toga, BCCH i TCH opsezi su odvojeni. Povrh toga, ovisno o topologiji mreže, BCCH opseg može biti podjeljen između različitih konfiguracija sajtova. Na primjer, u području gdje je puno ključnih tačaka na kojima su postavljene mikro ćelije, a budući da su mikro i makro ćelijski mehanizmi za propagaciju različiti, razumno je odvojiti spektre za dva sloja. Suprotno se događa za ne-mikro-gusta područja, budući da isti opseg može biti rezervisan za oba sloja sa višim prioritetom za makro i umbrella site-ove. BCCH strategija ovisi o tome hoće li se Synthesised Frequency Hopping koristiti ili ne. Kada se koristi SFH, širi opseg se može dodijeliti BCCH-u jer TCH sloj koristi MAList ( lista mobilnih dodjela) slučajnih atributa (interferencija raznolikosti). Postoje dva glavna načina planiranja frekvencija: manuelni i automatski. Ovaj pododjeljak se bavi manuelnom metodom, a sljedeći pododjeljak se bavi automatizacijskim alatima koji koriste automatizirani način. Manuelna metoda je posebno opravdana kada je mreža dobro dizajnirana (male udaljenosti između sajtova, redovna trisektorizacija, homogene antene i BTS). Većina Evropskih operatora koristi 7×21 model, što znači raspodjelu 21 frekvencije na identično konfigurisana područja sa po sedam sajtova (vidi sliku 9.1 ). U tom slučaju, treba primjetiti da se koriste kanali od 1 do 22, osim 19-og, kako bi se izbjegle interferencije u susjednom kanalu 18. Za zone
127
gdje je teško primjeniti ovaj model bez generisanja interferencija (reljef, more, visoka mjesta, mjesta sa nestandardnim azimutima, i drugo), preporučuje se da neki dodatni kanali budu rezervisani u slučaju da se sajtovi podešavaju manuelno.
Slika 9.1. a) čisti SFH BCCH; b) SFH BCCH sa smetnjama
Ovaj šestokutnim motivom se ostvaruju dobri rezultati u teoriji i praksi kroz nekoliko projekata. Manuelne ispravke treba, međutim, sprovoditi prema polju ograničenja/znanja i planiranju simuliranih interferencija dobivenih posebnim alatima.
Teoretski gledano, ako se pretpostavi da u urbanom području međusobne udaljenosti oko 400m, radijus poziva se može procijeniti da bude najbliža ponovno korištena udaljenost za jedan kanal. (2)
Ova udaljenost je vrlo dobra za gustu mrežu.
To vrijedi u urbanim i ruralnim područjima, iako se u ruralnim područjima ne poštuje uobičajeni dizajn. Dizajn sajta slijedi ograničenja prihoda za operatora; sajtovi
128
pokrivaju sela i gradove, bez obzira na teoretsku mrežu. Zbog toga, u ruralnim područjima planer mreže mora koristiti dodatne frekvencije. Konfiguracija prikazana na slici 9. (b) prikazuje primjer korištenja opsega 1 do 21 (19 umjesto 20, 20 umjesto 21 i 21 umjesto 22). Nezaobilazne susjedne interferencije mogu se vidjeti između 19 i 18 kanala. Ostali postupci
Osim onoga što je navedeno u prethodnim poglavljima, postoje neke aktivnosti koje se odvijaju tokom životnog ciklusa mreže i koje zahtjevaju savjete od inžinjera za optimizaciju mreže.
BSC Pregled plana ponovnog hostinga
Prilikom dodavanja novih BSC-ova u mrežu, potrebno je pregledati plan podjele (na koji sajt ide koji BSC i sa kojim LAI-em (Location Area Identity)). U definisanju novog BSC plana, neophodno je na pravilan način podijeliti sajtove na osnovu sljedeća tri kriterija: Geografska raspodjela Međućelijski handoveri BSC učitavanje Treba napomenuti da govoreći u geografskom smislu, nije preporučeno da se magistralni putevi i putevi sa velikom količinom saobraćaja koriste kao granica između BSC-ova, pogotovo ako imaju različite lokalne kodove (LAC – Local Area Code). Razlog tome je izbjegavanje handovera prilikom korištenja mobitela u automobilu koji se kreće velikim brzinama. Zbog istog razloga, BSC granice se stvaraju između ćelija kako bi se smanjio mogući handover između njih. Pored ova dva uslova, na kraju, BSC planiranje bi trebalo poštovati određeni balans u BSC učitavanju, koji se računa na osnovu nekoliko elemenata koje određuje proizvođač. U suštini, BSC učitavanje će se računati kao omjer između stvarnog broja posmatranih elemenata (TRX, PCM, BCF (osnovna kontrolna funkcija), BTS (osnovna prijenosna stanica), TCH (prometni kanali), itd.) i maksimalnog kapaciteta BSC-a.
Lokacija područja planiranja također se treba uzeti u obzir. U stvari, LA predstavlja logičnu grupu BTS-ova u koju se šalju iste paging poruke, umjesto da se šalju u čitavu mrežu kako bi se jedan mobilni aparat obavijestio o dolaznom pozivu ili SMS-u. Izbor adekvatne veličine LA osigurava visok stepen brzine pozivanja . Ukoliko je previše
129
mala LA onda je potrebno ažuriranje prometa na velikoj lokaciji , a ako je previše velika LA, neke će paging poruke biti obrisane tokom učitavanja paginga.
Važno je napomenuti da ponovnim hostingom od BSC-a do BSC-a može doći do mnogo problema u mreži ako operacija nije pravilno izvedena i pravilnim redom. Ova vrsta operacije se uvijek odvija tokom noći, kako se promet ne bi previše remetio. Sa sljedećim danom bi trebalo početi sa bliskim monitoringom (praćenjem).
U nastavku pogledajmo šta bi trebalo provjeriti.
Drive testovi Poređenje se vrši između drive testova prije migracije i neposredno nakon migracije. Nakon migracije, posebnu pažnju treba posvetiti performansi handovera. Definisana ograničenja i uspjeh handovera se verificiraju.
Statistika Drugi način da se provjeri uspjeh brzine handover-a od i prema posmatranim pozicijama je na osnovu statistike. U stvari statistika pokrenuta (4 ili 8 sati nakon operacije) će dati jasnu sliku o neuspjehu handover-a.
Parametri Definicija ograničavanja je ključna za handover mehanizam. Svaka greška u CI, LAC, frekvenciji, BSICNCC ili BSIC-BCC znači da handover 100% nije uspio. Zbog toga granične tabele treba precizno provjeravati.
Alarmi Konačno, neki alarmi se mogu pojaviti nakon izvršene operacije (sinhronizacija, prenosni link itd.). Njihovo značenje daje naznake o mogućim korektivnim mjerama.
130
Restrukturiranje elemenata mreže
Za operatere, sa stanovišta troškova, može biti učinkovito da urade neke fizičke rekonstrukcije mreže kako bi mogli što efikasnije koristiti raspoređene kapacitete. Bolja ravnoteža između ponuđenih i korištenih kapaciteta se može osigurati preuređivanjem TRX-a, izvještavajući o prometnim žarištima. Prilikom izvođenja ovakvih operacija, suradnja između Odjela je velika; jasne procedure su vrlo važne. Liste definicija
Prvo se identifikuju potencijalne ćelije (ćelije sa najvećim saobraćajem i blokiranjem zahtjevaju TRX ekstenzije dok ćelije sa niskim saobraćajem trebaju rastavljeni TRX). Ova operacija zahtijeva da marketinški tim osigura očekivani porast brzine saobraćaja kako bi se odredila količina saobraćaja koja bi se odašiljala od strane svake ćelije u srednjoročnom razdoblju planiranja.
