configuração de BTS

ISEL, Planeamento de Redes Móveis, Pedro Vieira

PRM

Dimensionamento de Cobertura Rádio

PLANEAMENTO DE REDES MÓVEIS

Capítulo 3 – Dimensionamento de Cobertura Rádio

Instituto Superior de Engenharia de LisboaDepartamento de Engenharia de Electrónica e Telecomunicações e de Computadores

Secção de Sistemas de Telecomunicações


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Características do Equipamento utilizado em redes GSM

•Nesta secção serão apresentadas característicasgenéricas do equipamento utilizado numa redeGSM.

•Todos os valores representados constituem valorestípicos e podem ser utilizados no dimensionamento daligação (uplink/downlink) em planeamento celular.

•Para um projecto mais rigoroso é indispensável a consulta de documentação específica dos fornecedores de equipamento de modo a que o projecto seja implementado com a maior fiabilidadepossível.


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A BTS (Base Transceiver Station)

•Existem actualmente no mercado váriosfornecedores de equipamento que oferecem um vasto leque de soluções possíveis para o tipo de implementação pretendido pelos operadores.

•Existem BTS’s para instalação outdoor e indoor, configurações mono-sector e multi-sector, soluçõesespecíficas para cobertura de estradas, etc.

•Não existe um produto único que possa satisfazertodos as combinações possíveis, em termos de tamanho, alcance rádio e capacidade.

•A aquisição deste equipamento constitui umaparcela fundamental no orçamento dos váriosoperadores, pelo que deve ser estudada com algumcuidado, principalmente no que diz respeito às suascaracterísticas técnicas. São estas, bem como a suacorrecta utilização as peças fundamentais no bomfuncionamento da rede.


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A BTS (Base Transceiver Station) - (cont.)

•A BTS é constituída, de uma forma geral, por umasérie de unidades substituíveis:

•Distribution Switch Unit (DXU)

•Transceiver Unit (TRU)

•Combining and Distribution Unit (CDU)

•Power Supply Unit (PSU)

•Battery Fuse Unit (BSU)

•Energy Control Unit (ECU)

•A DXU constitui a interface do sistema com a linha exterior de 2 Mbit/s. A DXU também retiraalguma informação de sincronização da PCM link e gera uma referência de tempo para a BTS.

•O TRU inclui toda a funcionalidade necessáriapara gerir 8 time slots em Time Division Multiple Access (TDMA), no que diz respeito aoprocessamento do sinal, emissão/recepção rádio e amplificação de potência.


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A BTS (Base Transceiver Station) - (cont.)

•Combining and Distribution Unit (CDU) - O objectivo do CDU é combinar sinais transmitidos (TX) de váriosTRU’s bem como encaminhar os sinais recebidos (RX) para todos os TRU’s. Os sinais são filtrados antes datransmissão e após a recepção através de filtros passa-banda. Logicamente que a razão da existência da combinação é agrupar no mesmo sistema de antenas a emissão/recepção de vários sinais.


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A BTS (Base Transceiver Station)- Cont.

•Exemplo de configuração Outdoor (Ericsson)


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A BTS (Base Transceiver Station)- Cont.

•Exemplo de configuração Indoor (Ericsson) •Exemplo de BTS micro (Ericsson)


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Exemplo de instalação de uma Micro-célula

Antena Omnidireccional


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Exemplo de instalação de uma Micro-célula


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Exemplo de instalação de uma Micro Célula


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MS (Mobile Station)

•Existem quatro classes de MS’s descritas na especificações do GSM 900.

•Os valores típicos de potências máximas de emissão e sensibilidades encontram-se natabela seguinte:

MS power class Output Power [dBm] Sensitivity [dBm]2 39 -1063 37 -106

4 (handheld) 33 -1045 (handheld) 29 -104

•Não se consideram perdas ou ganho na antena do MS.

•Ganho da antena do MS: 0 dBi


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Equipamento Adicional

•Quando da realização do power budget (downlink/uplink), a atenuação nos cabos de ligaçãoentre a BTS e o sistema de antenas deve ser considerada:

•Os cabos normalmente utilizados são de 7/8’’ e 1/2’’.

•Na tabela seguinte pode-se observar valores típicospara as atenuações dos cabos implementados em macro e micro-células.

