GSM

INTRODUZIONE

 

• Test di guida pre-progettazione per l’integrazione delle misurazioni
• Questo è all’inizio della progettazione quando nessun sito è stato costruito o addirittura selezionato. Tutti i siti di test sono temporanei.

Il test

• Drive viene eseguito principalmente per la caratterizzazione degli effetti di propagazione e dissolvenza nel canale. L’obiettivo è raccogliere dati sul campo per ottimizzare e adattare il modello di previsione per le simulazioni preliminari.
• Test di guida post-progettazione per la verifica/ottimizzazione del sito
• Viene eseguito un test di guida per verificare se soddisfano gli obiettivi di copertura.
• Le sovrapposizioni vengono controllate per i passaggi di consegne.

• Nelle misurazioni sul campo dobbiamo raccogliere le variazioni dovute alla propagazione e alla lenta dissolvenza.
• I segnali ricevuti vengono generalmente campionati e calcolati in media su finestre spaziali chiamate contenitori.
• Ci sono diversi problemi di campionamento da considerare come
• Frequenza di campionamento
• Finestra della media
• Numero di contenitori da misurare

CRITERI DI CAMPIONAMENTO

• Quando si misura l’intensità del segnale RF è necessario soddisfare determinati criteri di campionamento per eliminare le componenti di attenuazione a breve termine dalla componente a lungo termine (ad esempio, lo sbiadimento normale)
• Le misurazioni dell’intensità del segnale RF devono essere effettuate su un intervallo di distanza del percorso radio o del percorso mobile di 40 l, dove l è la lunghezza d’onda del segnale RF.
• Se l’intervallo di distanza è troppo breve, la variazione a breve termine non può essere attenuata e influenzerà la media locale.
• Se l’intervallo di distanza è troppo lungo, l’output medio non può rappresentare la media locale poiché elimina i cambiamenti dettagliati del segnale dovuti alle variazioni del terreno.
• Il numero di misurazioni RF effettuate entro la distanza di 40 l deve essere maggiore di 50.
• A seconda della velocità del veicolo durante la prova di guida, viene selezionato l’intervallo di tempo di campionamento.
• Le misurazioni devono essere interrotte ogni volta che il veicolo non è in movimento.
• Se    f = 1900MHZ, allora

• l = 3 * 10⁸ / 1900 * 10⁶
•  =0,158 m
• 40 l = 40 * 0,158
• = 6,32 m

• È necessario registrare 50 misurazioni ogni 6,32 m o 1 misurazione ogni 0,1264 m
• La conversione dalla distanza di campionamento alla velocità mobile può essere eseguita come segue
• frequenza di campionamento minima (al secondo) = v / (0,1264 m/campione)
• Se la velocità del veicolo è di 50 km/h, allora
• Frequenza di campionamento (al secondo)  = (50000/ 3600) / 0,1264

= 110 campioni/sec

• Il kit TEMS non può essere utilizzato per questo scopo in quanto può riportare misurazioni dell’intensità del segnale RF a una velocità massima di 1 campione al secondo

DIMENSIONE FINESTRA

• Nelle misurazioni sul campo l’interesse è rivolto alle medie locali dei segnali ricevuti.
• La dimensione della finestra di media deve essere sufficientemente piccola da catturare variazioni lente dovute all’ombreggiatura e abbastanza grande da mediare le variazioni veloci dovute al multipath.
• Una portata tipica è compresa tra 20 e 1500 m.
• La dimensione del contenitore viene generalmente selezionata tra 40 l e 1500 m, ovvero tutte le misurazioni in questo quadrato di dimensioni vengono calcolate in media su un valore.
• Normalmente lo strumento di post-elaborazione si occupa di calcolare la media dei dati raccolti su contenitori diversi.

NUMERO DI CONTENITORI

• Vengono confrontate le intensità del segnale previste e misurate per tutti i contenitori all’interno del percorso di guida e viene determinato il miglior insieme di fattori di correzione per ridurre al minimo gli errori di previsione.
• Non è possibile effettuare il test di guida su tutti i contenitori all’interno dell’area di copertura. Quindi dovrebbe essere preso in considerazione un set di campioni sufficientemente ampio.
• Maggiore è il numero di contenitori, maggiore è il livello di confidenza dei risultati.
• In genere, per un livello di sicurezza accettabile, è necessario considerare almeno 300-400 contenitori.