Pregled sajtova
Može biti potreban pregled sajtova, posebno za sajtove koji su kandidati za fazu ekpspanzije. Timovi za implementaciju provjeravaju da li je moguće dodavanje nove opreme (dovoljno prostora, bez dodatnog opterećenja na temelje zgrade, energetske potrebe, pristupi sajtovima itd.). U isto vrijeme kapacitet prenosnog linka, stvarna TRX konfiguracija i alarmi se provjeravaju kako bi se formirala baza podataka i plan logističkih zahtjeva.
Praćenje sajtova
Optimizacijski inženjeri se bave sa pripremom frekvencija i praćenjem ključnih pokazatelja uspješnosti (KPI). Njihova je odgovornost da provjere da je operacija transparentna performansama mreže, osim za pozitivan uticaj na TCH blokiranje. Ovdje, treba pomenuti jedan važan efekt: neke konfiguracije TRX ekstenzije/rastavljanja generiraju smanjenje ili povećanje snage prijenosa ovisno o BTS konfiguracije (broj kombiniranih spratova). Ovo može objasniti neka čudna ponašanja, kao što je povećanje prometa nakon rastavljanja nekih TRX-ova.
131
Uvođenje novih značajki
Ono što je zanimljivo o optimizaciji je da se implicitno, u isto vrijeme, sastoji od optimizacijskih aktivnosti (za sajtove koja su već u radu) i nekih planiranih aktivnosti (uvođenje novih sajtova, BSC-a, mogućnosti, itd.). Nove elementi se dizajniraju sa ciljem poboljšanja performansi mreže. Prije uvođenja novog elementa, operatori ga žele najprije testirati, kako ne bi prouzrokovao bilo kakav poremećaj na ponuđenim servisima. Ispitivanje ili češće korištena RSV (Regular Service Validation) procedura dozvoljava validaciju ili uvođenje novog elementa u cijelu mrežu. RSV uglavnom sadrži sljedeće korake: Dokumentaciju zahtjeva hardvera/softvera novih elemenata/mogućnosti; Izbor pogodnog područja za testiranje; Pravljenje reference, sa drive testovima i KPI-ovima izabranim prema tome šta je značajno za procjenu elemenata/mogućnosti; Implementacija; Posmatranje i praćenje; Ponovno podešavanje i procjena; Postavljanje planiranja generalizacije.
Cilj probnog testiranja novog elementa je bolja kontrola nekih neželjenih ponašanja i pronalazak najprikladnijeg seta parametara prije uvođenja u cijelu mrežu. Automatizacijski alati
U sve složenijim mrežama, gdje su nove tehnologije dodane na već postojeće GSM, važno je ostvariti povrat investiranja u kratkom razdoblju. Da bi se poboljšala operativna učinkovitost i oslobodili resursi za zadatke dodane vrijednosti, ne postoji drugi način osim procesa automatizacije. Korištenje automatskih programa varira od jednostavne makronaredbe do vrlo specifičnih i složenih alata. U skladu sa onim, što je predstavljalo važne zadatke u predhodnim procesima optimizacije, mnoge operacije mogu se obaviti putem računarskih programa koji se razvijaju.
132
Prvi koraci automatizacije uključuju česte zadatke kao statistička vizuelizacija, upravljanje susjedstvom, geografska ilustracija, praćenje traženja grešaka i praćenje generisanih dokumenata. Ova polja se mogu svrstati u “upravnu automatizaciju”. Složeniji alati se koriste u druge svrhe, kao što su zadaci koji zahtijevaju analizu ogromnih količina ulaznih podataka kao frekvencija i planiranje susjedstva, parametara optimizacije, planiranje područja lokacije (LA) i ćelijsko traženje problema. Klasifikacija ovih alata spada pod “tehničku automatizaciju”.
Administativna automatizacija
Svaki zadatak koji se ponavlja u aktivnosti optimizacije mreže može biti automatiziran do određene razine. Administrativna automatizacija donosi prednost zbog smanjenja rizika ljudske pogreške. Važno je se koriste kontrolni mehanizam koji omogućuje provjeru valjanosti alata prema zahtjevima.
Statistička vizualizacija
Općenito, čisti brojači su izvučeni iz NMS-a kao tekstualna izvješća. Osim toga, tu je i potreba za konverzacijom unutar user-friendly sučelja. To znači, primjenu neke oblikovane makronaredbe na originalne fajlove. Kroz razna projektna iskustva, preporučuje se da se koristi Microsoft Access umjesto Microsoft Excela za izgradnju takvih aplikacija. Ustvari, Exel ima ograničenje veličine od 65536 linija, što znači da Excel ne može prikazati, npr susjedni fajl koji ima mrežu od 2000 makro sajtova, gdje svaka ćelija ima prosječno 12 susjeda (2000x3x12=72000).
Upravljanje okolinom/susjedima
Upravljanje vezama sa okolinom je sastavni dio inžinjerskog optimizacijskog posla. Kako mreža raste (integracijom novih sajtova) i mijenja se (primjenom novih frekvencija), dodavanje novih susjednih dijelova mreže, uklanjanje zastarjelih dijelova i ažuriranje postojećih dijelova postaje svakodnevna briga i zadatak. Pri definiranju Man– Machine Language (MML) komandi za upravljanje okolinom, definitivno postoji rizik od grešaka ako se poslovi obavljaju manuelno, dok alati garantiraju određenu razinu pouzdanosti. Za minimiziranje rizika od greški, ključni su automatski programi. Ovaj metod također pomaže pri kontroli automatizacije petlji. Automatskom analizom
133
odjavljivanja, moguće je utvrditi jesu li potrebne potrebe provedene ili jesu li otkriveni neki problemi.
Geografska ilustracija
Polje pristupa je vrlo važno u procesu optimizacije. Poznavanje geografije područja je vrlo korisno pri razumijevanju smetnji, prekoračenja, slabe pokrivenosti itd. Važno je vizualizirati parametre planiranja (BCCH, BCC, NCC, okolina itd.) zajedno sa statistikom ( promet, blokiranje, DCR, CSF, itd.) u zavisnosti od geografskih pozicioniranja i parametara inžinjeringa (tip antene, nagib, visina itd.). Neki alati za planiranje omogućuju uvođenje statistike. Inače, takve aplikacije se mogu uvijek kreirati na MapInfo. MapInfo donosi prednost vizualizacije visoko definiranih mapa (pojedinosti na cestama, zgradame itd.)
Rješavanje problema Follow-up
Proces optimizacije je kontinuirani postupak analize problema, poduzimanja aktivnosti i procjene poboljšanja. Važno je da se prati historija problema i akcija na ćelijskom nivou. Takve informacije se uklapaju u opštu bazu podataka. Ovaj zadatak može biti automatiziran kako bi se povećala operativna efikasnost. Automackim ispunjavanjem informacija o ćeliji, statistika i straih/novih parametara doprinosi smanjenju potrebe za kucanjem.
Generisanje dokumenata
Optimizacijski izvještaji se redovno generiraju u skladu sa unaprijed definisanim prezentacijskim formatom. Ako se manuelno upravlja izvještajima, onda oni mogu imati različite formate. Međutim, automatizacija osigurava jedinstven format. Tehnička automatizacija
Mrežni pretplatnici generišu veliku količinu statističkih podataka, koje se zatim prikupljaju u sistem za upravljanje mrežom. Posebni alati omogućuju dodatne obradbe tih podataka i pravljenje preporuka u skladu s tim. Moduli za kontrolu i provjeru su važni jer omogućavaju verifikaciju preporučenih promjena prije njihove implementacije u mreži (pogledati sliku 11.1).
