Hochgenaue Funkfeldplanung basierend auf digitalen ...€¦ · Airspan-Basisstation Nokia Siemens Networks Basisstation. Hochgenaue Funkfeldplanung basierend auf digitalen Geländemodellen

Mit Airborne Laserscanning zur 3D-Landschaft - 25. Oktober 2007

Hochgenaue Funkfeldplanung basierendHochgenaue Funkfeldplanung basierendauf digitalen Gelauf digitalen Geläändedaten am Beispiel ndedaten am Beispiel des Saarbrdes Saarbrüücker cker WiMAXWiMAX PilotprojektesPilotprojektes

Prof. Dr.-Ing. Martin Buchholz

Hochschule für Technik und Wirtschaft - Saarbrücken

Hochgenaue Funkfeldplanung basierend auf digitalen Geländemodellen am Beispiel des Saarbrücker WiMAX PilotprojektesMit Airborne Laserscanning zur 3D-Landschaft - 25. Oktober 2007 2

InhaltInhalt

Wir und unsere PartnerWiMAXWiMAX Pilotprojekt im SaarlandFunkfeldplanungMess-KampagneVerifikation der FunkfeldplanungMessergebnisseFunkfeldplanung mit 3D Laser Scanning DatenZukünftige ArbeitenWeitere Infos


WirWir üüberber unsuns ……

SAARLAND

Campus GoebenstrasseCampus Waldhausweg

• 3845 Studierende;davon 19% ausländ.Studenten

• über 100 Professoren


WiSAARWiSAAR PraxistestPraxistest: Die Partner: Die PartnerDie folgenden Partner und Sponsoren haben sich Anfang 2006 zusammengefunden, um den ersten WiMAX Feldversuch im Saarland durchzuführen.

Die Hochschule für Technik und Wirtschaft hat die Koordination, Durchführung und wissenschaftliche Begleitung des Feldversuchs übernommen.


WiMAXWiMAXW Worldwide

I Interoperability for

M Microwave

A Access

X

WiMAX ist eine standard-basierte (IEEE 802.16-2004 bzw. IEEE 802.16e-2005), drahtlose Technologie, die die so genannte letzte Meile zu Firmengeländen oder Privathaushalten mit Breitbandanschlüssen überbrückt, wobei keine direkte Sichtverbindung notwendig ist.

Globaler Funk-Übertragungsstandard für Highspeed Internet Zugang

Weiterentwicklung des WLAN Standards 802.11. (WiFi)

Höhere Reichweiten (gute Abdeckung) und größere Datenrate als WLAN oder UMTS

Starke Verschlüsselung und unterschiedliche Serviceklassen (Quality of Service - QoS)


WiMAX Netzbetreiber muss diese Fragen schnell und zu-verlässlich beantworten können.

Unser Büro ist in derGoebenstraße 40, 3. Etage.Kann ich Ihren 8 Mbit/sService abonnieren?

Ich lebe in Saarbrückenin der Zeppelinstraße 11,1. Etage. Kann ich IhrenPremiumservice mit 4 Mbit/serhalten?

WiMAXWiMAX PilotprojektPilotprojekt: Motivation: MotivationEs existieren wenig Erfahrungswerte mit Funkübertragung ohne Sichtverbindung (non lineof sight - NLOS) bei Frequenzen höher als 2 GHz in städtischer Umgebung.

NLOS Empfang charakterisiert durchHindernisse, Mehrwegeausbreitung,Reflexionen und Dämpfungen

Es existieren keine verlässlichen Funkfeldplanungs-Tools für diesen Frequenzbereich

Funkfeldplanung schwierig!


WiMAXWiMAX PilotprojektPilotprojekt: Motivation: Motivation

Fragen an den WiMAX Netzbetreiber:

Wie ist die Abdeckung?

Wie hoch ist die erreichbare Datenrate?

Quality of Service (Paketverluste, Jitter, Verzögerungen)?

Kosten?


WiMAXWiMAX PilotprojektPilotprojekt: : ZieleZieleMachbarkeitsstudie (Proof of Concept)

Evaluierung der WiMAX Technologie und der zur Verfügung stehenden Hardware

Messkampagne und Auswertung der Daten hinsichtlich Datenrate, Reichweite, Abdeckung, Quality of Service (QoS) WiMAX Verfügbarkeit

Herleiten einer verlässlichen Funkfeldplanung fürgegebene Ausbreitungsbedingungen bei 3.5 GHz in einem städtischen Gebiet mit gegebenen Eingangs-parametern (Antennenhöhe, Topographie, Morphologie,Bebauung)

Verifikation der Funknetzplanung Verfügbarkeits-prognose


Methoden der FunkfeldplanungMethoden der FunkfeldplanungEmpirische Kanalmodelle- Berechnung mit Algorithmen, basierend auf der statistischen Auswertung vieler Messungen

und der Wahl geeigneter Approximationen. - Annahme über mittlere Gebäudehöhen, mittlerer Gebäudeabstand und mittleren

Straßenschluchtenbreiten.- Fehler der Funkfeldprognose nach diesen Verfahren häufig recht groß.- Schwierig für einen einzelnen Teilnehmer eine exakte feinräumige Prognose zu liefern. - Unterschiedliche Modelle für unterschiedliche Bebauungszenarien (COST231-Hata Modell,

Erceg, COST-Walfisch-Ikegami)

Ray Tracing Verfahren- Benutzung strahlenoptischer Modelle, bei denen in Analogie zur Optik die el.-magn. Felder

durch Strahlen beschrieben werden. - Dieses analytische Verfahren benötigt immense Rechenleistung und außerdem auch eine

exakte Beschreibung der Beschaffenheit (Reflexions, Absorption) von Gelände, Bebauungund Bewuchs.