KIT PROPAGAZIONE

Il kit per il test di propagazione è composto da

• Testare il trasmettitore.
• Antenna (generalmente Omni).
• Ricevitore per scansionare l’RSS (livelli del segnale ricevuto). La velocità di scansione del ricevitore dovrebbe essere impostabile in modo da soddisfare la legge di Lee.
• Un laptop per raccogliere dati.
• Un GPS per ottenere latitudine e longitudine.
• Cavi e accessori.
• Wattmetro per controllare il ROS.

Il modello Hata viene applicato per il budget del collegamento GSM, qui scrivo della sua formula e della stima delle dimensioni della cella.

Formula empirica di Hata

PL = 69,55 +26,6log₁₀f_c – 13,82log₁₀h_b + (44,9 – 6,55log₁₀h_b)log₁₀R – a(h_m) -CF

Dove ,

f_c – Frequenza in MHZ

h_b – Altezza dell’antenna del trasmettitore

h_m – Altezza dell’antenna del ricevitore

R – Raggio in Km

a(h_m) è il fattore di correzione per l’altezza effettiva dell’antenna mobile

Risolvendo a ritroso il raggio della cella è dato da

log₁₀R =  MAPL +CF – 69,55 +26,6log₁₀f_c + 13,82log₁₀h_b + a(h_m) / (44,9 – 6,55log₁₀h _B)

Stima delle dimensioni/conteggio delle celle

• Una volta nota la perdita di percorso massima consentita, è possibile valutare la dimensione della cella ottenibile.
• Il raggio della cella viene calcolato utilizzando MAPL e la formula empirica di Hata.
• Il raggio della cella è la distanza dalla stazione base dove la perdita di percorso è uguale a MAPL. Oltre questo raggio, il segnale è troppo debole per essere accettabile.
• Ogni area ha un fattore di correzione diverso.
• Anche gli obiettivi di copertura sono solitamente diversi per le aree urbane, suburbane e rurali.
• Pertanto il MAPL deve essere calcolato per ciascuna area e quindi la dimensione delle celle determinata separatamente.
• Una volta calcolato il raggio della cella, è possibile effettuare una stima del conteggio delle cellule.
• Una volta calcolato il raggio delle celle per ciascuna area, è possibile determinare il numero minimo di celle necessarie per fornire la copertura.
• Per ogni zona

A = 2.6R²

Dove,

1. R – raggio della cella
2. A – Area dell’esagono corrispondente.

• Conteggio cellule = Area urbana(Km2) + Area suburbana(Km2) + Area rurale(Km2)
• Conteggio celle = A_urbano(Km²) + A_suburbano(Km²) + A_rurale(Km²)

Come in precedenza ho scritto sull’effetto di dissolvenza in GSM, qui scrivo del calcolo del margine di dissolvenza in GSM.

• La probabilità dell’area della cella (CAP) è la percentuale dell’area della cella che ha un’intensità del segnale maggiore della sensibilità del ricevitore.
• CAP dipende dall’ambiente radio, principalmente dalla deviazione standard del segnale log normale attenuato (s) e dalla costante di perdita di propagazione (n)
• La PAC viene calcolata utilizzando la seguente equazione

PCA=½ ( 1+ erf (a) + exp (2ab+1/b2)(1 – erf(ab+1/b)))

Dove:

PCA = Probabilità dell’area della cella

A = Mdissolvenza/s

B = 10nLog₁₀(e) / sÖ2

 M_FADE = Margine di dissolvenza applicato

            s = Deviazione standard del segnale ricevuto

            N = Costante di propagazione

Margine di dissolvenza all’aperto

• Il margine di dissolvenza all’aperto dipende dalla deviazione standard dell’ombreggiatura lognormale e dalla costante di propagazione
• La costante di propagazione dipende dall’ambiente e dalla frequenza.
• Per le aree urbane la costante di propagazione varia da 2,7 a 5 , con un valore tipico di 5 sia per 850 Mhz che per 1900 Mhz.
• La deviazione standard varia anche in base all’ambiente e alla frequenza e può variare leggermente con la frequenza.
• Le aree urbane hanno una deviazione standard più elevata rispetto alle aree rurali. Il valore tipico varia da 5 a 12 dB con un valore tipico di 8 dB
• Il margine di dissolvenza all’aperto può essere calcolato utilizzando un grafico dell’equazione CAP      .
• La figura successiva mostra il grafico CAP per una costante di propagazione di 3,5 e una deviazione standard di 5, 8 e 12.