134
Slika 11.1: Proces tehničke automatizacije
Planiranje frekvencija
Prije upotrebe automatskog modula za planiranje frekvencija, korisno je uporijebiti manuelnu proceduru za planiranje frekvencija. Manuelna metoda se bazira na predviđanju smetnji. Tačnost predviđanja zavisi od visoke rezolucije digitalne mape i od specifičnog modela propagacije. Okumura- Hata model, koji se često upotrebljava kao alat za planiranje, je primjenjiv za mape od 1km. Ovakva kombinacija model/rezolucija mape se ne može primijenti na male ćelije ( radijus 10 m). Kako mreža raste, dodaje se više sajtova uključujući makro, mikro i piko ćelije koje su dizajnirane kako bi se poboljšalo planiranje pokrivenosti. U takvom scenariju, neophodno je razdovojiti opsege frekvencija između makro ćelija i graditi mikro ćelije sa boljim načinima savladavanja smetnji. Usvajanje ovakvog tehničkog izbora postaje sve teže kako se broj operatora povećava i kako frekventni opseg postaje manji (ograničavanje dijeljenja osega). U tom slučaju potrebna je bolja efikasnost u upravljanju resursima. Odnos C/I (carriernosilac/interferer-izvor smetnje) daje minimalni prihvatljivi nivo nosioca u poređenju sa izvorom smetnje koji koristi istu ili susjednu frekvenciju.
135
Ograničenje smetnje između dvije ćelije se prevodi u visoke ili niske faktore matrice interferencija. Poznavanje faktora interferencije između dvije ćelije može povećati tačnost planiranja frekvencija i poboljšati kvalitet. Uvođenje sintetiziranih frekvencijskih skokova pojednostavljuje planiranje ali zahtijeva rigoroznu sektorizaciju ćelija. Mnogi alati za planiranje nude opciju automackog planiranja frekvencija (AFP). Za AFP ne treba nikakva distribucija pretplatnika niti predviđanje puta radio talasa. AFP koristi stvarna mjerenja o lokaciji korisnika i nivou smetnji. Ima tri ograničenja: Kvantizacija i odbacivanje Obavještenja od samo 6 susjednih dijelova Nepouzdanost BSIC dekodiranja AFP je u probnim verzijama pokazao 10% poboljšanja u odnosu na inicijalni plan kvaliteta.
Planiranje okoline/susjeda
Automatsko upravljanje handoverom se takođe bazira na mjerenjima. Uklanjanje susjednog dijela bazirano je na NMS statistici. Benchmark kriterij se mora pažljivo izabrati kako bi sistem mogao odlučiti da li da ukloni neki susjedni dio ili ne. Npr, kada se između dvije ćelije izvede nekoliko pokušaja sa maksimalnim handoverom za svaku, alat preporučuje brisanje veze između njih.To se može izvršiti samo nakon provjere geografske pozicije za svaku ćeliju . Ponekad su ćelije jako blizu jedna drugoj ali iz nekih razloga (nizak nivo prometa, postojanje prepreke, hardverske greške itd) vrše nekoliko handover pokušaja. U tom slučaju vezu treba održavati. U svakom slučaju, nakon brisanja kontrolni mehanizam će procijeniti uticaj na kvalitet. Dodavanje novih brisanja je složeniji problem. Koristi mjerenja okolnih ćelija koja se nakon toga rangiraju od najjačih do najslabijih. Broj izmjerenih uzoraka svake ćelije također treba uzeti u obzir kako bi se odredila brisanja koja će biti korisna. Mehanizmi dodavanja/brisanja se redovno primjenjuju kako bi se optimizirao broj brisanja. Svaka ćelija može podržati do 32 susjedne ćelije, ali da bi se povećale performanse handovera preporučuje se do 15 susjeda po ćeliji. Automatizacija upravljanja brisanjem može uključivati i parametar provjere nepovezanosti.
Optimizacija parametara
U fazi implementacije, operatori koriste standardne predloške parametara, s obzirom da postoji hiljadu GSM parametara. Međutim, zbog razlike između stanica (propagacija
136
i smetnje), neophodno je pažljivo podesiti neke parametre za svaku ćeliju ili susjedstvo kako bi se dobile optimalne performanse. Najbitnija ideja optimizacije je kako naći ispravnu vrijednost za određeni parametar za određenu ćeliju. Čak i ovaj zadatak, koji zahtijeva stručnu optimizaciju i koji je dugotrajan, može biti automatiziran. Složeni mehanizam koji to omogućava beziran je na četiri glavna načela: • Definicija arhitekture podsistema; • Izbor odgovarajućih tehnika kontrole; • Razmatranje mapiranja kontrolnih algoritama na elemenate mreže; • Procjena performansi u skladu s početnim pravilima.
Ćelijsko rješavanje problema Rješavanje problema sastoji se od tri glavna koraka: • otkrivanje neispravne ćelije; • analiza i dijagnoza potencijalnog izvora problema; • primjena procjenjenog rješenja. Automatizacija se može primijeniti na sve tri faze. Otkrivanje neispravane ćelije može biti učinjeno korištenjem prethodno utvrđenih kriterija i pragova na temelju usporedbe sa nekim restriktivnih uslovima. Osnovna ideja za automatsku dijagnozu je prijenos stručnih znanja u sistem. Da bi to postigli, trebalo bi kreirati model za rješavanje problema. Modeliranje znači opremanje stroja s odgovarajućim algoritmima kako bi pronašli moguće porijeklo problema i predložiti eventualna rješenja.
Planiranje lokacijskog područja Da biste obavijestili pretplatnika o dolaznom SMS-u ili pozivu, mreža koristi stranice BTS-a određenog LAC-om. Lokacija područja planiranja sastoji se od pronalaženja odgovarajuće veličine LA kako bi se osiguralo da uspjeh maksimizira i broj lokacija ažuriranja (LUS) je sveden na minimum. Jednosmijerni poziv je uspjeh jer smanjuje izbrisane poruke u slučaju vrlo velike LA. S druge strane, pozivno opterećenje povećava se zbog velikog broja LUS u slučaju premalog LA. Također je vrijedno napomenuti da je kapacitet SDCCH znatno niži nego kod PCH. Stoga je cilj za automatski metod uspostaviti ispravnu ravnotežu definiranjem ispravne LA veličine.
137
Za LA planiranje operatori tradicionalno koriste jedan od dva pristupa: Pretvaranje svakog BSC u LA , u tom slučaju postoji velika količina LU zbog internih handovera u BSC-u (Primjetite također da mobiteli u stanju mirovanja obavljaju LU). Ovaj pristup troši puno SDCCH resursa. Pretvaranje svakog MSC prostora u LA, u tom slučaju povećava se paging, s rezultatom da neki mobiteli nisu obaviješteni o dolaznim pozivima ili SMS-ovima. Takav pristup štedi signalizacijske resurse, ali ne uzima u obzir stvarni kapacitet paging kanala na pravi način.
Osnovna ideja za automacko planiranje lokacijskog područja je da se koriste podaci sistema za upravljanje mrežom (NMS) kako bi riješili optimalnu LA veličinu. Elementi koji se koriste mogu biti:
Paging kapacitet za sve BTS-ove u svrhu procjene paging opterećenja koje se može prenijeti pomoću BTS-a; Paging saobraćaj BTS-a u svrhu procjene paging saobraćaja u slučaju da nekoliko BSCova ima isto LA Handover statistika između BTS-ova u svrhu grupiranja BSC-ova koji imaju mnogo handovera između sebe.
Na osnovu ovih dijelova informacija moguće je odrediti optimalni LA plan koji u potpunosti iskorištava paging kapacitet dok osigurava da je uspjeh paginga maksimalan (brisanje paging poruka minimizirano) i LU saobraćaj na SDCCH je reduciran. Na karju, optimizacija može bit asimilirana sa pregledom mreže. Optimizator prvo detektuje anomalije (simptome) i onda analizira situaciju (dijagnozu). Nakon toga, pokušava prvu korektivnu akciju (tretman) i vidi efekte. Ako ne radi, pokušava da dalje istražuje tako što traži detaljnu analizu (skeniranje). Optimizacijski proces se odvija kontinuirano. U većini slučajeva, operatori su međusobno korelisanni jer su ili nezavisni ili interekskluzivni.