•Adicionalmente à atenuação nos cabos, deve-se considerar as perdas nos conectores de ligação entre osvários constituintes do sistema (BTS, antena, ligaçãoentre cabos de espessura diferente, etc).

•Deve-se considerar uma atenuação de 0.1 dB porcada conector.

Cabos e Conectores

Feeder Type Attenuation [dB/100 m]LCF ½’’ 7.2

LCF 7/8’’ 4.0LCF 1-1/4’’ 3.0LCF 1-5/8’’ 2.5


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Equipamento Adicional (cont.)

•Os duplexers possibilitam a utilização da mesmaantena para emissão e recepção.

•Quando um duplexer externo é utilizado (nãointegrado na CDU unit) teremos que contar com uma atenuação adicional no uplink e no downlink.

Duplexers externosDevise Typical loss [dB]

External duplex filter 0.5

Antenas•Existe uma variedade enorme de antenas disponíveis.

•As antenas podem ter diferentes dimensões e formas, bem comodiagramas de radiação bastante diversificados. Podem possuir downtilteléctrico ou não, ter diversidade de polarização ou mesmo serem antenasdual-band.

•As antenas devem ser escolhidas cuidadosamente a partir das suascaracterísticas físicas e de radiação. Não existe uma única antena quesatisfaça condições gerais de cobertura, tráfego e controlo de interferência.


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Diversidade•Uma das formas de reduzir a influência do fading multipercurso é a utilização de diversidade, espacial ou de polarização.

•No que diz respeito ao uso de diversidade espacial (duas antenas receptoras no uplink), o método normalmente utilizadoé o maximal ratio que maximiza a relação sinal-ruído.

•A diversidade de polarização corresponde à utilização de uma única antena constituída por dois agregados com polarizações diferentes.

•Foi demonstrado que devido a características de propagação diferentes, a atenuação de propagação da componentehorizontalmente polarizada é maior que a componente vertical. Isto tem como consequência a necessidade de se adicionarum atenuação de 1.5 dB quando se utilizarem antenas de diversidade de polarização de +/- 45º.

•Por outro lado, o uso de antenas com diversidade de polarização oferece melhores resultados (pequena correlação entre as duas componentes) em ambientes críticos, tais como dentro do veículo ou edifícios. Neste casos o ganho de diversidade é aproximadamente 1.5 dB superior ao ganho de quando se utiliza diversidade espacial. Logo, isto é o suficiente paracompensar a atenuação adicional.

•Em conclusão, quando se utilizar diversidade espacial ou de polarização, devemos incluir no uplink um ganho de 3.5 dB e deveremos desprezar a atenuação mencionada no uso de diversidade de polarização.

Space and polarization diversity gain 3.5 dB


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LNA (Low Noise Amplifier)•LNA (Low Noise Amplifier) é a designação genérica de dispositivos amplificadores de sinais recebidos na estação-base, caracterizados por terem um baixo factor de ruído.

•É fundamental que a sua instalação seja feita o mais próximo possível da antena de recepção por forma a baixar o patamarde ruído do sistema. Isto porque num sistema de quadripolos em cadeia, como é o caso de uma BTS, o factor de ruído global do sistema é fortemente influenciado pelo factor de ruído do primeiro quadripolo.

•Os principais benefícios técnicos atribuídos pelos fornecedores à utilização dos LNAs são os seguintes:

•Extensão de cobertura existente para móveis de 8 W aos portáteis de 2 W

•Maior duração das baterias com a utilização do uplink power control

•Melhoria da sensibilidade do receptor, logo melhoria geral da qualidade das chamadas

•A instalação de LNAs deve ser feita preferencialmente em BTSs situadas em zonas rurais ou suburbanas (fora de áreasurbanas densas). A instalação deve ter prioridade em células em que o tráfego e/ou quantidade de chamadas caídas sejamelevados.

•A extensão de cobertura em zonas rurais/suburbanas pode corresponder a uma melhoria da cobertura indoor nas estações de áreas urbanas. No entanto, a utilização de LNA nestas condições poderá agravar o risco de saturação da BTS. Dado o elevadoganho introduzido pelo LNA, uma chamada realizada próximo das antenas de recepção poderá levar o receptor à saturação, provocando má qualidade e até mesmo chamadas caídas em time-slots adjacentes.


