Yhteiskäyttöisten matkaviestinjärjestelmien sisäantenniverkkojen toteutusvaatimukset

Transkriptio

1 versio 1.0 DNA Oy Elisa Oyj TeliaSonera Finland Oyj Yhteiskäyttöisten matkaviestinjärjestelmien sisäantenniverkkojen toteutusvaatimukset 1 Taustaa Viime vuosina muuttuneet rakennusmääräykset ovat johtaneet matkapuhelinverkossa käytettävien palveluiden tarjoamiseen lisähaasteita. Kasvavat radiosignaalin vaimennukset ovat käytännössä johtaneet kuuluvuusongelmiin varsinkin uusissa asuinrakennuksissa [1]- [3]. Taustalla on rakenteiden muuttuminen yhä energiatehokkaammiksi, johon hyvin usein kuuluu jonkin metallien tai metallisseoksen käyttäminen ikkunoissa sekä muissa rakennuselementeissä. Monet tutkimukset ovat myös näyttäneet toteen sen, että asiaan ei ole yhtä ainoaa ratkaisua, vaan tarvitaan erilaisia panostuksia matkapuhelinoperaattoreiden ja rakennusteollisuuden sekä mahdollisesti muiden toimijoiden osalta, jotta tulevaisuudessa matkapuhelinpalvelut toimisivat paremmin kuin tänä päivänä. Ensisijaisena ratkaisuna sisätilakuuluvuuden varmistamisessa on rakennustekniset ratkaisut, joilla mahdollistetaan matkaviestinverkkojen signaalien pääsy rakennusten sisätiloihin. Tällaiset ratkaisut mahdollistavat uusien teknologioiden käyttöönoton pitkälle tulevaisuuteen. Kokonaisuuden kannalta rakennusten RF-valmiuksien parantamiseen pitäisi kiinnittää enemmän huomiota. Konkreettisena toimenpiteenä olisikin kaapelointivalmiuksien järjestäminen asuintaloihin. Tällä tarkoitetaan mm. sähkö-, RF- ja kuitujohtojen asentamista helpottavia ratkaisuja. Tätä ohjetta voi käyttää soveltuvin osin apuna myös suunnitellessa varautumista mahdolliseen jälkikäteen asennettavaan sisäantenniverkkoon. Matkapuhelinverkkojen sisätilakuuluvuuksien vahvistamiseksi on tarvetta rakentaa sisätiloihin kiinteistökohtaisia tukiasema/toistinratkaisuja johtuen etenkin uusien rakennusten energiatehokkuuden kasvattamisesta, jolloin ulkoseinät ja ikkunat vaimentavat radiosignaaleja merkittävästi aikaisempia rakennusratkaisuja enemmän. Usein kuuluvuusongelmat koskevat kaikkia matkapuhelinoperaattoreita ja ratkaisu, jossa operaattoreiden tukiasemat tai toistimet liitetään yhteiseen hajautettuun sisäantenniverkkoon (Distributed Antenna System, DAS), on kustannustehokkain tapa toteuttaa kattava sisäkuuluvuus. Oikein toteutettuna passiivinen sisäantenniverkko mahdollistaa myös useiden eri teknologioiden tarjoamisen, joten palvelutarjonnan päivittämiseen ei tarvita sisäantenniverkon päivittämistä vain operaattorin aktiivilaitteiden. Sisäantenniverkoja on käytetty mm. liikehuoneistotilojen ja kauppakeskusten kuuluvuuden järjestämisessä. Näissä kohteissa operaattoreilla on usein liiketoiminnalliset valmiudet rakentaa oma sisäverkko. Asuintalojen kohdalta liiketoiminnalliset edellytykset eivät kuitenkaan ole samat ja niiden määrittely on tapauskohtaista.

