GSM-HÜCRE PLANLAMA YÖNTEMI

Transkript

1 GSM-HÜCRE PLANLAMA YÖNTEMI OGR. GOR. AHMET KIRDAR DOC. DR. ASKIN DEMIRKOL Sakarya Üniversitesi Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü Esentepe, Sakarya Özet: Bu bildiri üç bölümden oluşur ilk bölüm GSMın genel özelliklerini ve mimari yapısnıi sunar, İşletim ve Destek Sistem OSS, Anahtarlama sistem SS, Baz İstasyon sistem BSS; özellikle BSS sistemde bulunan TRX sayisi ve Taşıyıcı frekansların kullanması; ikinci bölüm Hücre planlama yöntemi ve alti adet adimlarini sirasi ile sunar, Trafik ve Kapsama Alanı Analizi, Nominal Hücresel Planlama, Incelemeler, Sistem Dizaynı, Uygulama, Sistem Ayarı, ucuncu bolum, Trafik ve nufus matmetik hesaplama yontemini sunar. Planlama yönteminden sonra pratik hesaplama yapilir, 20,000 nüfuslu bir şehrin kaç Baz istasyonu ve kac adet taşıyıcı frekansı kullanması gerekir. Erlang B-Table kullanarek, Trafik 25Em (0.025)E her abone icin. Abstract; This report divided to three parts. First part designed to provide an overview of the GSM system. GSM network is divided into three major systems: Switching System (SS), Operation and Support System (OSS). Base Station System (BSS), It will address BSS components, functions and features. It will also cover some of the basics about TRX (Transceiver unit), Carrier fraquencies. Second part designed to provide an introduction to cell planning Process. Explains briefly the major steps in cell planning process and what elements they contain. Traffic and Coverage Analysis, Nominal Cell Plan, Surveys, System Design, Implementation, System Tuning. Third part;calculations, Traffic and Coverage, Cellplanning for the subscribers. Calculating number of number of Sector and TRXin each BTS (Base Stations), Carriers frequency needed in this area, using Erlang B- table with Traffic: 25 me (0.025) E per subscriber, with Gos (%2). 1- GSM İN GENEL ÖZELLİKLERİ GSM Ağ Donanımı Her hücre sistemi kendine özel bir donanıma sahiptir ve donanımın her parçası bulunduğu hücreye özgü özelliklere sahiptir Ağdaki temel sistemler: İşletim ve Destek Sistem (Operation and Support System OSS). Anahtarlama sistem (Switching System SS). Baz Istasyon sistem (Base Station System BSS). Sistem Şekil 1de gösterilmiştir.

2 Şekil 1. GSM Sistem modeli 1.1 İşletim ve Destek Sistemi (OSS) GSM sistemi yönetimi için OSS aşağıdaki materyallerle birlikte kullanılır. Hücresel ağ yönetimi (Celluler network administration). Ağ işletim desteği (Network operation support). 1.2 Anahtarlama Sistemi (Switching System SS) Mobil Servis Anahtarma Merkezi (MSC) Ziyaretçi Konum Kaydı (VLR) MSC Çıkışı (MSC) Emniyet Merkezi (AUC) Ekipman Kimlik Kaydı (EIR) Interworking Bölgesel Kaydedici(ILR) Kısa Mesaj Servisi-MSC Çıkışı(SMS-GMSC) MSC (SMS-IWMSC) ve Data Transmisyon Arayüzü (DTI)

3 Şekil 2. Anahtarlama sistemi SS 1.3 Baz İstasyon Sistemi (BSS) Baz istasyon sistemi iki ana kısımdan oluşur. Baz istasyon Kontrolü (Base Station Controller BSC). Baz Alıcı-Verici İstasyonu (Base Transceiver Station BTS).