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LNA (Low Noise Amplifier)

Electrical Specifications:Nominal gain: 14 dB (min)Nominal gain variation: +/- 1.5 dB Noise figure: 3.0 dB (max)(valores típicos)


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Cabo+

ConectoresAntena BTS

(i) NF=4 - 4.5 dB

(ii) NF=7 - 10 dB

•Cálculo da nova sensibilidade do receptor

1. Situação sem LNA

(i) Factor de ruído típico para o receptor da BTS

(ii) Factor de ruído típico para o sistema após degradação introduzida pelos cabos (com diferentes comprimentos e diâmetros)

Pode-se considerar que em um sistema típico se tem NF ~8.5 dB de onde se pode calcular o patamar de ruído do sistemacomo sendo:

( ) .-WTfKNFN dBm 77113 10191.429310200101.38 110 1 15323-105.8

0 =×=×××××

−=∆−= −

C) (20ºK 293T

GSM) (canal KHz 200

0 =

=∆f

Tendo em conta que o GSM necessita de um C/N = 9 dB, a sensibilidade real da BTS é:

Sensibilidade do sistema =-113.8 + 9 =-104.8 dBm


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Cabo+

ConectoresLNA BTS

NF=4 - 4.5 dB

(ii) NFs1=7 - 10 dB

Antena

NF~2.5 dB

NF = 3.05 dB

2. Situação com LNA

dB 05.310

110101

1014

105.8

105.2

1 =

−

+=

−+=

LNA

sLNAsistema G

NFNFNF

( ) -WTfKNFN dBm 8.120 1025.829310200101.38 110 1 16323-1005.3

0 =×=×××××

−=∆−= −

C) (20ºK 293T

GSM)(canalKHz200

0 =

=∆f

Tendo em conta que o GSM necessita de um C/N = 9 dB, a sensibilidade real da BTS com LNA instalado é:

Sensibilidade do sistema =-120.8 + 9 =-111.8 dBm


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LNA (Low Noise Amplifier)Considere-se agora o sistema a operar com uma potência P1 aos terminais da antena:

SEM LNA COM LNA

Sensibilidade =-104.8 dBm Sensibilidade =-111.8 dBm

Cabo+

ConectoresAntena BTS

P1 PR’

Cabo+

ConectoresLNA BTSAntena

P1PR’

11 SPNC

−=

21'

'

SPNC

−=

712 −= SS

7711'

'

+=+−=NCSP

NC

Para a mesma potência de emissão do móvel, o sistema com LNA está a trabalhar com um C/N superior em 7 dB em relaçãoao sistema sem LNA.

No entanto, as potências PR e P R’ medidas pela BTS são diferentes nas duas situações:

Sem LNA: PR[dBm] = P1 - Perdas

Com LNA: PR’[dBm] = P1 + GLNA - Perdas = PR + GLNA

Nesta nova situação há que preparar a BTS através da modificação de parâmetros, uma vez que o sinal e o ruído sãoamplificados do ganho do LNA, mas a BTS não “sabe” que este foi introduzido no sistema.


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A seguir, apresenta-se um diagrama para ilustrar estefacto (amplificação do sinal e do ruído pelo ganho do LNA). Para o efeito desprezam-se as perdas no cabo e conectores (os valores de C/N são dados em relação à sensibilidade).

Supondo,

• Sensibilidade da BTS: -105 dBm

•Sinal recebido no conector da antena= PR = -100 dBm

•GLNA = 14 dB; Gsensibilidade = 7 dB

•Na situação em que se utiliza um LNA, o patamar de ruído à entrada da BTS passa a ser igual a:

•Sensibilidade = -105 -Gsensibilidade+ GLNA= -98 dBm

•Desta forma pode ser adicionada a parcela de ganhodo LNA no power budget.

-86

-98

-100

-105

-112

C/N = 5

C/N = 12

C/N = 12

Sem LNA à entrada do receptor da BTS

Com LNA à entrada do receptor da BTS

Com LNA à entrada do sistema

GLNA

GLNA


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Power Budget

•O balanceamento da ligação implica que a cobertura do downlink e do uplink sejam iguais.

•O power budget indica qual das duas ligações é a mais fraca.

•Quando o downlink é o mais forte, A EIRP usada no projecto deverá corresponder à potência de saída balanceada da BTS.

•Quando o uplink é o mais forte, a potência máxima de emissão da BTS deve ser utilizada.