Semi-empirische Modellierung


Line Of Line Of SightSight / Non Light of / Non Light of SightSight

Fresnel Zone

Orte mit Line of Sight

(nur topograph. Daten)


Eckdaten des FeldversuchsEckdaten des FeldversuchsStandort der Basisstation: Dach der HTW, Saarbrücken, Goebenstrasse;(25m über Grund)

Testfrequenz bei 3.5 GHz

zugewiesene Bandbreite: 3.5 MHz

Zwei 120° Sektoren1. Sektor: Städtisches Gebiet und typ.Gebäude mit 5-12 Stockwerken2. Sektor: Industriezone mit typ.Gebäudehöhen von 3-5 Etagen

ca. 50 Terminals

EIRP ist 48.7dBm


Basisstationen, Antennen Basisstationen, Antennen

Antennen

Airspan-Basisstation

Nokia Siemens NetworksBasisstation


WiMAXWiMAX TerminalsTerminals

Indoor Empfang

Outdoor Empfang

Indoor Empfangmit Fensterantenne


Simulation Simulation mitmit verschiedenenverschiedenen KanalmodellenKanalmodellen

Saarbrücken City StrukturGebäudehöhe: 20 m

Staßenbreite: 15 m

Abstand zw. Gebäuden: 20 m

Horizontal distance from receiver to last

rooftop: 10 m

Simulation mit Longley-Rice Model

(Radio Mobile)

Simulation mit COST 231 Walfisch-Ikegami


Funkfeldplanung mit Funkfeldplanung mit WiSaarSimWiSaarSim

Simulation mit digitalen Geländedaten im 90 bzw. 25 Meter Raster


Funkfeldplanung mit Funkfeldplanung mit WiSaarSimWiSaarSim

Berechnung der Fresnel Dämpfungen


Ursprüngl. Daten (SRTM1 data) Neue Daten (25m grid)

1 SRTM Shuttle Radar Topography Mission

90 Meter Aufl90 Meter Auflöösung sung vsvs 25 Meter Aufl25 Meter Auflöösungsung


1 SRTM Shuttle Radar Topography Mission

90 Meter Aufl90 Meter Auflöösung sung vsvs 25 Meter Aufl25 Meter Auflöösungsung

Ursprüngl. Vorhersage (SRTM1 Daten) Neue Vorhersage (25m Raster)


MessausrMessausrüüstungstung

WiMAX Team mit Messfahrzeug


MessausrMessausrüüstungstung

Ausstattung:Unterbrecherfreie StromversorgungSpektrumanalysator FSQ8GPSOmnidirektionale Antenne(10dBi Gewinn)Outdoor CPENotebook


Automatisierte MessungenAutomatisierte MessungenSelbstentwickeltes, automatisiertes VEE (Agilent) Mess-System:

Messung aller relevanten WiMAX ÜbertragungsparameterMessung der aktuellen geographischen PositionMessdatenspeicherung im Datenbanksystembis zu 1800 Messungen pro Stunde möglich

WiMAX Messgerät Messgeräte Programmierung


MessungenMessungen

Empfangsfeldstärke


MessungenMessungen

Modulationsverfahren für Downlink


VerifikationVerifikation unterschiedlicherunterschiedlicher KanalmodelleKanalmodelle

NRx: Punkte mit Empfang

NT: Gesamtanzahl der Messpunkte

Streuung der Kanaldämpfung Messung vs bekannten Modellen


MessergebnisseMessergebnisse

Empfangsfeldstärke


3D Laser Scanning 3D Laser Scanning DatenDaten

Zur Verfügung stehende

3D Laserscanning Daten-

Basis

DSM: Digital Surface Model



3D Laserscanning Daten (Ausschnitt um HTW Sende-Standort)



3D Laserscanning Datenbasis für Funkfeldplanung


FunkfeldplanungFunkfeldplanung mitmit LaserscanningLaserscanning DatenDaten

WiSaarSim Simulation mit geladenem DSM Kartenausschnitt



Google Earth DSM Daten



Funkfeldplanung mit Laserscandaten (DSM)


Ausblick: Arbeiten mit digitalen GelAusblick: Arbeiten mit digitalen GeläändemodellenndemodellenHochauflösende Gelände- und Gebäudedaten erlauben eine feinräumige Prognose der Empfangsqualität und damit der Bandbreite und QoS Parameter des einzelnen Teilnehmers.

Genauere Planung erlaubt eine Reduzierung der Basisstationen und damit Optimierung derAntennenstandorte und Reduzierung der elektro-magnet. Belastung. Außerdem geringereKosten, höhere Kundenzufriedenheit und vereinfachten Service.

Effektivere Planung öffentlicher Hotspots.

Aussage und Optimierung der Inhaus Versorgung erforderlich und möglich.

Reduzierung der 3D Laserscan Daten bei verschiedenen Bebauungssituationen notwendig,um Rechenaufwand in vernünftigen Grenzen zu halten.

Parameterextraktion (mittlere Gebäudehöhen, mittlerer Gebäudeabstand und mittleren Straßenschluchtenbreiten) notwendig, um bessere Annahmen für empirischeKanalmodellierung durchführen zu können.


Weitere InformationenWeitere Informationen

www. wisaar.de

www.ri-comet.de

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