Matkaviestinverkkojen sisäkuuluvuudet ja niiden ratkaisut

Transkriptio

1 Matkaviestinverkkojen sisäkuuluvuudet ja niiden ratkaisut Radiotie Suomi Oy Jouni Pekonen Radiverkkopäivät

2 Sisätilakuuluvuus ja niiden ratkaisut miksi sisäantenniverkkoja? rakennusmateriaalien aiheuttama vaimennus radiosignaalille mikä on sisäantenniverkko? varmistetaan helppo toteutus operaattoreiden vaatimukset sisäantenniverkon suunnittelu sisäantenniverkon mittaaminen sisäantennijärjestelmiä tukiasema ilmatoistin kuitutoistin

3 Miksi sisäantenniverkkoja? nykyinen talorakennus suosii ratkaisuja jotka vaimentavat voimakkaasti radiosignaalia suurin osa puheluista ja mobiilidataliikenteestä tulee talojen sisältä erityisesti kaupungeissa on haasteita löytää asennuspaikkoja makrotukiasemille kapasiteetin varmistaminen sisäkuuluvuus lisää turvallisuutta - 112

4 Rakennuksen ulkovaipan vaikutus matkapuhelimen kuuluvuuteen vähän vaimentavat materiaalit - puuseinä 3 db - tiiliseinä/lekaharkko 5 db - normaali lämmöneristys 5 db - normaali ikkuna 3 db normaali teräsbetonitalo - teräsbetoni 25 db - selektiivilasi 25 db energiatehokas teräsbetonitalo - teräsbetoni + alumiini 40 db - selektiivilasi 2 kerrosta 40 db Hyvä kentänvoimakkuus ulkona on dbm ( operaattorien mielestä hyvä tilanne) 3G-järjestelmässä -80 dbm erinomainen vastaanottokentänvoimakkuus -95 dbm hyvä -105 dbm välttävä

5 Mikä on sisäantenniverkko? Mitä huonon sisäkuuluvuuden parantamiseksi voidaan tehdä? muutokset talon rakenteissa passiivinen yksittäinen antennipari VSS tilat monioperaattorisisäantenniverkot Passiiviset antenniverkot Aktiiviset antenniverkot antenniverkkoihin liitettävät operaattorin aktiivilaitteet toistimet tukiasemat erilliset sisätukiasemaratkaisut

6 Miten varmistetaan sisäantenniverkon helppo toteutus? rakennukseen tilavaraukset jo suunnitteluvaiheessa Laitetila Sähkö jäähdytys rakennuksen ulkovaipan umpeuduttua varmistetaan mittaamalla matkaviestimien toiminta talon sisällä kiinteistön oma passiivinen sisäantenniverkko operaattorit liittyvät sisäantenniverkkoon omilla aktiivilaitteillaan varaukset antenneille suunnitellaan sisäantenniverkko, jos tarpeellista toteutetaan antenniverkko ennen palokatkojen ja välikattojen asennusta teletilat tila nousukaapeleille

7 Tilavarauksia rakennukseen tilavaraukset jo suunnitteluvaiheessa Laitetila 1-3 kpl 600 x 600 x 2000 mm rack Sähkö 1 kw 6 kw Jäähdytys 0,5 kw 4 kw antennikaapelireitit asuinkerrostaloissa radioteknisesti optimaalisin antennin sijoituspaikka olisi rappukäytävässä, jossa kukaan ei oleile pitkiä aikoja antennin välittömässä läheisyydessä paloturvallisuusmääräykset ovat tiukentumassa, joten rappukäytävissä antennikaapelien ja antennien asennus tulee jatkossa vaatimaan nykyistä paremmat suojaukset ja lupamenettelyn kaapelit voidaan koteloida paloturvallisuuden lisäämiseksi antennien kotelointi vaatii jo sitten enemmän tutkimusta, jotta löydetään sopiva materiaali kotelolle, joka lisää paloturvallisuutta, mutta ei huononna antennin säteilyä uusissa määräyksissä tulisi sisäantenniverkon välttämättömyys ottaa huomioon - verkko tulisi olla kiinteä osa talotekniikkaa