2 2 Suurien asuintalojen kohdalla ratkaisuna voi joskus olla yhteisen antennilinjan käyttäminen kuuluvuuden parantamiseksi. Yhteistoiminnallisen sisäantenniverkon rakentaminen on kuitenkin teknisestikin haastavaa johtuen mahdollisista häiriötilanteista sisäverkon passiivisten komponenttien osalta, koska matkapuhelinjärjestelmissä operaattoreiden käyttämät taajuudet ovat kuitenkin melko lähellä toisiaan. Tässä dokumentissa kuvattu sisäantenniverkko on tarkoitettu riittävän suureen asuintaloon, jossa yhdellä verkolla voidaan kattaa laaja käyttäjäkunta. Käytännössä ratkaisu soveltuu muuten rajoitetun sisätilakuuluvuuden omaavaan suureen asuinkerrostaloon, joka on tyypillisesti betonielementtirakennus selektiivilasi-ikkunoin. Ratkaisu soveltuu harvoin pienkerrostaloihin tai rivitaloihin ja käytännössä ei koskaan pari- tai omakotitaloihin. Näissä kohteissa pitäisi erityisesti kiinnittää huomiota rakennusteknisten ratkaisujen käyttämiseen kuuluvuusongelmien välttämiseksi. DNA, Elisa ja TeliaSonera ovat yhdessä laatineet tämän vaatimusmäärittelyn varmistamaan, että sisäantenniverkot toimivat moitteettomasti eivätkä aiheuta häiriöitä ympäristöön tai itse sisäantenniverkkoon. Useiden eritaajuisten ja -tehoisten radiosignaalien yhdistämiseen liittyy häiriöriskejä. Koska sisäantenniverkon suunnittelu ja toteutus voi olla kiinteistön omistajan vastuulla eikä ole siten matkapuhelinoperaattorin kontrollissa, on tärkeää, että antennijärjestelmä muodostaa toimivan kokonaisuuden tukiasemien ja/tai toistimien kanssa. Tämä dokumentti määrittelee vaatimukset sisäantenniverkon osalta sekä tiedot, jotka matkapuhelinoperaattorilta tarvitaan asianmukaisen sisäantenniverkon toteuttamiseen. Tämä vaatimusmäärittely on kirjoitettu on perinteisen, hajautetun sisäantenniverkon näkökulmasta, kun sisäantenniverkkoa käytetään vain kaupallisten matkaviestinoperaattoreiden palvelun tarjontaan, eikä se ota kantaa esimerkiksi vuotavalla kaapelilla toteutettaviin ratkaisuihin. 2 Lähtötiedot Ilman tässä luvussa kuvattuja lähtötietoja ei sisäantenniverkkoa tule lähteä suunnittelemaan. Operaattorit tarvitsevat ennen lähtötietojen antamista sisäantenniverkon suunnittelijalta tietoja kohteesta ja suunnitellusta antenniverkon laajuudesta mm. seuraavien tietojen kera: Kohteen katuosoite Rakennuksen tyyppi (rakennusmateriaalit ym. ratkaisut) ja koko Kiinteistön käyttäjät (ml. arvio käyttäjien määrästä) ja käyttötarkoitus (asuintalo, toimistotalo, varasto jne.) Mahdolliset mittaustulokset sisätilakuuluvuudesta Suunniteltu rakentamisaikataulu (sekä uudis- ja saneerauskohteet) Jotta sisäantenniverkkokokonaisuudesta saadaan toimiva, tarvitaan matkapuhelinoperaattoreilta seuraavat tiedot: Sisäantenniverkkoon syötettävät järjestelmät (GSM, UMTS, LTE) ja taajuudet (800, 900, 1800, 2100, 2600 MHz) Kunkin matkaviestinjärjestelmän lähettimen teho Kokonaistehotaso Aktiivilaitteiden tyyppi (toistin/tukiasema) ja niiden pääsääntöiset ominaisuudet Toistinkohteissa sieppausantennin (donor) suuntaus ja korkeus Mahdolliset kuuluvuusaluevaatimukset sekä ulkoantennin asentamistarpeet Laitetilan vaatimukset (koko, sähkönsyöttö, jäähdytys jne.)