•Dados experimentais revelam que quando o downlink é o mais forte é vantajoso ter uma EIRP 2-3 dB superior aobalanceado, uma vez que o ganho de diversidade ultrapassa em determinados casos os 3.5 dB.

•Downlink (DL) indica a direcção BTS -> MS enqunto que Uplink (UL) indica a direcção MS -> BTS.

balanceada BTS da ão transmissde Potência BTS da ão transmissde Potência

MS do ão transmissde máxima Potência BTS da adeSensibilid

BTS na recebida Potência MS do adeSensibilid

MS no recebida Potência

=======

bal

BTS

MS

sens

BTS

sens

MS

PoutPoutPoutBTSPinMSPin

senssenssens

div

MS

ant

path

LNA

dupl

jf

BTSMS

G

G

G

L

G

L

L

−=∆

=

=

=

=

=

=

=+

ediversidad de Ganho

MS do antena da Ganho

BTS da antena da Ganho

móvel o e BTS a entre propagação de Atenuação

Amplifier) Noise (LowLNA do Ganho

externoduplexer do Atenuação

BTS na dosimplementa conectores e cabos dos Atenuação


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PoutBTS

PinBTS

BTS

Ext.DuplexerExt.Duplexer Cabos & ConectoresCabos & Conectores

Ldupl.Lf+j

Gant, Gdiv

Lpath

PoutMS

PinMS

GMS

dupljfdivantpathMSMSBTS

MSpathantjfduplBTSMS

LLGGLGPoutPinUL

GLGLLPoutPinDL

−−++−+=

+−+−−=

+

+

:

:

pathDLpathUL LL =

BTSMSdivMSBTS PinPinGPoutPout −++=

sensBTSsensMS BTSPinMSPin −=−

senssenssens

sensBTSMS

BTSMS

PinPin

−=∆

∆+=

sensdivMSbal GPoutPout ∆++=

antjfduplbal GLLPoutEIRP +−−= +

Balanceamento sem LNA

Assumindo que,

Um sistema balanceado é obtido quando,

Logo,

A EIRP correspondente será,


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pathDLpathUL LL =

Balanceamento com LNA

Assumindo que,

Um sistema balanceadoé obtido quando:

Logo,

A EIRP correspondente será,

PoutBTS

PinBTS

BTS

Ext.DuplexerExt.Duplexer Cabos & ConectoresCabos & Conectores

Ldupl.Lf+j

Gant, Gdiv

LpathGMS

LNALNAGLNA, Gsens

dupljfdivLNAantpathMSMSBTS

MSpathantjfduplBTSMS

LLGGGLGPoutPinUL

GLGLLPoutPinDL

−−+++−+=

+−+−−=

+

+

:

:

BTSMSdivLNAMSBTS PinPinGGPoutPout −+++=

' sensBTSsensMS BTSPinMSPin −=−

LNAsenssenssens GGBTSBTS +−='

LNAsenssenssensBTSMS GGBTSMSPinPin −+−=−

senssensdivMSbal GGPoutPout +∆++=

antjfduplbal GLLPoutEIRP +−−= +


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Um exemplo...

MS class 4[ ]dBmPoutMS

33

[ ]dBGdiv3.5

[ ]dBsens∆ -104-(-107) = 3

[ ]dBmPoutbal39

MS class 4[ ]dBmPoutMS

33

[ ]dBGdiv3.5

[ ]dBsens∆ -104-(-107) = 3

[ ]dBGsens 7

[ ]dBmPoutbal 46.5

sensdivMSbal GPoutPout ∆++= senssensdivMSbal GGPoutPout +∆++=

•Ligação sem LNA

•Ligação com LNA

dBm 104

máxima) (Potência dBm 5.44

dBm 107

−=

=

−=

sens

BTS

sens

MS

Pout

BTS

dB 7

dB 14

dBm 104

máxima) (Potência dBm 5.44

dBm 107

=

=

−=

=

−=

sens

LNA

sens

BTS

sens

G

G

MS

Pout

BTS

•Neste caso o uplink é bastante mais fraco que o downlink, jáque para que o sistema esteja balanceado é necessário reduzira potência da BTS cerca de 5.5 dB.

•Neste caso o uplink é mais forte confirmando a extensão de cobertura para móveis de 2 W com o uso de LNA.