8 Operaatoreiden tekniset vaatimukset yhteissisäantenniverkolle Liitäntäpiste kaikille operaattoreille tehonkesto 100 W Minimi antennin säteilyteho + 5 dbm EIRP Maksimi vaimennus antennin ja käyttökohteen välillä 100 db Verkon laajakaistaisuus matkaviestinoperaattorit MHz Virve MHz PIM < -150 dbc Antennien max säteilyteho STUK ohjeiden mukaan antennin asennus < 2 m, 250 mw antennin asennus > 2 m, 1 W antennin asennus > 2 m paikkaa, jossa ei jatkuvasti oleskella, 2 W

9 Sisäantenniverkon suunnittelu Suunnittelun pohjaksi tarvitaan missä kännyköiden pitää toimia käyttäjien määrä seinien ja ikkunoiden RF-vaimennus aktiivilaitteiden sijoituspaikka aktiivilaitteiden ominaisuudet ulkokuuluvuus vapaat kaapelireitit mahdolliset antennien sijoituspaikat operaattorien vaatimukset antenniverkoille Kerroksen kuuluvuusennuste hissikuiluissa ei toimi! antennien säteilyteho 1W=30dBm 40 m ant EIRP = +10 dbm et.vaim -72 db seinävaim. -30 db Rx teho -92 dbm väliseinät kipsilevyä vaimennus -6 db 20 m -> suunnitellaan sisäantenniverkko suunnittelujärjestelmällä voidaan ennustaa sisäkuuluvuus mitataan lopuksi todellinen sisäkuuluvuus ja optimoidaan verkkoa tarvittaessa

10 Sisäantenniverkon suunnittelu Kerroskuva kaapelireitit antennien sijoitus tehojaot antennien säteilytehot verkon dokumentaatio

11 Sisäantenniverkon suunnittelu Antennit rappukäytävässä Sisäseinien vaimennukset on tärkeä tietää

12 Sisäverkkojärjestelmien mittaaminen tärkeimmät mittaukset kuuluvuus / palvelunlaatumittaus antennilinjan vaimennusmittaus antennilinjan takaisinheijastusmittaus PIM mittaus (IM3 esim dbc) kuuluvuusmittaus PIM mittaus Passiivinen keskinäismodulaatio synnyttää kahdesta alkuperäisestä signaalista uuden häiriösignaalin. Kolmannen kertaluokan keskinäismodulaatiotulos PIM3 syntyy taajuudelle f3 = f1*f2-f1 tai f3 = f1*f2-f2 takaisinheijastusmittaus

13 Passiivinen antennijärjestelmä matkapuhelinjärjestelmän kuuluvuuden varmistamiseksi sisätiloissa yksi tehokkaimmista tavoista on passiivisen antenniverkon rakentaminen talon sisätiloihin antenniverkko voidaan toteuttaa siten, että kaikki operaattorit voivat hyödyntää samaa sisäverkkoa (myös VIRVE) antenniverkko voidaan toteuttaa laajakaistaiseksi, jolloin eri järjestelmät voivat hyödyntää sitä samanaikaisesti (2G, 3G, LTE, VIRVE) pitkissä käytävissä/tunneleissa voidaan käyttää kaapeliantennia (vuotavia kaapeleita) antennien sijasta

14 epäsymm. jako epäsymm. jako Tukiasema toteutus tukiasema toteutuksissa tukiasemat tai niiden radio-osat tuodaan rakennukseen tukiasemat tarvitsevat kuituyhteyden ja sähkönsyötön, sekä jäähdytyksen. Suuntakytkin tehonjako tehonjako antennijärjestelmän ja radio-osien väliin tarvitsee suunnitella kytkentäkenttä, jossa eri radio-osista tulevat radiosignaalit yhdistetään antenniverkkoon. Nousukaapeli Esim. korrugoitu koaksiaali 7/8 tehonjako tehonjako kytkentäkentän osalta on tärkeää ottaa huomioon, että eri radioyksiköistä tulevat signaalit eivät häiritse toisien radioyksiköiden toimintaa Tukiasemaohjaimet kytkinkenttä tehonjako kuitu Passiivinen antennijärjestelmä + tukiasema