Optimizacija se sastoji od tri glavna aspekta: pokrivenosti, kapaciteta i planiranja frekvencija. Akcije se mogu poduzimati na osnovu onoga što je identifikovano kao problem u ćeliji ili u području. Pregled plana frekvencija, prmjena parametara handovera, korekcija sajt inžinjeringa i primjena specifičnih parametara su samo primjeri čestih optimizacijskih akcija. Dodavanje novih sajtova, novih BSC-ova ili reorganizovanje TRX su također moguća riješenja za poboljšanje. Putem pogonskog testa, NMS-a i analize mogu se
138
dobiti informacije, dijagnozirati greške, testirati nove preporuke, implementirati promjene parametara i procijeniti mreža.
Važno je istaći da performanse zavise i od sposobnosti terminalnih uređaja. U zavisnosti od proizvođača, mogu postojati različite snage odašiljanja, različita osjetljivost i greške. Sve to utiče na korisnikovu percepciju kvaliteta. Kako bi dobro radio u procesu optimizacije, mrežni optimizator bi trebao da sarađuje sa drugim servisima. Tim centra za operacije i održavanje (OMC) ima najveću odgovornost u smislu da oni moraju implementirati sva podešavanja koja predloži osoblje za optimizaciju. Roll-out tim je odgovoran za sve aktivnosti u vezi sajta (sajt reinžinjering, sajt rehosting od BSC-a do BSC-a, pregrupisanje TRX itd). Tim za zaštitu osigurava monitoring alarma, upravljanje hardverskim greškama i održavanje intervencija. Operater tada dolazi na drugoj razini interakcije, brine za upravljanje različitom opremom, validaciju i rad postrojenja (pristup, ovlaštenja itd).
Ključ uspjeha u takvom okruženju je primjena procesa nakon identifikacije inputa, outputa, procedura i vlasnika. Inžinjeri moraju dobro upravljati svakim procesom i uvijek biti spremni da primjene riješenje, jer se od njih često može tražiti savjet u vezi više operacija koje se paralelno odvijaju.
Pošto su mreže sve komleksnije i optmizacijski zadaci imaju drugačiju orijentaciju nego ranije. Prije je fokus bio na znanju o optimizaciji jedne specifične tehnologije i na manulnoj optimizaciji. Danas, nije dovoljno poznavanje samo svoje tehnologije zbog velike konkurencije na tržištu telekomunikacija. Danas se od inžinjera traži kompetentnost za sve vrse opreme. To znači da trebaju biti u stanju da odgovore na svaki problem u vezi optimizacije ili planiranja bez obzira na proizvođača opreme.
6.7 Optimizacija u WCDMA mreži 6.8 Klaster optimizacija Optimizacijski proces počinje nakon što je zavšeno inicijalno planiranje mreže. Mreža je izgrađena – veći dio sajtova je integriran. Nema korisnika u mreži i mreža ne prenosi nikakav promet. Stoga je cilj optimizacije da garantuje kvalitet osnovnih usluga kada se pokrenu. Mreža je podijeljena na geografsak područja nazvana klasteri, od kojih se svaki sastoji od 10 do 20 sajtova. Ova geografska područja se optimiziraju tako da osiguraju QoS na tom području. Geografska područja se mogu izabrati na bazi različitih metoda, ali sajtovi bi trebali bi biti blizu i interferencija u klasteru koja dolazi
139
od susjednih područja treba biti minimizirana. Ciljani kvalitet se definira za svaki klaster na osnovu, npr, ukupnog RSCP-a i Ec/No, zagađenja podrčja, stope odbačenih poziva i stope uspješno uspostavljenih poziva. Optimizacija klastera odvija se u slijećeim fazama:
Priprema klastera Faza pripreme klastera se sastoji od aktivnosti koje se mogu uraditi bez podataka pogonskog testa. Također trebaju osigurati izvođenje pogonskog testa i osigurati da se tim testom otkriju problemi vezani za planiranje:
- Definiranje klastera, - Planiranje rute pogonskog testa, - Revizija radio parametara, - Provjeriti konfiguraciju sajtova - Provjeriti listu susjeda, - Provjeriti upravljanje kvarovima, - Provjeriti dostupnost ćelija.
Prije pogonskog testa većina ćelija u kasteru bi trebala da bude integrisana i sajtovi bi trebali da budu operativni i dostupni.
Definisanje klastera
Klasteri trebaju biti geografski susjedna područja koja se sastoje obično između 15 i 20 sajtova. Klasteri su prvenstveno definirani na temelju geografije: lokacije sajta, glavne prometnice, RNC granice, drugih geografskih aspekata, npr. rijeke. Sekundarna metode definisanja klastera je analiza smetnji, koja se koristi kako bi se smanjila količina vanjskih smetnji za klaster iz susjednih klastera.
Generisanje liste susjednih područja Početni popis susjednih područja se može definirati na temelju geografske blizine i smjera antene. Također, kao početni korak svi sajtovi trebaju imati definiranu vezu sa
140
susjednim područjem. Definicija susjeda treba uključivati ćelije koje čine prvi red susjeda, jer ćelije ne bi trebale da osiguravaju pokrivenost izva svojih prvih susjeda.
Revizija/pregled Hardverske konfiguracije Revizija Hardverske konfiguracije, kojom se provjerava ispravnost postavki konfiguracije za MHA dobitke i gubitke kablova, se može uraditi pomoću statistike dostupnosti ćelija i analizom BTS komisionih fajlova. Također se može uzeti mali broj sajtova za uzorkovanje posjećenosti sajta kako bi se otkrilo da li su planirani nagibi i usmjerenja antena implementirani ispravno. Potencijalni kandidat za posjete sajta je klaster na najvažnijim servisnom područjima. Indikator netačne postavke može se procijeniti iz PrxNoise statistike ili korištenjem vrijednosti u realnom vremenu pomoću online praćenja.
Mjerenja šuma na uplink-u se signaliziraju na UE-u u informacijskom bloku 7 sistema i koriste se za izračunavanje početne snage slanja za RACH preamble i izračunavanje DPCH početne snage slanja. Netačna mjerenja šumova imaju 2 efekta na RACH proceduru: Prevelik PrxTotal. Prevelika početna snaga slanja za preamble i RACH poruku koja izaziva povečane interferencije na uplink-u Prenizak PrxTotal. Preniska početna snaga slanja zahtjeva da se šalju visestruke preamble, a u najgorem slučaju spriječava WBTS da detektuje RACH preamble uslijed preniske snage slanja. Preniska/previsoka PrxTotal moze izazvati prenisku/previsoku početnu snagu na UL DPCH transmisiji i povečanje vremena uspostavljanja kontrolne petlje Ulpower. Ekstremne vrijednosti (+/- 20dB) također mogu sprijeciti UL sinhronizaciju a time izazvati gubitak konekcije. Ako ispravne vrijednosti gubitaka na kablovima nisu dostupne, uzima se defaultna vrijednost od 3dB koja bi trebala omogučiti normalan rad mreže.
Hardver baznih stanica i upravljanje softverskim verzijama
Hardver baznih stanica (HW) i softver (SW) upravljanja provjeravaju HW i SW update status u mreži, koji je neophodan za optimalne performanse mreže. I HW i SW verzije se mogu pregledati po slićnim procedurama, gdje se fajlovi konfiguracije baznih stanica prebacuju direktno iz bazne stanise preko FTP-a a zatim se potrebne informacije uzimaju iz tih fajlova.
141
Pregled radio parametara
Pregled ili revizija radio parametara potvrđuje da su RAN parametri koji se koriste u mreži postavljeni jednako u svim objektima i da oni prate defaultne postavke parametara. Pregled radio parametara je vrši kako bi se bi se provjerila kozistentnost radio parametara tako što se stvarne vrijednosti porede sa preporucenim zadanim vrijednostima definisanim za mrežne objekte. Tipično prije pokretanja mreže stvarne vrijednosti parametara su iste za sve objekte. Stvarne vrijednosti bi trebale slijediti preporučene vrijednosti parametara. Pregled radio parametara se provodi da bi se provjerilo da većina parametara u RNC,WBTS, WCEL (WCDMAcell), ADJS (susjedne intrafrekvencije), ADJI, ADJG (intrasistem [WCDMA- GSM]), FMCS (kontrola mjerenja postavljenja na susjedne intrafrekvencije), FMCI (kontrola mjerenja postavljenja na susjedne interfrekvencije), FMCG, HOPS( parametar kontrole handovera postavljen za susjedne intrafrekvencije), HOPI (parametar kontrole handovera postavljen za susjedne interfrekvencije) i HOPG (parametar kontrole handovera postavljen za intrasistem [WCDMA- GSM]) klase objekata.