Dalla figura si può selezionare il margine di dissolvenza da applicare al Link Budget a seconda dello standard del segnale ricevuto.

La sensibilità del ricevitore è la capacità del ricevitore di ricevere segnali, nel senso che qualsiasi segnale al di sotto della sensibilità è considerato rumore e non è utilizzabile.

La sensibilità del ricevitore è data da

S = Rumore dell’antenna (dBm) + Figura di rumore del ricevitore (dB) + C/N (dB)

S = sensibilità dei ricevitori

C/N = Rapporto portante-rumore richiesto in presenza per raggiungere un BER specificato.

Rumore dell’antenna (dBm) = 10log (kTB)

Dove k = costante di Boltzmann 1,38 X 10^-20 milli Joule / Kelvin

T = Temperatura ambiente in gradi Kelvin

B = Larghezza di banda in Hz

Perdite di uplink

In poche parole

UPLINK

• Potenza di trasmissione mobile
• Guadagno antenna mobile
• Perdita corporea
• Margine sfumato
• Ricevi il guadagno dell’antenna
• Perdita del cavo (include perdita del ponticello e del connettore)
• Sensibilità del ricevitore BTS

DOWNLINK

• Potenza del trasmettitore
• Perdita del combinatore
• Perdita del cavo (include perdita del ponticello e del connettore)
• Trasmetti guadagno antenna
• Margine sfumato
• Perdita corporea
• Guadagno antenna mobile
• Sensibilità del ricevitore mobile

In GSM System Losses è di tipo diverso qui scrivo di Losses by Duplexer, Body And Penetration

Perdita duplex

• Un duplexer consente la trasmissione e la ricezione simultanea di segnali sulla stessa antenna.
• Fornisce l’isolamento tra il segnale trasmesso e quello ricevuto.
• I duplexer in genere hanno una perdita di inserzione compresa tra 0,5 e 1 dB

Perdita corporea

• Per tutti gli ambienti riceventi deve essere utilizzata una perdita associata all’effetto del corpo degli utenti sulla propagazione, ad es. prossimità dell’utente con il cellulare.
• Questo effetto si manifesta sotto forma di perdite di pochi dB sia nella direzione di uplink che in quella di downlink.
• La perdita corporea viene generalmente considerata pari a 2 dB.

Perdite di penetrazione

• Le perdite di penetrazione dipendono dalla posizione dell’abbonato rispetto al sito.
• Generalmente vengono presi in considerazione 3 tipi di scenari, vale a dire. All’interno dell’edificio, in auto e su strada.
• La perdita del corpo è anche un tipo di perdita di penetrazione.

Quando si parla di pianificazione pratica RF, è necessario occuparsi anche delle perdite e delle perdite fisiche come cavo, connettore e combinatore in BTS è più importante.

Perdita del cavo

• Vengono utilizzati due tipi di cavi, cavo principale e cavo jumper.
• Le perdite del cavo sono indicate per 100 piedi.
• Il cavo jumper presenta maggiori perdite rispetto al cavo principale.
• La perdita del cavo dipende anche dalla frequenza

Perdita del connettore

• I connettori utilizzati per collegare i componenti RF hanno una perdita tipica di 0,1 dB ciascuno.

Perdita del combinatore

• Un combinatore è un dispositivo che consente a più trasmettitori di frequenze diverse di trasmettere dalla stessa antenna.
• Sono disponibili due tipi di combinatori.
• I combinatori ibridi combinano due ingressi in un’uscita.
• I combinatori ibridi hanno una perdita di inserzione tipica di 3dB.
• I combinatori a cavità combinano più ingressi in un’unica uscita (tipicamente 5 ingressi)
• I combinatori a cavità hanno una perdita di circa 3dB.
• I combinatori di cavità non possono essere utilizzati nelle celle in cui viene utilizzato il salto di frequenza del sintetizzatore.