3 3 3 Sisäantenniverkon yleiset vaatimukset Alla on listattu erilaisia yleisiä vaatimuksia sisäantenniverkkokokonaisuudelle: Sisäantennista lähtevän tehon tulee olla vähintään +5 dbm EIRP (säteilyteho antennista) jokaisen matkaviestinjärjestelmän signaalilla erikseen, mutta noudattaa STUKin säteilyturvaetäisyyksiä [5] Suurin sallittu kytkentävaimennus (päätelaitteen antennista tukiaseman antenniin) kaikilla matkaviestinjärjestelmien signaaleilla suunnitellulla peittoalueella on 100 db, jolloin edellisen kohdan mukaisella minimi EIRP-arvolla signaalin voimakkuus on vähintään -95 dbm Sisäantenniverkon tulee tukea kaikkia taajuusalueita, joita operaattorit ovat ilmoittaneet käyttävänsä. Antenniverkko ei saa sisältää ulkotila-antenneja pois lukien mahdollisen toistinratkaisun sieppausantennin. Yleisesti vastuu kuuluvuuden riittävyydestä on sisäantenniverkon omistajalla. Mikäli sisäantenniverkkoon kytketään operaattorin toistin, sen sieppausantennin (tukiasemaan suunnattava ulkoantenni) sijoitus, suunta, korkeus ja tyyppi tulee suunnitella ja toteuttaa operaattorin antamien ohjeiden mukaisesti (osana operaattoreilta saatavaa lähtötietoa). Jos sisäantenniverkon toteuttajalla on vaatimuksena LTE-kuuluvuus (4G), suosituksena on sisäantenniverkon toteutus kaksoiskaapeloinnilla ja ristipolarisaatioantenneilla (XPOL) niiden tilojen osalta missä datakäyttö on merkittävää (ks.kuva 2). Näin mahdollistetaan parhaat huippunopeudet sekä maksimikapasiteetti LTE-teknologialle. 4 Sisäantenniverkon tekniset vaatimukset Operaattorit vastaavat eri taajuisten RF-signaalien yhdistämisestä korkealaatuisilla yhdyssuodattimilla (alla olevissa kuvissa Operaattorien vastuualue ). Kiinteistö puolestaan vastaa sisäantenniverkon kytkeytymispisteestä eteenpäin (alla kuvissa Kiinteistön vastuualue ). Sisäantenniverkon kytkeytymispiste tulee toteuttaa siten, että kullekin verkkoon kytkeytyvälle operaattorille on vähintään yksi tuloportti. Operaattorit huolehtivat itse omien eritaajuisten signaaliensa yhdistämisestä tuloporttiin. Sisäantenniverkko pitää pyrkiä suunnittelemaan niin, että RF-päätteitä ei tarvitse käyttää. Tämä johtuu siitä, että yhdistinelin eli ns. hybridi yhdessä RF-päätteen kanssa on merkittävä häiriölähde. Häiriöt näkyvät keskinäismodulaationa (passive intermodulation, PIM), mikä puolestaan johtuu päätteen epäsovituksesta. Näiden häiriöiden esiintyminen on erittäin haitallista, ja vaikuttaa suoraan sisäantenniverkon kautta tulevan signaalin palvelutasoon. Mikäli kuitenkin joudutaan turvautumaan RF-päätteiden käyttöön, niin käytetään korkean PIM-luokituksen päätteitä, joiden tehonkesto on vähintään 100W. Sisäantenniverkon kytkeytymispisteen sisäänmenona operaattorit käyttävät haluamiansa taajuuksia vapaasti, mutta teho rajoitetaan maksimissaan 100 W/operaattori. Alla on esitetty esimerkiksi kolmen järjestelmän ja taajuuden sisäänmenotehoista: GSM W + UMTS W + LTE W = 100 W

4 4 Sisäantenniverkon omistajan tulee ylläpitää dokumenttia missä on ilmoitettu operaattorien tehot ja taajuudet. Kuvissa 1 ja 2 on esitetty esimerkkikaaviota sisäantenniverkon kytkeytymispisteestä yhden (Kuva 1) ja kahden antennilinjan tapauksissa (Kuva 2). Kohdekohtaisesti toteutus vaihtelee ja poikkeaa annetuista esimerkeistä. Kuva 1. Esimerkki sisäantenniverkon kytkeytymispisteestä. Kuva 2. Esimerkki kaksoiskaapeloinnilla ja ristipolarisaatioantennilla toteutetusta sisäantenniverkon liityntäratkaisusta.