Provjera dosljedosti parametara
Ova provjera se vrši kako bi se potvrdila dosljednost RAN parametara. Većina RAN parametara se postavlja na defaultne vrijednosti prije pokretanja mreže; kasnije se mogu definisati različiti sabloni za razlicite tipove celija. Defaultne postavke se mogu provjeriti i izvan Nokia sistema operativnih rješenja (OSS) tako što se izvlaći informacija o parametru. Defaultni parametri bi se trebali redovno provjeravati u fazi prije pokretanja kada se integriraju novi site-ovi. Ovo se vrši kako bi se potvrdilo da siteovi imaju ispravne parametre i kako bi se izbjegao negativan utjecaj grešaka konfiguracije. Provjere se također mogu obavljati prije optimizacijskih aktivnosti ili testnih mjerenja na terenu.
Stvarni nasuprot defaultnim vrijednostima parametera
Većina RAN parametara su postavljeni na defaultne vrijednosti prije pustanja mreže u rad. Stvarne vrijednosti u mreži bi trebali pratiti defaultne vrijednosti parametara. Defaultne vrijednosti se postavljaju u skladu sa strategijom operatora, layout-om mreže i dostupnim resursima.
Pregled plana Scrambling koda
142
Glavni cilj planiranja Scrambling koda je da se osigura da se isti Scrambling kod ne koristi na istim nosecim frekvencijama u ćelijama koje su blizu jedna drugoj. Ovo je potrebno kako bi se osiguralo da se ćelije s istim scrambling kodom ne koriste u kombinaciji susjeda, koje RNC šalje na UE sa liste susjeda koje pripadaju ćelijama koje se nalaze u aktivnom setu. Intrafrekvencijske ćelije u bilo kojoj listi susjeda se ne mogu kombinirati od strane RNC-a sa listom susjeda koja je poslana na mobitel u području soft handovera; ako se pokuša to učiniti uzrokovati će se greška scrambling koda. Revizija plana scrambling koda će provjeriti minimalnu udaljenost između ćelija sa istim nosećim frekvencijama i sa istim primarnim scrambling kodom . Revizija scrambling koda također može potvrditi sprovođenje nominalnolg plana scrambling koda operatora ako on i postoji. Pregled okoline
Svrha ove revizije je da provjere postavke parametara susjeda, udaljenost susjeda i jednosmjerne definicije susjeda.
ciljne
ćelije, broj
Upravljanje kvarovima
Upravljanje kvarovima je kontinuirani proces u kojem se neispravne hardverske jedinice i softverske povezane greške.
ispravljaju
Posebnu pažnju pri upravljanju kvarovima treba dati oblasti koja treba da bude optimizirana prije bilo kakve optimizacijske aktivnosti. Svi kritični alarmi bi trebali biti riješeni, a to bi trebalo provjeriti da su site-ovi dostupni i u funkcionalnom stanju. RF Tuning (radio-frekvencijsko podešavanje)
Radio okruženje se mjeri, upoređuje i analizira kako bi potvrdili i optimizirali RF performanse. RF performanse se analiziraju i kako bi saznali sve parametre, performance usluge ili potencijalne probleme integracije site-ova. U početnoj fazi RF tuning-a, mjeri se klaster ćelija i ukupne RSCP i Ec/N0 vrijednosti se uporede sa unaprijed definisanim ciljevima kvaliteta. Cilj je postići ciljne RF performanse. Ciljne performanse se mogu sastojati od ciljne pokrivenosti (RSCP), ciljne kvalitete (Ec/N0), smanjenja zagađenja pilotpodručja (testnih područja) i ograničavanje područja soft handovera.
143
Kao prvi korak, porede se RF KPI-ovi klastera (posmatrane skupine ćelija) (KPI= Key Performance Indicators). Poređenje ovih pokazatelja se koristiti kako bi provjerili da se RF performanse poboljšavaju kao rezultat primjene tuning preporuke tj preporučenih podešavanja. Drugo, ukupni RSCP se analizira. To se može učiniti koristeći alat za analizu koji vizualizira uzorke mjerenja. Identifikuju se područja loših performansi i analizira se razlog slabe pokrivenosti. Na primjer, problem pokrivenosti može nastati zbog nedostatka site-ova ili zbog fizičkih prepreka koje spriječavaju autenaciju signala. Ukupni Ec/I0 se analizira u svrhu pronalaska područja sa potencijalnim problemima u kvaliteti. To se radi na sličan način kao I analiza pokrivenosti, korištenjem alata za analizu kako bi se otkrile problematične lokacije. Problemi Ec/I0 mogu biti prouzrokovani problemom dominacije ili problom pokrivenosti. U slučaju problema pokrivenosti, RSCP daje indikaciju o problemu. U slučaju problema dominacije RSCP je dobar problemima područja. Ćelije koje omogućavaju pokrivanje područja, se trebaju analizirati, a neke od njih i ukloniti, u cilju poboljšanja kvalitete preostalih ćelija. Preporuke za poboljšanje RF performansi prvenstveno se temelje na fizičkim promjenama nagiba antene, azimuta, tipa i visine antene. Pored RF performanse u fazi RF tuning-a, takođe mogu biti verificirane I liste susjeda. Potencijalni konflikti scrambling koda i problem integracije site-a npr. identifikacija swapped feeder-a. Prvi rezultati mjerenja mogu se koristiti i za inicijalnu provjeru performansi servisa.
Analiza listi susjeda
Susjedi koji nedostaju bit će identifikovani kroz poređenje listi susjeda, koje su generirane na osnovu mjerenja skeniranjem i na stvarnim ADJS, ADJI i ADJG objektima koji su upload-ovani iz RNC baze podataka za ove site-ove. Upload-ovanje RNC podataka se treba provesti na isti dan kao i drive test.
Optimizacija Voice call performansi
Performansa poziva daje indikaciju o područjima koja imaju lošu performansu, npr. područja se call setup problemima i odbačenim pozivima, i koja trebaju biti istražena. Analiza mjerenja na terenu obično počinje nakon pregleda (statističkih) podataka o performansama poziva, kako bi se procjenilo koliko analizirano područje ima problema. Sljedeći korak jeste identifikacija mjesta pojave problema: •
Niski Ec/I0. Kvaliet signala pada ispod-15dBm i odbacuje se poziv.
•
Niski RSCP. Snaga koda primljenog signala pada ispod-115dBm.
144
•
Problemi sistema. Ec/I0 i RSCP su na primjerenom nivou, ali odbacivanje poziva se događa bez obzira na radio uslove.
Pri analizi trebaju biti raspoloživa 3G mjerenja na terenu, mjerenja skeniranjem i mjerenja praćenjem poziva. Analizom podataka skeniranja i poređenjem razlika između skeniranja i UE performansi neki zajednički problem mogu biti identificirani.
6.9 Analiza odbačenih poziva Odbačeni pozivi daju pouzdanu indikaciju na područja sa korisničkim problemima. Svaki odbačeni poziv treba biti analiziran kako bi se otkrili razlozi svakog odbacivanja poziva ( primjer je prikazan na Slici 12.1). Prvi korak jeste analiza i brojanje koliko se dogodilo odbacivanja tokom drive testa i gdje, na kojem, se scrambling kodu dogodilo odbacivanje.