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Repetidores

•O objectivo do repetidor é efectuar reforço de cobertura em determinadas áreas que, por exemplo, se encontram bloqueadaspor obstáculos.

•As zonas de aplicação são estradas existentes em terreno montanhoso, túneis, soluções indoor e outros locais de baixo oumédio tráfego.

•O sinal é tipicamente amplificado de 10 a 85 dB, podendo-se ajustar.

• O uso sistemático de repetidores com o objectivo de poupar estações não se tem demonstrado muito positivo. É fundamental efectuar um planeamento celular tentando não deixar “gaps” entre as BTSs e só em último caso utilizar repetidores.

•Os repetidores podem ser selectivos:

•à banda - todos os sinais recebidos são amplificados

•ao canal - amplifica apenas os canais seleccionados

•O repetidor, de uma forma genérica é constituído por duas antenas e por um amplificador. A antena direccionada para a BTS é muito directiva, normalmente uma YAGI-UDA, enquanto que a antena destinada à generalidade dos MSs pode ser omnidireccional ou sectorial.

•As antenas devem ser colocadas preferencialmente costas com costas de forma a evitar fenómenos de realimentação.

•As distâncias típicas de cobertura dos repetidores exteriores oscilam entre os 0.5 e 3 Km.


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Repetidores (cont.)

•Power Budget

( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( ) jfdivBTSBTSEpathEEEEMSpathMSMSBTS

MSMSEpathEEEEBTSpathBTSjfTSBMS

LGGLGGGLGPoutPinUL

GLGGGLGLPoutPinDL

MSBTS

MSBTS

+⇒⇒

⇒⇒+

−++−+++−+=

+−+++−+−=

:

:

MS o para dadirecciona antena da Ganho

BTS a para dadirecciona antena da Ganho

repetidor do ãoamplificaç de Ganho

=

=

=

MS

BTS

E

E

E

G

G

G


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Repetidores (cont.)

•Exercício

•Uma povoação existente num vale encontra-se bloqueada por um monte. Existe uma BTS a algunsKms de distância mas o nível de sinal nas ruas dapovoação é inferior a -100 dBm. Um mastro utilizadopara outras aplicações encontra-se disponível para a instalação de um repetidor.

•A antena direccionada para a BTS foi colocada no topo do mastro enquanto que a antena direccionadapara a povoação foi colocada a meia distância a umaaltura de 60 m acima das ruas da povoação. O isolamento da antena foi medido e é superior a 100 dB.

•A atenuação de propagação entre a BTS e o repetidorfoi medida e é 116 dB. O desvio padrão do fading log-normal é 9 dB, e o decaimento do sinal é 39 dB/década. O ambiente existente à volta do repetidor é considerado suburbano.

•A distância de cobertura do repetidor é 500 m a 95% de cobertura outdoor para MS de classe 4.

dBm 107BTS

m 2

dB 2 LossBody

dB 3

dB 1

dB 3

dBi 10

dBi 22

dBi 11

sens −=

=

=

=

=

=

=

=

=

+

MS

div

ACE

jf

E

E

BTS

h

G

L

L

G

G

G

MS

BTS

•Determinar:

•O Ganho de amplificação do repetidor.

•A potência de transmissão da BTS.


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Cobertura da Célula

•Na secção anterior foram apresentados valores para a sensibilidade do MS e da BTS. No entanto, quando se efectua o projecto da ligação não basta considerar os níveis de sensibilidade dos terminais. Várias margens têm que ser adicionadas de forma a obter a cobertura desejada.

•Nesta secção estas margens são discutidas e são apresentados os critérios de planeamento a serem utilizados em diferentestipos de ambiente.

Definições

•Required Signal StrengthNo que diz respeito à sensibilidade do móvel, várias margens têm que ser adicionadas para compensar o RayleighFading, Interferência e Body Loss.

BLIFRFMSSS mmsensreq +++= argarg

LossBody

margin ceInterferen

margin Fadingayleigh ysensitivit

arg

arg

=

=

==

BL

IF

RRFMSMS

m

m

sens


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Definições (cont.)

•Design Level•Margens extra devem ser adicionadas a SSreq para ter em conta o fading log-normal bem como diferentes tipos de atenuações de penetração. Estas margens dependem do ambiente a da cobertura desejada.