15 Toistimella toteutettu sisäverkkoratkaisu suunta-antennit toistimen lähetysteho on tyypillisesti tukiasemaa pienempi, joka rajoittaa sisäverkon kokoa järjestelmä tulee suunnitella siten, ettei vahvistin lähde kiertämään antennien määrä/sijoittelu tulee suunnitella ottaen huomioon kuuluvuustarpeen ja sisäantenneille tulevan signaalin voimakkuuden myös toistin ratkaisuilla voidaan toteuttaa usean operaattorin sekä usean järjestelmän sisäverkkoja, kun käytetään hyvälaatuisia digitaalitoistimia donorantennin syöttökaapeli ½ korrugoitu 50 ohm toistin operaattori A toistin operaattori B yhdistelyelin laajakaistainen sisäantenni tehonjako kerroksessa tehonjako kerroksiin syöttökaapeli 7/8 korrugoitu 50 ohm kerroksissa ½ korrugoitu 50 ohm

16 Toistin toteutus, kuitutoistin Toistin kytketään suoraan tukiaseman antennilinjaan ja signaali kuljetetaan kuituverkossa kohteeseen, jossa muodostetaan uudelleen radiosignaaliksi. RF Head Kerros x coupler Lightning protection Hybrid Comb. RF Opto RF Head RF Head Kerros 5-8 Kerros 1-4 Node B Opto/RF RF Head Indoor 4 Multioperaattoritoistimessa usean saman taajuusbandin signaalit voidaan yhdistää matalalla tehotasolla laajakaistaiseen RF vahvistimeen, jolloin vältetään voimakkaiden keskinäismodulaatiosignaalien synnyltä vähemmän häriöitä

17 Sandwich betonirakenteisen talon ulkokuoren ja ikkunoiden RF vaimennus suomalainen eristevalmistajan ja Tampereen yliopiston tutkimus 2013 GSM900 UMTS900 GSM1800 LTE1800 UMTS 2100 LTE 2600 db on logaritminen mittayksikkö -10 db = 1/10-20 db = 1/ db = 1/ db = 1/10000

18 Amerikkalainen tutkimus toukokuu 2014 Ikkunoiden RF vaimennus db on logaritminen mittayksikkö -10 db = 1/10-20 db = 1/ db = 1/ db = 1/ db = 1/ db = 1/ Selektiivi-ikkunoiden vaimennusarvot selkeästi suomalaista mittausta korkeammat

19 Seinämateriaalien RF vaimennus Amerikkalainen tutkimus vuodelta 2004 Betoni RF taajuus seinä 10 cm seinä 20 cm MHz vaimennus db vaimennus db ,4 19, ,3 22, ,8 Tiili RF taajuus seinä 10 cm seinä 20 cm MHz vaimennus db vaimennus db ,4 3, ,9 3, ,2 4,4 Kalkkikivi RF taajuus seinä 10 cm seinä 20 cm MHz vaimennus db vaimennus db , ,2 5, ,7 5 Betoni RF taajuus seinä 61 cm seinä 91,5 cm MHz Vaimennus db Vaimennus db ,9 19, , ,7 42, ,5 50, , ,8 55, ,1 60,8 lähellä samaa vaimennustasoa kuin suomalainen tutkimus aikaisemmassa kalvossa

20 Rakennusmateriaaleille RF- ja PIM -luku RF-luku kuvaa materiaalin vaikutusta RF-signaalin etenemiseen materiaalissa. Vaimennus desibeleissä [db]. PIM-luku kuvaa materiaalin aiheuttaman keskinäismodulaation Suuruuden. PIM (IM3) kolmannen Kertaluvun keskinäismodulaatiosignaalin suuruuden suhteessa käytetyn RF-signaalin voimakkuuteen desibeleinä [dbc]. Esimerkki RF-luku: Xx merkkisen ikkunan RF-luku -30 db - vaimentaa RF signaalia maksimissaan käytetyillä matkapuhelintaajuuksilla 30 desibeliä, eli signaalin voimakkuus putoaa 1/1000 osaan läpäistessään ikkunan. Tuotteelle olisi hyvä olla mittausraportti, joka kertoo vaimennukset taajuuden funktionavälillä 300 MHz 3000 MHz. Esimerkki PIM-luku: Metallivahvisteisen seinän IM3-luku -160 dbc. Eli seinä aiheuttaa uuden häiriötaajuuden jonka voimakkuus on 160 db alle varsinaisen RF-hyötysignaalin.