Slika 12.1: Primjer analize odbačenih poziva
145
Simptomi: nizak Ec/IO u UE ali dobar Ec/IO u skeneru; poziv se odbija i UE uzima novi scrambling kod koji nije prije korišten u aktivnom setu; Ec/IO se poboljša. Problem: Izgubljeni susjed. Skener je uspjeo otkriti snažan signal koji ometa, ali pošto nije definisan kao susjed, UE ga nije mogao preuzeti i poziv je odbijen.
Simptomi: nizak Ec/IO u UE i Ec/IO u skeneru; nizak RSCP u UE i u skeneru; UE odašilje na maksimalnoj predajnoj snazi. Problem: niska pokrivenost. Ec/IO prag primopredaje bi trebao izazvati međufrekvencijsku primopredaju (handover); ako se ne detektuje ni jedan 3G susjed, međusistemski handover se aktivira. Ako UE još uvijek nije u mogućnosti da pronađe susjede, radio veza prema ćeliji slabi. Kvalitet signala se ne može poboljšati kontrolom snage jer UE/NodeB već koristi maksimalnu predajnu snagu. Poziv se odbija.
Simptomi: nizak Ec/IO u UE i Ec/io u skeneru; normalan RSCP u UE i u skeneru; nekoliko scrambling kodova sa sličnim Ec/IO je detektovano u aktivnim i nadgledanim setovima; visok RSSI; Problem: Okruženje sa pilot ometanjem signala. Previše ćelija pokriva isto područje sa istim RSCP-om. Sa velikim brojem prisutnih scrambling kodova, RSSI koji mjeri primljenu snagu ima visoku vrijednost. RSCP bi trebao biti unutar -15dMb RSSI-a. Ako je nivo ometanja visok, zahtjevi za predajnim signalom se povećavaju pa tako ni normalni RSCP ne može pružiti potrebni Ec/IO.
6.10 Analiza ćelija sa slabim perfomansama Problemi sa niskom pokrivenošću i pilot ometanjem, koji su objašnjeni u sekciji analize odbijanja poziva također utiču na perfomanse ćelije, pa je i njih potrebno uzeti u obzir. Iako se pozivi možda nisu odbacivali, moguće je da postoje problem perfomansi na nivou ćelije koji bi mogao uzrokovati odbacivanje poziva ali, se to nije događalo za vrijeme mjerenja.
Simptomi: nizak Ec/IO u UE i skeneru; normalan RSCP u UE i u skeneru; nizak broj scrambling kodova u aktivnim i nadgledanim setovima; visok RSSI. Problem: vanjske smetnje. Neko odašilje signale na WCDMA frekventnom opsegu. Potrebno je pronaći izvor signala.
146
Simptomi: prikazom individualnih kodova za remećenje RSCP ukazuje na to da ćelija ima snažan RSCP poslije najbližih susjeda; prikazivanje Ec/IO ukazuje na to da sajt ima veliko područje sa slabim Ec/IO van najbližih susjeda ili je dominantan na prostoru gdje nije predviđen da bude. Problem: Sajt sa prevelikom pokrivenošću. Antena bi se trebala podesiti tako da se ograniči pokrivenost unutar najbližih susjeda, odnosno unutar planiranog prostora. Podešavanjem ovog sajta i ostali sajtovi bi trebali imati bolje perfomanse.
Simptomi: prikazom individualnih kodova za remećenje RSCP nam ukazuje na to da ćelija ima slabu pokrivenost; prikazom Ec/IO vidimo da sajt ima slab Ec/IO; sajt nije dominantan na području na kojem bi trebao biti. Problem: ograničena pokrivenost. Antena i oprema bi trebala biti provjerena. Ako je pokrivenost ograničena i postoji mali broj korisnika u dominantnom prostoru ćelije, ćelija bi se mogla i ugasiti, da bi se izbjegle smetnje.
6.11 Problemi unutar sistema Ako problem nije pronađen u radio interfejsu onda se najvjerovatnije nalazi u UE-u, mreži ili sistemu za mjerenje. L3 poruke za signalizaciju bi se također trebale analizirati da bi se provjerilo da li je bilo poruka koje ukazuju na abnormalno ponašanje sistema. U slučaju da je L3 poruka ukazala na problem, tok signalizacije se analizira da bi se pronašli detalji o problem sistema (prikazano na slici 2.96). Pored L3 poruka, komande za kontrolu snage, BER, BLER i L2 poruka se mogu analizirati da bi se pronašli više detalja. Mjerenje kvara opreme Mjerenje opreme je jedan izvor potencijalnih problema. Izbačeni pozivi mogu biti uzrokovani kvarovima na mjernoj opremi ili greškama koje su napraljene koristeći opremu. Drive test je sklon pogreškama,a neke od njih mogu uzrokovati izbačenje poziva. Verifikacija Analiza klaster optimizacije bi se trebala obaviti u dva dijela. Verifikacija mreže se koristi da prihvati mrežne performanse na temelju rezultata pogonskih testova duž 'referentne staze' koja obuhvaća više klastera. KPI-ovi se mjere samo u područjima gdje je postignuta 'prihvatljiva' pokrivenost. Tipična mjerenja verifikacije mreže postoji u većim područjima nego mjerenja klastera i
147
znatno su manje detaljna. Ona su također ponovljena do referentne tačke performansi tokom vremena kada se mreža razvija i kada se razvijaju uzorci prometa.
6.12 Praćenje performansi i Statistika 6.12.1 Pokazatelji performansi visokog nivoa
Analiziranje statistike je top-down proces. Pokazatelji performansi visokog nivoa (mrežnog ili RNC nivoa) se prate kako bismo saznali postoji li problem u mreži. Utjecaj pokazatelja performansi visokog nivoa je veći ovisno o broju mrežnih elemenata koji su uključeni. Također, ozbiljan problem na samo nekoliko elemenata mreže će imati utjecaj performanse RNC nivoa.
Potreba za dubljom analizom također može biti potaknuta stalnim varijacijama izvedbe grafova ili varijacima nedovoljne pravilnosti performansi. Problemi performansi visokog nivoa, anomalije i redoviti obrasci izvedbe varijacija su okidači koji upućuju na potrebu za daljom istragom.
148
Slika 14.1: Analiza L3 signalizacije Pokazatelji performansi visokog nivoa trebaju se redovito na stalnoj osnovi pratiti (primjer praćenja dostupnosti ćelije prikazana je na slici 13). Tipična učestalost pokazatelja performansi visokog nivoa je jedan dan, a period praćenja traje dva mjeseca. Primjeri pokazatelja performansi visokog nivoa su: dostupnost poziva, stepen uspješno uspostavljenih poziva,stepen odbačenih poziva. Zapamtite da u 3G, umjesto korištenja glasovnog poziva postoje različite usluge, a time i KPI-ovi mogu biti podijeljeni za različite usluge, npr. nivo uspješno uspostavljenih poziva za glas, nivo uspješno uspostavljenih video poziva, nivo uspješno uspostavljenih poziva za PS pozadinske usluge, itd.
Slika 14.2 :Primjer praćenja dostupnosti ćelije 6.12.2 Pokazatelji performansi na niskim nivoima
Nakon identificiranja problema u indikatorima visokih performansi, da bi ustanovili šta izaziva problem, pokazatelji performansi na niskim nivoima moraju biti analizirani. Postoji veliki broj indikatora performansi, pa tako se broj indikatora niskih nivoa temelji na analiziranju velikog broja statističkih brojača. Postoje različiti pristupi sa kojima možemo početi. Prvi pristup jeste da računa visoki nivo KPI-a (učestalost pada poziva, i stopa uspješno uspostavljenih poziva) za individualne ćelije, i da se ustanovi koja od ćelija se treba pobliže analizirati. Drugi pristup jeste da identificiramo tip problema ili brojač koji ukazuje na problem tipa, i samo nakon toga ostaje korak u kome moramo identificirati koje ćelije imaju ovaj problem.