Quando parliamo di pianificazione GSM Rf la prima cosa in mente è Link Budget, qui scrivo perché l’analisi del Link Budget nel GSM

L’analisi del budget di collegamento fornisce:

• Soglie di progettazione della copertura
• EIRP necessario per bilanciare il percorso
• Perdita massima di percorso consentita
• È importante che i percorsi di uplink e downlink siano bilanciati, altrimenti non sopravvivrà abbastanza segnale al processo di trasmissione per ottenere il rapporto segnale/rumore (SNR) o il tasso di errore di bit (BER) richiesto.
• Lo squilibrio del percorso deriva dal fatto che i guadagni e le perdite nei percorsi uplink e downlink non sono gli stessi.
• I calcoli devono essere eseguiti separatamente per l’uplink e il downlink.

Il percorso RF

INGRESSO

• Parametri di sensibilità della stazione base e del ricevitore mobile
• Rapporto segnale/rumore minimo accettabile
• Rumore ambientale/termico
• Figura di rumore del ricevitore
• Guadagno dell’antenna nella stazione base e nella stazione mobile.
• Perdite hardware (cavi, connettori, combinatori, duplexer, ecc.)
• Affidabilità della copertura target.
• Margini sbiaditi.

USCITE

• ERP della stazione base
• Perdita massima di percorso consentita
• Stime delle dimensioni delle celle
• Stime del conteggio delle cellule

Il guadagno è la cosa più importante nella comunicazione wireless e se è passivo allora sarà molto utile qui scrivo sul guadagno dell’antenna e sulla definizione del guadagno di diversità e sul suo effetto.

Guadagni dell’antenna

Antenna della stazione mobile

• Le antenne dei telefoni cellulari portatili hanno generalmente un guadagno compreso tra 0 e 1 dBd.
• L’antenna montata sull’auto ha un guadagno tipico compreso tra 1 e 3 dBd.

Antenna della stazione base

• Le antenne omnidirezionali hanno in genere un guadagno di 0-9dBd.
• Le antenne direzionali hanno tipicamente un guadagno compreso tra 9 e 14 dBd.

Guadagno di diversità

• La diversità viene utilizzata sull’uplink per superare le profonde dissolvenze dovute al multipercorso combinando più segnali non correlati.
• I sistemi di antenne Diversity sono utilizzati principalmente nel BTS sull’uplink.
• Il sistema di antenne con diversità può essere realizzato separando fisicamente due antenne di ricezione nello spazio o utilizzando la diversità di polarizzazione.
• Il guadagno in termini di diversità dovrebbe essere considerato nell’analisi del budget di collegamento ogni volta che viene utilizzato.
• In genere viene considerato un guadagno di 3dB ogni volta che viene utilizzata la diversità nel calcolo Uplink.

Che cos’è lo FADING, il suo tipo e il suo effetto nella progettazione RF

Che cosa sta svanendo: –

Lo sbiadimento è la cosa più importante quando si progetta qualsiasi RF. La progettazione consente di capire cosa sta sbiadindo e quali sono i suoi effetti.

• La comunicazione tra la stazione base e la stazione mobile nei sistemi mobili è per lo più non LOS.
• Il percorso LOS tra il trasmettitore e il ricevitore è influenzato dal terreno e ostruito da edifici e altri oggetti.
• Anche la stazione mobile si muove in direzioni diverse a velocità diverse.
• Il segnale RF proveniente dal trasmettitore viene diffuso per riflessione e diffrazione e raggiunge il ricevitore attraverso molti percorsi non LOS.
• Questo percorso non LOS provoca fluttuazioni a lungo e breve termine sotto forma di sbiadimento log-normale e sbiadimento di Rayleigh e Rician, che degradano le prestazioni del canale RF.

