Yhteiskäyttöisten matkaviestinjärjestelmien sisäantenniverkkojen toteutusvaatimukset DNA Oy Elisa Oyj TeliaSonera Finland Oyj 1
Taustaa Matkaviestinyhteydet ovat keskeisessä asemassa kuluttajien ja yritysten päivittäisessä kommunikaatiossa Suomessa totuttu korkealaatuisiin matkaviestinpalveluihin Nykyisin internet-yhteys on uusi puhepalvelu, jonka odotetaan olevan saatavilla kaikkialla. Vaaditaan entistä laadukkaampia yhteyksiä Uuden kuuluvuuden rakentaminen jatkuvasti haastavampaa Tiedonkulku peittotarpeisiin liittyen Uuden tukiaseman/toistimen vaatimat luvat Uuden tukiaseman/toistimen kustannukset 2
Sisätilakuuluvuushaasteet Viime vuosina muuttuneet rakennusmääräykset ovat tuoneet matkapuhelinverkossa käytettävien palveluiden tarjoamiseen, lisähaasteita etenkin uudisrakennuksissa Sisäkuuluvuus edellyttää entistä useammin kiinteistökohtaista kuuluvuustoteutusta myös asuintaloihin 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 sisätiloissa paremmin 3
Ratkaisut 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-, RFja kuitujohtojen asentamista helpottavia ratkaisuja. Tätä ohjetta voi käyttää soveltuvin osin apuna myös suunnitellessa varautumista mahdolliseen jälkikäteen asennettavaan sisäantenniverkkoon. 4
Ratkaisut, jatkoa Usein kuuluvuusongelmat koskevat kaikkia matkapuhelinoperaattoreita ja ratkaisu, jossa operaattoreiden tukiasemat tai toistimet liitetään yhteiseen hajautettuun sisäantenniverkkoon (Distributed AntennaSystem, DAS), on kustannustehokkain tapa toteuttaa kattava sisäkuuluvuus. Toistimia ja tukiasemia saavat operoida vain matkaviestinoperaattorit 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. 5
Asuintalot Suurien asuintalojen kohdalla ratkaisuna voi joskus olla yhteisen antennilinjan käyttäminen kuuluvuuden parantamiseksi. Ratkaisu soveltuu harvoin pienkerrostaloihin tai rivitaloihin ja käytännössä ei koskaan paritai omakotitaloihin. Näissä kohteissa pitäisi erityisesti kiinnittää huomiota rakennusteknisten ratkaisujen käyttämiseen kuuluvuusongelmien välttämiseksi. 6
Kuuluvuustoteutuksen osa-alueet Antenniverkko Aktiivilaitteet Operaattori(t) Rakennuttaja Urakoitsija Suunnittelu Laitetilat Antenniverkon ylläpitovastuu oltava verkon omistajalla Vastuu peittoalueen kattavuudesta antenniverkon toteuttajalla
Lähtötiedot kohteesta 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) 8
Lähtötiedot operaattoreilta 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.) 9
Vaatimuksia sisäantenniverkkokokonaisuudelle Sisäantennista lähtevän tehon tulee olla vähintään +5 dbm EIRP (säteilyteho antennista) jokaisen matkaviestinjärjestelmän signaalilla erikseen, mutta noudattaa STUKinsäteilyturvaetäisyyksiä [5] Suurin sallittu kytkentävaimennus (päätelaitteen antennista tukiaseman antenniin) kaikilla matkaviestinjärjestelmien signaaleilla suunnitellulla peittoalueella on 100 db, jolloin edellisen kohdan mukaisella minimi EIRP-arvollasignaalin 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 10
Vaatimuksia, sivu 2 Mikäli sisäantenniverkkoon kytketään operaattorin toistin, sen sieppausantennin (tukiasemaan suunnattava ulkoantenni) sijoitus, suunta, korkeus ja tyyppi tulee suunnitella ja toteuttaa operaattorin antamien ohjeiden mukaisesti 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. 11
Esimerkki sisäantenniverkon kytkeytymispisteestä (Kuva 1) 12
Esimerkki kaksoiskaapeloinnilla ja ristipolarisaatioantennilla toteutetusta liityntäratkaisusta (Kuva 2) 13
Antenniverkon tekniset vaatimukset 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 dbc@2 x 20W) Komponenttien aiheuttama vaimennus Komponenttien tukema taajuuskaista Asennustyön laatu (asennusten tulee noudattaa komponenttivalmistajien suosituksia) Säteilyturvallisuussuositukset 14
Taajuudet ja tehot Sisäantenniverkon kytkeytymispisteen sisäänmenona operaattorit käyttävät haluamiansa taajuuksia vapaasti, mutta teho rajoitetaan maksimissaan 100 W/operaattori. Alla on esitetty esimerkiksi kolmen järjestelmän ja taajuuden sisäänmenotehoista: Esimerkiksi: GSM900 20 W + UMTS2100 20+20 W + LTE1800 40 W = 100 W 15
Säteilyturvakeskuksen ohjeistus suurimmat sallitut EIRP-kokonaistehotasot 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. 16
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. 17
Dokumentaatio Ennakkotietodokumentit (ennen suunnittelun aloittamista): 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-komponenttiensijainti 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 18
Toteutusdokumentaatio Antennisijoitukset merkittynä rakennuksen pohjakuviin ja numeroituna antenniverkkokuvan mukaisesti Sisäantenniverkon PIM-arvo, mitattuna vähintään 900 MHz:n taajuusalueella Heijastusvaimennusmittauksen tulokset taajuusaluekohtaisesti Kaikki dokumentit tulee olla toimitettuna operaattoreille ennen kuin verkkoon voi kytkeytyä 19
Yhteenveto Matalaenergiatalojen sisäkuuluvuusongelmat pakottavat tiivistämään matkapuhelinverkkoja, mutta yksinomaan ulkotukiasemilla ei ole mahdollista saada kattavaa sisätilapeittoa Sisäverkot mahdollisia asuintaloissa ainoastaan kerrostaloihin, myös rakennusteknisiä ratkaisuja kehitettävä kiinteistöjen RFvaimennuksen pienentämiseksi Laadukkaasti toteutettu sisäantenniverkko mahdollistaa myös pitkälle tulevaisuuteen mobiilijärjestelmienpalvelun tarjoamisen Yhteissisäantenniverkot vaativat toimiakseen, että verkko on suunniteltu ja toteutettu vastaamaan operaattoreiden syöttämiä järjestelmiä, taajuuksia ja tehoja Uudisrakennuksiin tulisi rakentaa valmiudet antenniverkolle 20