149
Analiziranjem geografske blizine ćelija koje imaju probleme, može ukazati na to da nešto nije u redu sa cjelokupnim grozdom(sklopom) ćelija, npr. HW/SW problem koji se odnosi na odašiljačku mrežu, itd. Kada mrežni elementi koji imaju problema budu identificirani onda se moraju ustanoviti simptomi problema. Metode analiziranja su različite u zavisnosti od toga da li je problem već poznat ili ne. Ako je problem već dobro poznat, postoji mogućnost da postoje već spremljeni upiti koji se mogu koristiti da bi se identificirao problem. Ako je problem nepoznat, i ako upiti pomoću kojih bi mogli riješiti problem ne postoje, tad je potrebno analizirati sirove brojače performansi kako bi se klasificirao tip problema. 6.12.3 Upiti
Upiti se koriste da ubrzaju detekciju već poznatih performansnih problema. Već identificirani tipovi problema ne zahtijevalju dalje istraživanje. Potrebno ih je otkriti i ispraviti što je prije moguće ( primjer je pokazan u slici 15.1). Priroda ovog „pronađi i popravi“ posla, dobro je prilagodljiva za prvu liniju operacija i tima za održavanje. Mogu koristiti ove upite standardno da bi ustanovili koji su problemi i onda ih otkloniti pomoću već dostupnih i poznatih riješenja.
Slika 15.1: Primjer upita 6.12.4 Analiziranje brojača performansi
Postoji veliki broj performansnih brojača. Kako se sistemi razvijaju i nove mogućnosti se pojavljuju, postoji vjerovatnoća da će ih biti čak i više. Osnovni pristup je prvi pogled na brojače koji se kotriste da bi izračunali viši nivo KPI-a. Pad poziva KPI-a se sastoji od RAB aktivnih kvarova, a koji se pojavljuju zbog različitih razloga. Prvi korak
150
jeste da se uvidi šta čini raspodjelu tih razloga i da li postoje različiti razlozi koji služe za porast nespjeha (RADIO, kvar radio sučelja, IU, kvar IU sučelja,RNC, i pad RNC sučelja). Ćelije koje imaju iste razloge za porast neuspjeha takođe trebaju biti provjerene zbog sličnih problema. Isti pristup se onda može koristiti da bi se analizirala RRC postava, RRC aktivna i RAB faze postave. Drugi primjer uključuje dva brojača koji identificiraju ćelije koje imaju RAB aktivne završetke i nemaju RRC konekcijske pokušaje. Ovo ukazuje da postava poziva nije moguća u ovim ćelijama ali strane destinacije rade. Složeniji pristupi uključuju korelacijske analize mnogih različitih varijabli. Visok broj RAB aktivnih završetaka ( nisko kapacitetni bazeni i RAB/RRC postave ne uspjevaju startati normalno zbog TRANS (neuspjeh-a prenosnog sučelja)/BTS ili RAB/RRC postave koje ne uspjevaju startati zbog AC) i visokog broja uzoraka na saobraćajnoj klasi 4 trebao bi ukazati na probleme koji su nastali zbog zagušenosti - zakrčenosti.
6.13 Korištenje statistike za određivanje ćelija koje treba optimizirati 6.13.1 Odabir loše obavljajućeg RNC područja
Da bi počeli proces optimizacije djelokrug rada mora biti definisan. Čak ako ciljamo na to da popravimo cjeloukupne mrežne performanse, praktično je početi sa optimiziranjem podskupova mreže koji su unutar geografskih granica. RNC područje je pogodno geografsko područje za sprovesti pogonski test tima poslovanja. Također RNC nivo statistike je dostupan za statističke analize. Loše obavljajuće RNC područje može biti odabrano na osnovu kriterija za performanse visokog nivoa, npr. Stopa pada poziva za glas, video i fluktuaciju podataka o izvedbi tokom dana. Drugačiji ktiteriji mogu uključivati neuspješnost postave poziva ili neuspješnost paketnih podataka. Važno je imati performansne podatke iz dužeg vremenskog perioda. Ako performansni trendovi pokazuju veliku količinu fluktuacije tokom dvije sedmice ili konstantno loše performanse, RNC će biti odabran za daljnje ispitivanje. 6.13.2 Odabir ćelija za optimizaciju
Postoji nekoliko načina da se odredi prioritet koje ćelije rade loše. Konvencionalna praksa jeste da se odaberu ćelije zasnovane na glavnom KPI-u koje će biti optimizirane. Ako se cilja na popravku broja propalih poziva ćelije se odabiru bazirano prema broju propalih poziva.Međutim, ovaj pristup ne uzima u razmatranje efekat koji ćelija ima na
151
ukupnu RNC performansu. Mnogo efektivniji pristup jeste da se prioritiziraju ćelije sa apsolutnim brojem prekida. Ćelije koje izazivaju najviše padova-prekida poziva imaju najjači uticaj na performansu RNC područja.Ako ciljamo da poboljšamo cjeloukupnu performansu RNC područja, najveći napredak može biti postignut odabirom ćelija koje imaju najveći aspulutni broj propalih poziva.Rata propalih poziva može se koristiti kao sekundarni kriterij, rangirajući ćelije koje već rade sasvim dobro izvan djelokruga optimizacije. Veliki broj propalih poziva pokazuje ulazni kriterij za ćelije kojima treba optimizacija i sasvim dobar (mali) broj propalih poziva pokazuje izlazni kriterij za ustanovljavanje kada optimizacija više nije potrebna. Duži vremenski periodi bi trebali biti korišteni da bi se osigurala pouzdanost performansih statistika. Za primjer, ćelije koje imaju najveći broj padova (video+glas) u prethodnih sedam dana bi mogle biti odabrane i detaljno analizirane. U mrežama u kojima svaka ćelija prenosi saobraćaj, broj propalih poziva (DCR) se može koristiti za klasifikaciju ćelija sa najviše performansnih problema. Međutim, u mrežama gdje neke ćelije su marginalno opterećene, apsulutan broj padova daje mnogo pouzdaniju klasifikaciju. Možemo izračunati efekat koji je svaki poziv pojedinačno imao na ukupno RNC područje djelovanja. Broj poziva koje je potrebno detaljno proučiti može se dobiti komparacijom trenutnog nivoa odbacivanja poziva i ciljanog nivoa odbacivanja poziva. Na primjer, ako je ciljani nivo odbacivanja poziva za RNC 2,5% i trenutni nivo odbacivanja poziva je 2,7%, u tom slučaju osam poziva sa najlošijim performansama treba biti popravljeno kako bi se postigao cilj. To uključuje i pretpostavku da se pozivi mogu popraviti tako da nivo odbacivanja poziva bude 0%, što znači da se u stvarnosti mora analizirati veći broj poziva. Pozivi se optimiziraju pomoću klaster optimizacijskog procesa. Kao dodatak klaster optimizirajućem procesu, može se koristiti i statistika nivoa ćelije kako bi se odredila vrta problema u problematičnoj ćeliji. 6.13.3 Problemi prometnog profila
Prometni profil svake problematične ćelije se analizira kao što je prikazano na slici 15. Analiziraju se razlozi RRC i RAB padova kako bi se odredilo da li je problem u radio interfejsu na prenosnoj mreži ili je SW/HW uzrok odbacivanja poziva. Ako je problem u radio interfejsu onda se koristi testno mjerenje i klaster optimizacijski process kako bi se locirao problem.