•O nível de sinal obtido deve ser utilizado no planeamento do sistema e será designado por SSdesign.

indoor MS BPL

car-in MS CPL

outdoor MS

mean)arg(

)arg(

)arg(

++=

++=

+=

+iomreqdesign

omreqdesign

omreqdesign

LNFSSSS

LNFSSSS

LNFSSSS

lossn penetratio buildingMean

lossn penetratioCar

margin fading normal-logIndoor Outdoor

margin fading normal-logOutdoor

)arg(

)arg(

=

=

+=

=

+

mean

iom

om

BPL

CPL

LNF

LNF


PRM


Margens

•Rayleigh Fading

•O Rayleigh Fading é devido à interferência multi-percurso e tem uma distância de pico a pico de aproximadamente λ/2.

•O Rayleigh Fading já se encontra contemplado no cálculo da sensibilidade do MS. No entanto, as especificações do GSM permitem pior qualidade para móveis lentos do que para móveis rápidos, isto é, os móveis lentos são maisafectados pelo fading do que os móveis rápidos.

•De forma a obter uma boa qualidade de discurso até para móveis lentos, uma margem extra - RFmarg é recomendada no planeamento. Da experiência retira-se que uma margem de 3 dB parece adequado. No entanto, se o sistema utilizarfrequency hopping, os decaimentos de sinal devido ao Rayleigh fading são atenuados e esta margem não é maisnecessária.

Slow MSs, no FH FHRayleigh fading margin (RFmarg) 3 dB 0 dB


PRM


Margens

•Log-normal Fading

•O nível de sinal extraído a partir dos modelos de propagação estudados deve ser considerado como um valor médio do nivel de sinal numa determinada área dada pela resolução e fiabilidade do modelo.

•Assumindo que o fading rápido é removido, o valor do nível de sinal flutua obedecendo a uma distribuição normal. Daía razão de exitir uma margem associada ao fading log-normal.

•De forma a efectuar um planeamento para que o nível de sinal seja superior a um determinado limiar em mais de 50% dos casos, é adicionada esta margem - LNFmarg.

Método de Jakes

•Uma forma de determinar de uma forma aproximada a margem de fading é seguir o método proposto por Jakes (1974).

•Os inputs iniciais são:

- O decaimento do sinal (atenuação vs. distância). Ex. 40 dB/década. Isto significa que o nível de sinal irá decairsegundo 1/ r n onde n = 4.

- O desvio padrão associado ao fading log-normal. Ex. σ = 7 dB.

- A probabilidade de cobertura pretendida. Ex. Probabilidade de cobertura na área de 90%.


PRM


Margens


Método de Jakes•O objectivo final consiste na determinação da margemde fading para uma dada probabilidade de cobertura de área.

•1. Determinar o valor de abcissa σ/ n

•2. Assumir a probabilidade de cobertura de área comovalor de ordenada.

•3. A intersecção dos dois valores irá determinar um valor para a probabilidade de cobertura na fronteira dacélula.

•4. A margem de fading pretendida é obtida narepresentação da função distribuição de probabilidade

σ×= xLNFmarg


PRM


Margens


Simulação da margem de fading log-normal num ambiente multi-célula

•A desvantagem principal do método de Jakes reside no facto que não têm em conta com o ambiente multi-célula.

•A presença de várias células servidoras irá reduzir a margem de fading log-normal. Isto está relacionado com o facto do padrão de fading de várias células que servem em áreas adjacentes estarem profundamente interligados. Se o nível de sinal de uma células decai abaixo do nível de sensibilidade, a célula vizinha irá preencher essa lacuna e salvar a ligação.

• Com o objectivo de determinar a margem de fading adequada num ambiente multi-célula várias simulações foramefectuadas.

•As condições iniciais para a simulação são:

•Células sectoriais com um decaimento de sinal proporcional a 35 log (d).

•Factor de correlação do fading log-normal entre células vizinhas = 0.5

• O tempo associado à realização do handover é considerado nulo.

•Cinco ambientes diferentes foram estudados (σLNF = 6, 8, 10, 12, 14). Para cada um desses casos quatro curvas diferentessão apresentadas correspondendo às histereses de handover 0, 3, 5, 100 dB entre células. 100 dB corresponde a uma célulaisolada (caso do método de Jakes) e 3 dB corresponde à margem mais frequentemente usada numa rede macro.