4 Şekil 3. Baz istasyon sistemi BSS Baz istasyon Kontrolü (Base Station Controller BSC). Baz istasyon kontrolörü BSS nin merkez noktasıdır. BSC radyo ağlarını yönetir ve aşağıdaki özellikleri takip eder: Mobil istasyon bağlantısını alma ve bırakma Radyo ağ idaresi Konuşma kodlaması ve oran adaptasyonu Trafik yoğunluğu BTS nin iletim yönetimi BTS nin uzaktan kumanda edilmesi BSC, radyo haberleşme ağında daha fazla İhtiyaç duyulan haberleşme gereksinimi gidermek amacıyla tasarlanmıştır. BSC, MSC' de bulunan radyo bağlantılı fonksiyonların bir çoğunun ayrı bir yerdeki noktada toplanması ile oluşturulmuştur. Böylece MSC' nin telefon ile bağlantılı fonksiyonlarının ve servislerinin üzerine konsantre olması,bağımsız olarak geliştirilebilmesi sağlanmıştır. Baz Alıcı-Verici İstasyonu (Base Transceiver Station BTS). BTS bir hücrede istenen bütün radyo ve iletim ara yüz ekipmanlarını içerir. Her BTS bir veya daha fazla frekans çiftini kullanır. Bir frekans sinyalleri mobil istasyona iletir, biri mobil istasyonda sinyalleri alır. Bu nedenle en azından bir verici ve alıcı kullanılmalıdır.

5 Farklı GSM Ağları GSM 900/800 ve GSM 1900 için farklı frekans bantları kullanılır. Bazı ülkelerde bir tek operatör bütün frekanslar için yetkiliyken bazı ülkelerde ise operatörler ihale usulü frekansları paylaşır Network tipi Frekans Bandı UL/DL Uygulama GSM / MHz GSM 900 GSM / MHz GSM 1800 GSM / MHz GSM 1900 Şekil 4. GSM Ağı İçin Frekans Bandı GSM 900 ve GSM 1800 GSM ve DCS birbirinden çok küçük farklarla ayrılan iki hücresel mobil telefon sistemidir. Bu sistemler arasındaki en belirgin farklılaşma kullanım bantlarında ortaya çıkmaktadır. DCS, MHZ bandında çalışmaktadır ve sistem kanal sayısı 375'tir. 900MHz bandında 124 kanaldan oluşan bir bant ayrılmıştır. Alıcı-verici ünitesi (TRU=TRX) 8 zaman slotlu bilginin hava arayüzlerinde işlenmesi için gerekli verici ve alıcı devresinden oluşur. TRU verici ve alıcının test edilmesinde kullanılan RF ölçüm devrelerini içermektedir. Hava arayüzü (Air Interface) Hava arayüzü, BTS ve MS arasındaki trafik ve sinyalleme bilgisini almak ve tekrar iletmek için Zaman Bölmeli Çoğullama (TDMA) tekniğini kullanır. TDMA tekniği her bir taşıyıcıyı 8 zaman slotuna ayırmak içinkullanılır. Bu zaman slotları kullanıcılara tahsis edildikten sonra, aynı taşıyıcıyla aynı anda 8 konuşmanın gerçekleşmesine izin verir.

6 Şekil 5. 8 Kanali TRX, TDMA Kavrami Şekil 6. 2Mbps PCM kablosunun 32 kanali (E1) için A-bis arayüzü

7 2- GSM HÜCRESEL PLANLAMA YÖNTEMI Hücresel Planlama İşlem Sırası Hücresel planlama hangi bölgeler için hangi haberleşme ekipmanlarının kullanılacağını, ekipmanların nasıl konfigüre edileceğini anlatan aktiviteler olarak tanımlanmıştır. İnterferanstan kaçınamak ve kapsanan alandan emin olmak için hücresel ağlar belirli bir plan dâhilinde gerçekleştirilir. Asagi Şekilde işlemler sırasıyla gösterilmiştir. Şekil 7. Hücre planlama süreci 2.1 Trafik ve Kapsama Alanı Analizi (Traffic and Coverage Analysis) Hücre planlama yönteminin 1. basamağı kapsama alanı analizi ve bölgedeki trafik yoğunluğunun incelenmesidir. Bu analiz sonucunda bölgenin coğrafi yapısı ve ihtiyaç olunan kapasite hakkında bilgi elde edilir. Elde edilen bilgi türleri:

8 Maliyet Kapasite Kapsama alanı Servis derecesi(gos-grade of Service) Uygun frekanslar Konuşma kalite içeriği Sistem gelişim kapasitesi şeklindedir. Trafik talebi(sisteme ne kadar konuşmacının katılacağı ve ne kadar trafik oluşacağı) hücresel ağ mühendisliğinin temelini oluşturur. Trafik talebinin coğrafi dağılımı demografik bilginin kullanımıyla tahmin edilebilir. Örneğin: Nüfus dağılımı Araba kullanım dağılımı Giriş seviye dağılımı Alan kullanım bilgisi Telefon kullanıcı istatistikleri Abone isteği, arama talebi ve mobil istasyon ücreti gibi diğer faktörler 2.2 Nominal Hücresel Planlama (Nominal Cell Plan) Trafik ve kapsama alanı analizinden elde edilen bilgiler düzenlendiğinde nominal bir hücre planı oluşur. Nominal hücre planı; bir harita üzerindeki hücresel modele benzeyen ağın grafiksel temsilidir. Nominal hücre planlama ilk hücresel planlama yöntemidir ve hücresel planlama formlarının temelini oluşturur. Nominal hücresel planlama genellikle bir veya iki kapsama alanı tahminiyle birlikte planlamada kullanılır. 2.3 İncelemeler (Surveys) Nominal hücresel planlama yapıldıktan sonra interferans ve kapsama alanı tahminlerini doğrulamak için radyo ölçümleri kullanılır. Radyo ekipmanlarının yerleştirileceği yerler tespit edilir. Bir hücresel ağ planlanacağı zaman seçilen yerin uygun yer olup olmadığına dikkat edilmesi gerekir. 2.4 Sistem Dizaynı (System Design) Planlama işlemleriyle optimize ettiğimiz güvenilir tahminleri kullanarak RBS ekipmanları, BSC ve MSC nin yerleştirileceği yerler belirlenir. Plan bu son haliyle uygulamaya geçilir. Bu plan daha sonra sistem yüklemesi sırasında kullanılır. Ayrıca bütün hücre parametrelerini içeren hücre tasarım bilgisi(cdd-cell Design Data) her hücre için tanımlanır.

9 2.5 Uygulama (Implementation) En son sistem tasarımını ve hücresel planlamayı takip ederek sistem yüklemesi, hizmete sokulumu ve test edimi gerçekleştirilir. 2.6 Sistem Ayarı (System Tuning) Sistem yüklendikten sonra taleplerin ne kadar verimli karşılanabileceği konusunda bir sonuca varılır. Buna sistem ayarı denir ve içeriği şöyledir: En son yapılan hücre planının doğru uygulanıp uygulanmadığı test edilir. Müşteri şikâyetleri göz önünde bulundurulur. Kabul edilebilir bir ağ performansının olup olmadığı test edilir. İhtiyaç olması halinde parametreler değiştirilir ve başka ölçümler kullanılır. Trafik ve kullanıcı sayısının artması durumunda eski ayarlar gözden geçirilir. Sonuçta sistem yeni dâhil olan kullanıcıları ve artan trafiği kaldırılabilecek noktaya getirilir. Bu noktaya gelindiğinde bir trafik ve kapsama alanı analizi yerine getirilir ve hücresel planlama halkası tekrar başlatılır. Trafik ve Kanal Hacmi (Traffic and channel Dimensioning) Hücresel sistem kapasitesi farklı faktörlere bağlıdır. Bunlar arasında; Veri ve/veya ses için kanal sayısı Kullanıcıların sistemde karşılaştığı servisin derecesi (Grade of service Gos) Trafik teorisi faydalı tahminler içerir. Örneğin; bir hücre için istenen kanal sayısı. Bu tahminler; seçilen sisteme ve kullanıcıların varsayılan veya gerçek davranışlarına bağlıdır. Trafik nedir? Trafik kanalların kullanımına bağlıdır, bir kanalin kullanma suresi bir dilim zamaninda süresi,veya (bir saatteki arama sayisi). Trafik Erlang la (E) ölçülür. Örneğin; eğer bir kullanıcı telefondaysa surekli bir saat bir Erlang (E) oluşturur bir saatte. Bir hücrenin taşıyabileceği trafik miktarı kullanılabilir olan trafik kanalına ve kabul edilebilir tıkanıklık miktarına bağlıdır. Bu GoS(Grade of Service-Servis Derecesi) kullanıcı davranışına bağlı olan değişim bu soruya verilecek olan cevabı yanıtlar. Bir Danimarka trafik teorisyeni tarafından Erlangın bulunduğu B-tablosu baz alınarak projeler oluşturulur. Bu kabuller: Erlang B-tablosu trafiğin istediği trafik kanallarının sayısıyla (GoS) bağlantılıdır. Bu ilişki asagi Şekil de tablolanmıştır. Bir hücrenin iki TRX sahip olduğunu farz edersek, ve her TRX 8 kanal var, ilk TRXin iki kanali kontrol kanalidir (BCCH ve SDCCH). B Tablo kullanarak.