152
Slika 17.1: Prometni profil za WCDMA ćeliju (glas, video, PS)
153
Dodatak A: Elementi teorije čekanja Iz tačke gledišta modeliranja prometa, ćelija u mobilnoj mreži se može smatrati redom čekanja s kanalima kao poslužiteljima. Korisnici dolaze u ćeliju (red) izdrugih ćelija (handover korisnika) ili počinju svoj poziv u toj ćeliji (novi korisnički poziv). Korisnici također završavaju pozive u ćelijama ili napuštaju ćelije zbog handovera drugim ćelijama. Ćelija se obično modelira kao M/ M / N red: pretpostavljamo eksponencijalna (Markov M) dolazna vremena i za handover (sa brzinom/intenzitetom dolazaka λh poziva / sekundi) i za nove pozive (uz brzinu/intenzitet dolazaka λn ). Također pretpostavljamo eksponencijalno (Markov M) vrijeme posluživanja i za handover na druge ćelije i za završavanje poziva u ćeliji (sa brzinom posluživanja μ). Broj kanala u ćeliji je označen sa N. Pošto se odbacivanje poziva , općenito, doživljava kao teža sistemska greška nego blokiranje poziva, korisnicima koji su već u sistemu (koji su došli iz druge ćelije putem HO) treba dati veći prioritet nego novim korisnicima. Možemo pretpostaviti da je N-K kanala rezervirano za HO pozive, na primjer nove korisničke pozive nisu AC-a u ćeliji ne prihvata , ako u ćeliji već postoji K korisnika (vidi Sliku 0-1):
154
Slika 7.1: Primjer opterećenja (broj korisnika) na temelju ACalgoritma
Dijagram tranzicije stanja reda / ćelije prikazan je na slici 7.2 kao Markovljev lanac. Stanje reda/ćelije (ovalni simboli) je broj aktivnih poziva (korisnika) ili zauzetih kanala. Pretpostavljamo da svaki korisnik zauzima jedan i samo jedan kanal. Prijelazi između stanja su pokrenuti od strane dolaznih poziva (novi pozivi i handoveri sa drugih ćelija) odlasci poziva (handover drugim ćelijama i završetak poziva u toj ćeliji).
Slika 7.2 Markovljev Dijagram Tranzicije sa N-K rezervisanih kanala za HO pozive
155
Novi HO pozivi se prihvataju u ćeliju samo ako ima vise od N-K slobodnih kanala, u suprotnom se prihvataju samo HO pozivi. Pravilnim izborom broja rezervisanih kanala N-K, može se naći kompromis između HO vjerovatnoće prekida i vjerovatnoće odbacivanja novih poziva. Ako nema dovoljno slobodnih kanala za prihvatanje novih poziva onda kažemo da se javlja tvrdo blokiranje. Ako nema kanala koji su rezervisani za HO i ukoliko postavimo da je
onda dobijamo slijedeću formulu za
računanje vjerovatnoće blokiranja
(7.1) Gdje je
ukupni ponuđeni promet (opterećenje) (HO i novi korisnici) a N je broj
kanala u sistemu (ćeliji). Formula (7.1) je poznata Erlang B formula, koja ima široku upotrebu u izračunavanju vjerovatnoće blokiranja u telekomunikacijskim mrežama. Mreže se obično dizajniraju tako da se ne prelazi određena fiksna vjerovatnoća blokiranja (npr 2%). Prema ovoj formuli, što je veći broj dostupnih kanala N to je veći omjer
/N tj za istu vjerovatnoću blokiranja se može postići veća iskoristivost kanala.
Naprimjer, ako je dostupno 10 kanala a vjerovatnoća blokiranja iznosi 2% onda se u prosjeku koristi samo 30% kanala; ako je dostupno 30 kanala onda se 60% kanala može koristiti u prosjeku za istu vjerovatnoću blokiranja od 2%. Ovaj „efekat velike skale“ se zove „truking efikasnost“ i igra važu ulogu u dizajnu telekomunikacijskih mreža. U slućaju servisnog miksa, usluge u realnom vremenu poput govora i usluge koje nisu u realnom vremenu poput paketskuh podataka moraju dijeliti iste kanale. Za takve mikseve se može koristiti Markovljev model tranzicije stanja sličan onom koji je prikazan na slici 7.2, ali u dvije dimenzije, jedna za RT i jedna za NRT koristnike. (slika 7.3).
156
Slika 7.3: Markovljev tranzicijski dijagram ćelije sa uslugama u realnom vremenu i uslugama koje nisu u realnom vremenu Na slici 7.3 broj RT i NRT korisnika karakteriše stanje ćelije. Ako nema slobodnih kanala dostupne RT usluge su blokirane ali NRT usluge se mogu pohraniti u redu čekanja u ćeliji. Često se pretpostavlja veoma veliki red čekanja ćelije koji može pohraniti gotovo sve NRT podatke. U slici 7.3 više od N (ukunog broja kanala) NRT korisnika može biti prihvaćeno u ćeliju (stavljanjem u red čekanja). U RT servisnom
157
modelu (slika 7.2) vjerovatnoća da su svi kanali zauzeti (slika 7.1) je uvijek ispod neke granice koja je unaprijed definisana (vjerovatnoća grubog blokiranja npr 95%) kako bi se omogućila zahtjevana kvaliteta servisa. Međutim u slućaju relativno visokog opterećenja NRT prometom, svi kanali se mogu koristiti cijelo vrijeme a moguće je neke podatke i pohraniti u red čekanja. Kada RT korisnik dođe on bi trebao dobiti slijedeći slobodni kanal ili se oslobađa neki kanal koji koristi NRT korisnik jer RT korisnici imaji veće zahtjeve za kašnjenjem od NRT korisnika. Prema slici 7.3 različite karakteristike performansi poput vjerovatnoće blokiranja RT korisnika, srednja vremena čekanja i vrijeme posluživanja za NRT korisnike itd mogu biti izvedene na slićan naćin kako je to urađeno u slućaju kada imamo samo jedan tip servisa. Naprimjer, ukoliko je brzina posluživanja ista za RT i NRT korisnike (
) može se koristiti slijedeća formula za računanje vjerovatnoće blokiranja
RT korisnika [2]:
(7.2)
Gdje je
ukupni ponuđeni promet (opterećenje) (RT i NRT korisnici), (ponuđeno opterećenje NRT korisnika) i
je Erlang B formula iz (7.1).
vjerovatnoća lekanja za NRT korisnike je ista kao i vjerovatnoća blokiranja RT korinika.
Stanje
stabilnosti
postoji
samo
ako
je
. Korištenjem jednačine teorije teleprometa u mobilnim mrežama se mogu pojaviti određeni problemi: ‐
Kako odrediti međudolazna vremena i vremena posluživanja u ćelijama: ćelije imaju nepravilnu geometriju, koja je definisana uslovima propagacije, HO parametrima i interferencijama drugih korinika (ćelija). Nadalje, prometno ponašanje bežičnog prenosa, naročito korisnika paketskih podataka nije unaprijed poznato.
158
‐
„Klasične“ formule teleprometa, poput Erlang B formule, nedaju nikakve informacije o kvaliteti kanala. U fiksnim mrežama možemo pretpostaviti da je glavni problem obezbijediti kanal i kada ga jednom nabavima kvaliteta signala je dovoljno dobra da se poziv uspješno završi. Međutim, u mobilnim mrežama, ukoliko su dobitci kanala premaliili ukoliko su interferencije na kanala prevelike, onda se korisnički podaci nemogu ispravno dekodirati i trebaju biti ponovo poslani (u slućaju paketskih podataka) ili korisnici mogu biti odbačeni (u slućaju govora). Relativno velike interferencije od drugih korisnika u sistemu na nekim kanalima mogu učiniti te kanale neiskoristivim (meko blokiranje).
U sistemima sa ograničenim interferencijama, blokiranje korisnika nastaje zbog manjka slobodnih kanala tj javlja se tvrdo (hard) blokiranje. Ukoliko su interferenicije na slobidnima kanalima prevelike onda nema smisla koristiti taj kanal (meko blokiranje), budući da korisnici ne mogu postići potrebni CIR čak i kada koriste maksimalnu snagu slanja. Zbog korištenja modernih tehnologija kodiranja i modulacije kao i RRM algoritama, kanali se mogu ponovo koristiti sa niskim faktorom tj sa manjim razmakom, što dalje povećava interferencije u sistemu. Moderni bežični sistemi su obično sa ograničenim interferencijama (poput UMTS-a) pa se meko blokiranje javlja češće nego tvrdo blokiranje. Zbog toga je uzimanje u obzir interferencija na kanalima važno pitanje kontrole pristupa i drugih RRM algoritmama.
159