5 5 Sisäantenniverkossa tulee käyttää mahdollisimman laajakaistaisia komponentteja, jotka mahdollistavat sisäantenniverkon käytön uusilla taajuusalueilla tulevaisuudessa. Kiinteistön vastuulla olevassa sisäantenniverkossa on huomioita mm. seuraavat asiat: Komponenttien tehokesto Komponenttien keskeismodulaatio (PIM) -ominaisuudet (min. PIM 150 x 20W) Komponenttien aiheuttama vaimennus Komponenttien tukema taajuuskaista Asennustyön laatu (asennusten tulee noudattaa komponenttivalmistajien suosituksia) Säteilyturvallisuussuositukset 5 Säteilyturvakeskuksen (STUK) ohjeistus STUK on julkaissut toukokuussa 2014 ohjeistuksen koskien tukiasema-antennien asennuksia [6]. Sisäantenniverkon kaikkien antennien tulee täyttää ohjeistuksen vaatimukset siten, että erillistä turvallisuusselvitystä ei tarvita. Tällöin suurimmat sallitut EIRPkokonaistehotasot ovat: 250 mw, mikäli antennin alareuna on alle 2 m korkeudessa 1 W, mikäli antenni on vähintään 2 m korkeudessa 2 W, mikäli antenni on vähintään 2 m korkeudessa ja käyttäjät eivät oleskele pitkään antennin läheisyydessä Antennisijoittelu tulisi toteuttaa siten, että pystytään käyttämään mahdollisimman usein 2W:n lähetystehoa antennia kohden. 6 Laitetilan vaatimukset Tyypillisesti operaattoreiden aktiivilaitteet sijoitetaan laitetelineisiin, joiden lattiapinta-alalta on 600 x 600 mm. Tarvittavien laitetelineiden määrä vaihtelee tapauskohtaisesti yhden ja kolmen välillä. Laitetilavaatimukset sovitaan kohdekohtaisesti lähtötietojen avulla. Laitetilaan tarvitaan laitepaikan lisäksi sähkönsyöttö operaattoreiden aktiivilaitteille sekä mahdollisesti ilmastointi. Mikäli laitetila sijaitsee muualla kuin talojakamossa, tilojen välille tulee järjestää optinen kaapelointi sisäantenniverkon rakennuttajan toimesta. Laitetilan soveltuvuus operaattoreiden aktiivilaitteiden sijoittamiselle ja käytölle on kiinteistön vastuulla. 7 Dokumentaatio Sisäantenniverkon dokumentaation tekeminen on kiinteistön vastuulla ja operaattoreille tulee toimittaa seuraavat dokumentit: Ennakkotietodokumentit (ennen suunnittelun aloittamista):

6 6 Rakennuksen tiedot (mm. osoite, rakennuksen tiedot, käyttäjät, rakennusaikataulu) Mahdolliset mittaustulokset sisätilakuuluvuudesta Suunnitteludokumentit (ennen toteutuksen aloittamista): Sisäantenniverkkokuva, josta käy ilmi antennien, kaapeleiden, tehonjakajien ja muiden RF-komponenttien sijainti ja tyypit. Kaapelipituudet pitää olla merkittynä. Mikäli sisäantenniverkkoon kytketään operaattorin toistin, sieppausantennin tyyppi, suunta, korkeus, sijainti ja kaapelointi tulee dokumentoida. Operaattoreiden käyttämät taajuusalueet ja tehotasot kohteessa Linkkibudjettilaskelmat Ensimmäisten tai eniten tehoa säteilevien antennien laskennalliset EIRP-arvot STUK:in suositusten täyttymisen varmistamiseksi Rakennusdokumentit (kohteen valmistuttua, ennen sisäantenniverkkoon kytkeytymistä): Antennisijoitukset merkittynä rakennuksen pohjakuviin ja numeroituna antenniverkkokuvan mukaisesti Sisäantenniverkon PIM-arvo, mitattuna vähintään 900 MHz:n taajuusalueella Heijastusvaimennusmittauksen tulokset taajuusaluekohtaisesti Kaikki dokumentit tullee olla toimitettuna operaattoreille ennen kuin verkkoon voi kytkeytyä. Lähteet: [1] Radiosignaalin vaimennusmittauksia nykyaikaisissa asuintaloissa, TTY, 2012 [2] Rakennusten sisätiloissa esiintyvien matkapuhelinten kuuluvuusongelmien ratkaisuvaihtoehtojen kartoitus, TTY, [3] Matkaviestinverkon kuuluvuusongelmat matalaenergiarakennuksissa, LVM, [4] RF-luvun käyttömahdollisuudet rakennusten signaalinvaimennusten arvioinnissa, Ari Asp, [5] SUUNNITTELUOHJE: Matkapuhelimien kuuluvuus sisätiloissa Energiatehokas uudis- ja korjausrakentaminen, Rakennusteollisuus, [6] Tukiasema-antennien asentaminen, STUK, toukokuu 2014.