10 Eğer kullanıcı başına ortalama trafik açısından bir tahmin yapılırsa ortalama trafiğin me olduğunu göstermiştiryani sabit deger (0.025)E. 2 TRX, 2 8-2=14 trafik kanalı ve %2 lik bir GoS u kabul edebilirse istenilen trafik A= E olur. A=8.2 / 0.025=328, 2 adet TRX 328 kisiye hizmet verir. 3 TRX, 3x8-2=22 trafik kanalı ve %2 lik bir GoS u kabul edebilirse istenilen trafik A= E olur. A= / 0.025=596, 3 adet TRX 596 kisiye hizmet verir. Şekil 8. Erlang B-tablo parçası (yokari yetay Gos, sag dikey trefik kanal)

11 3-20,000 NÜFUSLU BİR ŞEHRİN HÜCRE PLANLAMASI Hesaplama; 20,000 Nufuslu bu sehirde kac baz istasyonu BTS, TRX, Tasyici Frekansi kullanmasi gerekir. Bu şehrin nüfus yoğunluğu üç bölgeye ayrıldığı varsayılmıştır, Bölgeler A, B ve C şeklindedir. A bölgesi 2,000 abonesi olan bir bölgedir. B bölgesi 8,000 abonesi olan bir bölgedir. C bölgesi 10,000 abonesi olan bir bölgedir. Bölge A, B ve C hücre planlama hesabı: 2 Kanal (BCCH, SDCCH) her hucre de Kontrol Kanalidir, kalantrafik (kunusma) kanalidir, B-Tablo ye gore Gos=2%. Her TRX de 8 Kanal (Time slots) var. 2 TRX=(2x8)-2=14 Trafik (kunusma) Kanali. B-tablosuna göre (GRADE OF SERVIC Gos=2%) 14 kanalın bir hucre de ERLANG, Acell=8.2003E Bir abone ERLANG sabit deger, Asub=0.025E Acell=8.2003E Asub=0.025E=328 kişidir. 2 TRX bir saatte bir hucre de (328) aboneye hizmet verir, 3 hucre de ise (328x3)=984 kişidir. A Bölgede nüfusu 2000 olduğundan ihtiyaç duyulan baz istasyonu (BTS) sayısı 2000 (328x3) 2 BTS Baz Istasyonu olur. B bölgesinin hücre planlama hesabı: B bölgesinin hücre planlama hesabı: 2 Kanal her hucre de Kontrol Kanalidir, kalantrafik (kunusma) kanalidir Her TRX de 8 Kanal (Time slots) var. 3 TRX=(3x8)-2=22 Trafik (kunusma) Kanali. B-tablosuna göre, (GRADE OF SERVIC Gos=%2) 22 kanalın bir hucre de ERLANG, Acell=14.896E Bir abone ERLANG sabit deger, Asub=0.025E Acell=14.896E Asub=0.025E=595 kişidir. 3 TRX bir saatte bir hucre de 595 aboneye hizmet verir, 3 hucre de ise (595x3)=1785 kişidir. B Bölgede nüfusu 8000 olduğundan ihtiyaç duyulan baz istasyonu (BTS) sayısı 8000 (595x3) 5 BTS Baz Istasyonu olur. C bölgesinin hücre planlama hesabı: 2 Kanal her hucre de Kontrol Kanalidir, kalantrafik (kunusma) kanalidir Her TRX de 8 Kanal (Time slots) var. 4 TRX=(4x8)-2=30 Trafik (kunusma) Kanali. B-tablosuna göre (GRADE OF SERVIC Gos=%2) 30 kanalın bir hucre de ERLANG, Acell=21.932E Bir abone ERLANG sabit deger, Asub=0.025E