Cos’è lo sbiadimento e le sue tipologie? :-

Esistono tre tipi di sbiadimento nel mondo wireless RF: sbiadimento a lungo termine, RAYLEIGH FADING e RICEAN FADING. capiamo nei dettagli uno per uno

SVANISCE A LUNGO TERMINE (Sbiadimento in mcwc)

• La configurazione del terreno e l’ambiente creato dall’uomo causano uno sbiadimento a lungo termine della comunicazione wireless.
• A causa dei vari effetti dell’ombra e del terreno, il livello del segnale misurato su un cerchio attorno alla stazione base mostra alcune fluttuazioni casuali attorno al valore medio della potenza del segnale ricevuto.
• L’attenuazione a lungo termine dell’intensità del segnale, r, causata dalla configurazione del terreno e dagli ambienti artificiali forma una distribuzione log-normale, ovvero l’intensità media del segnale ricevuto, r, varia logaritmicamente in dB se l’intensità del segnale viene misurata su una distanza di almeno 40l.
• Sperimentalmente è stato determinato che la deviazione standard, s, dell’intensità media del segnale ricevuto, r, è compresa tra 8 e 12 dB con la s più alta generalmente riscontrata nelle grandi aree urbane.

RAYLEIGH FADING (Dissolvenza in mcwc)

• Questo fenomeno è dovuto alla propagazione multipercorso del segnale.
• L’attenuazione di Rayleigh nella comunicazione wireless è applicabile ai percorsi di propagazione ostruiti.
• Tutti i segnali sono segnali NLOS e non esiste un percorso diretto dominante.
• I segnali provenienti da tutti i percorsi hanno intensità di segnale comparabili.
• La potenza istantanea ricevuta vista da un’antenna in movimento diventa una variabile casuale a seconda della posizione dell’antenna nella comunicazione wireless.

RICEAN FADING (Dissolvenza in mcwc)

• Questo fenomeno è dovuto alla propagazione multipercorso del segnale.
• In questo caso il campo è parzialmente sparso.
• Un segnale dominante.
• Altri sono più deboli.

 

Definizione ed effetto di riflessione, diffrazione, diffusione e propagazione multipercorso nell’ingegneria RF

Riflessione, diffrazione e diffusione nella comunicazione wireless

Quando viene pianificato un nuovo sito, dovrebbe essere tale che gli effetti di riflessione, diffrazione, diffusione e percorso multiplo siano bilanciati.

Riflessione sulla comunicazione wireless

• Riflessioni Si verificano quando un’onda incide su una superficie liscia.
• Le dimensioni della superficie sono grandi rispetto a l.
• I riflessi si verificano dalla superficie della terra, da edifici e muri.

 

Diffrazione nella comunicazione wireless

• Diffrazione Si verifica quando il percorso è bloccato da un oggetto di grandi dimensioni rispetto a l e con irregolarità nette (bordi).
• Le “onde” secondarie si propagano nella regione in ombra.
• La diffrazione provoca la flessione delle onde attorno all’ostacolo.

 

Dispersione nella comunicazione wireless

• Dispersione Si verifica quando un’onda incide su un oggetto con dimensioni dell’ordine di l o meno, causando la diffusione o la “dispersione” dell’energia riflessa in molte direzioni.
• Piccoli oggetti come lampioni, segnali stradali e foglie causano dispersioni

MultiPath nella comunicazione wireless

• Onde multiple creano “percorso multiplo”
• A causa dei meccanismi di propagazione, al ricevitore arrivano più onde
• A volte questo include un segnale diretto della linea di vista (LOS)

Propagazione multipercorso nella comunicazione wireless

• La propagazione multipercorso provoca fluttuazioni ampie e rapide in un segnale
• Queste fluttuazioni non corrispondono alla perdita del percorso di propagazione.

Il multipercorso causa tre problemi principali nella comunicazione wireless

• Cambiamenti rapidi nell’intensità del segnale su una breve distanza o tempo.
• Modulazione di frequenza casuale dovuta agli spostamenti Doppler su diversi segnali multipercorso.
• Dispersione temporale causata da ritardi multipercorso
• Questi sono chiamati “effetti di dissolvenza
• La propagazione multipercorso provoca sbiadimento su piccola scala.

Ora capisci che quale effetto ha la diffrazione sulla propagazione di un segnale wireless?.