21 Passiivisen antennijärjestelmän peruskomponentit laajakaistaiset sisäantennit suunta-antennit (seinäasennus) ympärisäteilevät (kattoasennus) kaapelit Syöttökaapelit Hyppykaapelit Säteilevät kaapelit tehojakajat Symmetriset tehojakajat Epäsymmetriset tehojakajat kytkimet Diplexerit Triplexerit 2 x 2 3 x 3 4 x 4

22

23 Tukiasema-antennien asentaminen STUK/ HUHTIKUU Johdanto Tämän oppaan tarkoitus on opastaa tukiasema-antenneja asentavia yrityksiä asennuksissa niin, että väestö tai työntekijät eivät altistu liian voimakkaalle radiotaajuiselle säteilylle. Tukiasema-asennuksissa on huomioitava, että radiotaajuiselle säteilylle asetetut altistumisen enimmäisarvot eivät ylity. Oppaassa annetaan ohjeita tukiaseman säteilyturvallisuusarvion laadintaan ja luetellaan ne lait ja standardit, joita asennuksissa tulee huomioida. Lisäksi oppaassa annetaan suosituksia varoitusmerkkien käytöstä sekä tukiasema-asennuksiin liittyvästä tiedottamisesta. Opas koskee erityisesti asuinkiinteistöihin ja asuinalueille asennettavia tukiasemia, mutta sitä voi soveltavilta osin käyttää myös toimistorakennuksiin ja kouluihin tai mastoihin tehtäviin asennuksiin. Oppaan kohdat 3-6 on tarkoitettu lähinnä tukiasemia asentaville ja hallinnoiville yrityksille. Kohdassa 8 käsitellään tukiasema-asennuksia taloyhtiöiden näkökulmasta.

24 3.2 Pienitehoiselle antennille ei tarvita turvallisuusarviota Pienitehoisten tukiasema-antennien voidaan katsoa täyttävän standardien vaatimukset, jos Joku alla olevista ehdoista täyttyy. a) Antennin säteilemä kaikkien kanavien yhteenlaskettu teho on enintään 250 mw. b) Antennin säteilemä kaikkien kanavien yhteenlaskettu teho on enintään 1 W ja antennin alareuna on vähintään kahden metrin korkeudella tasosta, jonne väestöllä on vapaa pääsy. Jos antenni on tilassa, jossa ei oleskella pitkään (esim. käytävät ja portaikot) ja antennin sijoittelussa on erityisesti huomioitu se, että sivulliset eivät vahingossa joudu alle 20 cm päähän antennista, ehto voidaan laajentaa koskemaan enintään 2W antenneja. Tällöin antenni on kuitenkin sijoitettava yli kahden metrin korkeuteen, jos se on asennuspaikka huomioiden mahdollista. **) c) Antennin EIRP-teho (equivalent isotropically radiated power, kaava 4) on enintään 10 W ja väestö ei pääse kahta metriä lähemmäs antennia. Lisäehtona on, että antennin välittömässä läheisyydessä (<2,5 m) ei ole muita samaan suuntaan osoittavia antenneja. **) Ehdon laajennus 1 W:sta 2 W:iin koskee sisätila-antenneja silloin, kun muuta tarkoituksenmukaista vaihtoehtoa asennukselle ei ole. Ehtoa ei ole ohjeistettu standardeissa, mutta Säteilyturvakeskuksen tekemän selvityksen mukaan 2 W antenni ei suurella varmuudella ylitä raajoja koskevaa paikallisen altistuksen työntekijärajaa edes suorassa kosketuksessa, eikä altistuminen siten aiheuta välitöntä haittaa. Pään tai vartalon joutumista kosketuksiin yli 2 m korkeudelle asennetun antennin kanssa voidaan pitää riittävän epätodennäköisenä.

25 Radiotie Suomi OY tarjoaa sinulle sisäverkko-osaamista koulutusta ja konsultointia kuuluvuusmittauksia sisäverkkosuunnittelua sisäverkkojen toteutuksia jotta sinäkin voit puhua sisällä