12 Acell=21.932E Asub=0.025E=877 kişidir. 4 TRX bir saatte bir hucre de 877 aboneye hizmet verir, 3 hucre de ise (877x3)=2631 kişidir. C Bölgede nüfusu 10,000 olduğundan ihtiyaç duyulan baz istasyonu (BTS) sayısı (877x3) 4 BTS Baz Istasyonu olur. BOLGE TASYICI FREKANS TRX SAYISI TRAFIK KANAL ERLANG E ABONE SAYISI A(cell2/2/2) = B(cell3/3/3) = C(cell4/4/4) = Şekil 9. TRX DEGITIMI Abone A Bolge : BTS Sayisi (cell 2/2/2) = 2.000/(328x3) 2 BTS A Bolge Abone B Bolge: BTS Sayisi (cell 3/3/3) = 8.000/(595x3) 5 BTS B Bolge Abone C Bolge: BTS Sayisi (cell 4/4/4) = /(877x3) 4 BTS C Bolge TOPLAM; TRX, BTS, TASYICI FREKANS. A,B VE C Bolgeler BTS=A+B+C=2+5+4=11 BTS TRX=A+B+C=(cell 2/2/2)+ (cell 3/3/3)+ (cell 4/4/4)=27 TRX Tasyici Frekans Sayisi=27 T Frekans HUCRE GRUPLARI TASYICI FREKANS A1 B1 C1 A2 B2 C2 A3 B3 C Şekil 10. 3/9 cluster Hücre Planındaki 27 Frekans

13 Şekil BTS 4/12 cluster Şekil BTS 3/9 cluster

14 Şekil 13. GSM 900 için 124 Tasyici Frekanslari (ARFCN) CH MSTx BTSTx CH MSTX BTSTx CH MSTX BTSTx Up Link Down Up Link Down Link Up Link Down Link S S ,

15 KAYNAKLAR [1]. GSM Cell Planning Principles, Ericson Radio Systems AB, STOCKHOLM, Sewden [2]. GSM RBS 2000 Basics, Ericson Radio System AB, STOCKHOLM, Sewden [3]. GSM Cell Planning Workshop, Ericson Radio System AB, STOCKHOLM, Sewden [4]. Radio Network Tuning, Ericson Radio System AB, STOCKHOLM, Sewden [5]. GSM AXE Overview, Ericson Radio System AB, STOCKHOLM, Sewden [6]. Ahmet KIRDAR, Cell planning, Master Thesis, Near East University, KKTC, Lefkosa, [7]. Beyda. William J, Data communications, Prentice Hall International Editions, [8]. Calhoun G, Digital Cellular Radio, Artech House, [9]. Jack Quin, Digital Data Communications. Prentice Hall International Editions, [10]. Fakhreddin Mamedov, Telecommunications, Near East University, KKTC, Lefkosa, 2000.