PRM




sigma= 6 dB

sigma= 8 dB

sigma= 10 dB

sigma= 12 dB

sigma= 14 dB


PRM




•Na tabela seguinte encontram-se valores da margem de fading para várias percentagens de cobertura e ambientes de propagação. É assumido um ambiente multi-célula com uma histerese de handover de 3 dB.

Coverage [%][ ]dB LNFσ 75 85 90 95 99

6 -3 -1 1 3 78 -3 0 2 5 1010 -3 0 3 6 1212 -3 1 4 8 1514 -3 1 4 9 17


PRM


Margens

•Margem de Interferência•A sensibilidade do receptor depende da relação sinal-ruído. No entanto, quando são reutilizadas frequências a potência daportadora recebida deve ser suficientemente grande para combater tanto o ruído como a interferência, isto é, o C/ (N+I) deveexceder o limiar do receptor. De forma a atingir uma boa previsão de cobertura num sistema real é necessário adicionar umamargem de interferência (IFmarg).

•A margem de interferência depende do padrão de reutilização, do tráfego existente e da percentagem de cobertura desejada. Frequency Hopping, Downlink power Control e DTX reduzem o nível de interferência.

Interference margin (IFmarg) = 2 dB

•Body Loss•O corpo humano afecta de várias formas o funcionamento do MS:

•1. A cabeça absorve energia.

•2. A eficiência da antena de alguns MSs pode ser reduzida.

•O body loss recomendado pela ETSI, ref. 5, é 3 dB. No entanto este assunto ainda não se encontra completamente investigado.

•Para 900 MHz, parece ser necessário a existência de uma margem mais elevada.

Body Loss (BL) = 5 dB


PRM


Margens

•Body Loss•Diagramas de radiação de uma antena tipodipolo (as que são usadas frequentemente nosMSs) sem e com a presença de uma cabeça.


PRM


Margens

•Car penetration loss•Quando o MS se situa no interior do veículo nãoutilizando antena exterior (situação bastante frequente) uma margem extra deve ser adicionada de forma a terem conta com a perdas de penetração do sinal no interior do veículo.

Car penetration loss (CPL) = 6 dB

•A própria montagem da antena no exterior do carropode ter influência. A melhor posição é no tejadilhoonde possui a melhor cobertura omnidireccionalpossível constituindo o ponto mais alto e menosobstruído em todas as direcções.

•Os valores apresentados na figura ao lado representamas perdas associadas a cada uma das posições de montagem da antena tendo como referência a situaçãoideal referida anteriormente.


PRM


Níveis de Design

•Cobertura outdoor e no interior do veículo

•Os níveis de design para cobertura outdoor e in-car são calculados a partir de:

•Nesta secção os níveis de design, SSdesign são calculados para cobertura outdoor, in-car e indoor.

dBm 97520104argarg −=+++−=+++= BLIFRFMSSS mmsensreq

•O fading é representado pelo seu desvio-padrão σLNF(o) e

depende do tipo de ambiente de propagação.

•Valores típicos para σLNF(o) são representados na tabelaseguinte.

car-in MS CPL

outdoor MS

)arg(

)arg(

++=

+=

omreqdesign

omreqdesign

LNFSSSS

LNFSSSS

Ambiente σLNF(o) [dB]Urbano denso 10Urbano 8Suburbano 6Rural 6


PRM


Níveis de Design

•Cobertura outdoor e no interior do veículo

•Na tabela ao lado encontram-se os níveisde design (SSdesign) para diferentes tiposde ambientes de propagação e percentagem de cobertura.

•Os valores apresentados correspondem à simulação efectuada para ambiente multi-célula e para uma histerese de handover de 3 dB.

Ambiente Cobertura[%]

SSreq[dBm]

LNFmarg(o)[dB]

SSdesign

Outdoor [dBm]

SSdesign

in-car [dBm]75 -97 -3 -100 -9485 -97 0 -97 -9190 -97 3 -94 -8895 -97 6 -91 -85

UrbanoDensoσLNF(o) =10 dB

99 -97 12 -85 -7975 -97 -3 -100 -9485 -97 0 -97 -9190 -97 2 -95 -8995 -97 5 -92 -86

UrbanoσLNF(o) =8 dB

99 -97 10 -87 -8175 -97 -3 -100 -9485 -97 -1 -98 -9290 -97 1 -96 -9095 -97 3 -94 -88

Suburbano +RuralσLNF(o) =6 dB

99 -97 7 -90 -84


PRM


Níveis de Design

•Cobertura indoor•Definições:

Cobertura indoor - Percentagem dos pisos térreos de todos os edifícios na área onde o nível de sinal é superior a SSreq.

Perdas de penetração nos edifícios - Diferença entre o nível de sinal imediatamente fora dos edifícios e o nível de sinalmédio no piso térreo do edifício. As perdas de penetração para diferentes edifícios têm uma distribuição log-normal e um desvio-padrão, σBPL.

•O objectivo desta secção é o cálculo da margem requerida para atingir uma certa cobertura indoor numa árearelativamente grande, suficientemente grande quando comparada como o raio médio das macro-células.

•É assumido que são as macro-células que geram a maior parte da cobertura dentro dos edifícios.

•É evidente que as micro-células existentes irão melhorar de uma forma substancial a cobertura indoor mas este efeito, devido à sua complexidade, não se encontra contemplado neste documento.

indoor MS BPLmean)arg( ++= +iomreqdesign LNFSSSSlossn penetratio buildingMean

margin fading normal-logIndoor Outdoor )arg(

=

+=+

mean

iom

BPL

LNF


PRM


Níveis de Design

•Cobertura indoor

•É necessário referir que as característicasdos ambientes urbanos, suburbanos, etc, podem variar muito ao longo do mundo. A própria definição pode ser algo subjectiva.

•Os valores apresentados nas tabelas sãovalores típicos e devem ser tratados com cuidado. Devem ser considerados comouma aproximação razoável e utilizadosquando não existem dados específicos do ambiente de propagação.

•As áreas rurais não são consideradas umavez que normalmente não são desenhadaspara cobertura indoor.

( ) ( ) ( )22

iLNFoLNFioLNF σσσ +=+

BPLmean [dB] σLNF(o) [dB] σLNF(i) [dB] σLNF(o+i) [dB]Urbano denso 18 10 9 14Urbano 18 8 9 12Suburbano 12 6 8 10

Ambiente Cobertura[%]

SSreq[dBm]

LNFmarg(o+i)[dB]

BPLmean

[dB]

SSdesign

indoor [dBm]75 -97 -3 18 -8285 -97 1 18 -7890 -97 4 18 -7595 -97 9 18 -70

Urbano DensoσLNF(o+i) =14 dB

99 -97 17 18 -6275 -97 -3 18 -8285 -97 1 18 -7890 -97 4 18 -7595 -97 8 18 -71

UrbanoσLNF(o+i) =12 dB

99 -97 15 18 -6475 -97 -3 12 -8885 -97 1 12 -8490 -97 3 12 -8295 -97 7 12 -78

SuburbanoσLNF(o+i) =10 dB

99 -97 12 12 -73


PRM


Raio da Célula

designpath SSEIRPL −=max

EIRP 56.7 dBm, antena sectorial, G = 17 dBi52.2 dBm, antena omni, G = 11 dBi

Nível de Design (SSdesign) Ver secção “Cobertura da célula”Altura do MS 1.5 mAltura da BTS 30 m

Outdoor In-car IndoorMSclass

Area Lpathmax R[Km] Lpathmax R[Km] Lpathmax R[Km]

Urbano 148.7 4.3 142.7 2.9 127.7 1.1Suburbano 150.7 9.4 144.7 6.3 134.7 3.3Class 4

33dBm

Áreaaberta

150.7 31.6 144.7 21.3 134.7 11.1

Outdoor In-car IndoorMS

classArea Lpathmax R[Km] Lpathmax R[Km] Lpathmax R[Km]

Urbano 144.2 3.2 138.2 2.2 123.2 0.8Suburbano 146.2 7 140.2 4.7 130.2 2.5Class 4

33dBm

Áreaaberta

146.2 23.5 140.2 15.9 130.2 8.3

Raio de células para cobertura a 95% usando antena omni-direccional

Raio de células para cobertura a 95%usando antena sectorial

Raio da célula determinado a partir do modelo de propagaçãode Okumura-Hata, tendo em conta Lpathmax e as outras variáveisdo modelo.

Raio da célula determinado a partir do modelo de propagaçãode Okumura-Hata, tendo em conta Lpathmax e as outras variáveisdo modelo.

Documents

configuração de BTS