Microsoft Word - ferhat_tez_son_v1FEN BLMLER ENSTTÜSÜ
2. NESL VE 3. NESL MOBL HABERLEME SSTEMLER ÇN METRO STASYONU HÜCRE PLANLAMASI
FERHAT YUMUAK
HABERLEME PROGRAMI
STANBUL, 2012
YILDIZ TEKNK ÜNVERSTES
FEN BLMLER ENSTTÜSÜ
2. NESL VE 3. NESL MOBL HABERLEME SSTEMLER ÇN METRO STASYONU HÜCRE PLANLAMASI
Ferhat YUMUAK tarafndan hazrlanan tez çalmas 18.07.2012 tarihinde aadaki jüri tarafndan Yldz Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Elektronik ve Haberleme Mühendislii Anabilim Dal’nda YÜKSEK LSANS TEZ olarak kabul edilmitir.
Tez Danman
Yldz Teknik Üniversitesi
Yldz Teknik Üniversitesi _____________________
Yldz Teknik Üniversitesi _____________________
Haliç Üniversitesi _____________________
ÖNSÖZ
Çalmalarm boyunca beni yönlendiren, tevik ve desteini esirgemeyen tez danmanm Yrd. Doç. Dr. Aktül KAVAS’a, bu çalmay gerçekletirmeme imkân tanyan Betül ALTINOK’a, bilgi ve deneyimlerini aktararak konu hakkndaki eksiklerimi gidermemde yardmc olan Nuran DEMRC’ye teekkürlerimi sunarm.
Ayrca maddi ve manevi destekleriyle her zaman yanmda olan aileme teekkür ederim.
Mays, 2012
Ferhat YUMUAK
2.1.1 Birinci Nesil Mobil Haberleme Sistemleri ................................................6
2.1.2 kinci Nesil Mobil Haberleme Sistemleri ..................................................7
2.1.3 Üçüncü Nesil Mobil Haberleme Sistemleri ..............................................8
2.1.4 Dördüncü Nesil Mobil Haberleme Sistemleri .........................................11
2.2 3GPP Sürümleri .............................................................................................13
3.1 GSM ..............................................................................................................15
3.1.2 Gezici Abone Yönetimi ...........................................................................17
4.1 UMTS ............................................................................................................29
4.1.2 Radyo Kaynak Yönetimi ..........................................................................32
BÖLÜM 5
5.3 Bina çi Tasarmda Kullanlan Elemanlar .........................................................46
BÖLÜM 6
BÖLÜM 7
KNC VE ÜÇÜNCÜ NESL MOBL SSTEMLER BNA Ç HÜCRE PLANLAMA ....................58
7.1 GSM Hücre Planlama .....................................................................................58
7.1.1 Trafik ve Kapasite ...................................................................................58
7.3.2 Benzetim Sonuçlar.................................................................................89
SMGE LSTES
Toplam sunulan trafik yükü Bir kullancnn trafik yükü Kanal says Ortalama çar süresi Kutup kapasitesi
Kullanc bit hz WCDMA yonga hz
Toplam kullanc says Birim zamandaki ortalama çar var oran, çar talebi Dikgen olmama faktörü Zaman aral Hzl sönümlenme dengelemesi Ortalama servis oran Toplam hücre yükü
ix
KISALTMA LSTES
2G Second Generation 3G Third Generation 3GPP Third Generation Partnership Project 3GPP2 Third Generation Partnership Project 2 AGCH Access Grant Channel AMPS Advanced Mobile Phone System ARIB Association of Radio Industries and Businesses ATIS Alliance for Telecommunications Industry Solutions AUC Authentication Center BCCH Broadcast Control Channel BCH Broadcast Channel BER Bit Error Rate BICN Bearer Independent Core Network BMC Broadcast/Multicast Control Protocol BS Base Station BSC Base Station Controller BSIC Base Station Identity Code BSS Base Station Subsystem BTK Biliim Teknolojileri ve letiim Kurumu BTS Base Transceiver Station CCCH Common Control Channel CCSA China Communications Standards Association CDMA Code Division Multiple Access CEPT The European Conference of Postal and Telecommunications
Administrations CGI Cell Global Identity CIR Carrier to Interference Ratio CN Core Network CPC Continuous Packet Connectivity CPCH Common Packet Channel CPICH Common Pilot Channel CS Circuit Switched CS-MGW Circuit Switched Media Gateway CTCH Common Traffic Channel
x
D-AMPS Digital AMPS DAS Distributed Antenna Systems DCCH Dedicated Control Channel DCH Dedicated Channel DCS Digital Cellular Telecommunication System DECT Digital Enhanced Cordless Telecommunications DL Downlink DPCCH Dedicated Physical Control Channel DPDCH Dedicated Physical Data Channel DRX Discontinuous Reception DS-CDMA Direct Sequence CDMA DSCH Downlink Shared Channel DS-SS Direct Sequence Spread Spectrum DTCH Dedicated Traffic Channel DTX Discontinuous Transmission EDGE Enhanced Data Rate for GSM Evolution EIR Equipment Identity Register EIRP Effective Isotropic Radiated Power EPC Evolved Packet Core ETSI European Telecommunications Standards Institute E-UTRA Evolved UTRA E-UTRAN Evolved UTRAN FACCH Fast Associated Control Channel FACH Forward Access Channel FCCH Frequency Correction Channel FDD Frequency Division Duplex FDMA Frequency Division Multiple Access FM Frequency Modulation FPLMTS Future Public Land Mobile Telecommunications Systems GERAN GSM/EDGE Radio Access Network GGSN Gateway GPRS Support Node GMSC Gateway MSC GMSC-S GMSC Server GMSK Gaussian Minimum Shift Keying GOS Grade of Service GPRS General Packet Radio Service GSM Global System for Mobile Communication HLR Home Location Register HSCSD High Speed Circuit Switched Data HSDPA High Speed Downlink Packet Access HSPA High Speed Packet Access HSUPA High Speed Uplink Packet Access IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers IMEI International Mobile Equipment Identity IMS IP Multimedia Subsystem IMSI International Mobile Subscriber Identity IMT-2000 International Mobile Telephony 2000
xi
IMT-A IMT Advanced IP Internet Protocol IS Interim Standard ISI Inter Symbol Interference ITU International Telecommunication Union ITU-R ITU Radiocommunication Sector L1-2-3 Layer 1-2-3 LA Location Area LAI Location Area Identity LTE Long Term Evolution LTE-A LTE Advanced MAC Medium Access Control MCM Multicasting Matrix ME Mobile Equipment MGW Media Gateway MIMO Multiple Input and Multiple Output MS Mobile Station MSC Mobile Services Switching Center MSC-S MSC Server NMC Network Management Center NMT Nordic Mobile Telephony NR Noise Rise NSS Network Switching Subsystem NTT Nippon Telegraph and Telephone OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access OMC Operation and Maintenance Center OMSS Operation and Management Subsystem OVSF Orthogonal Variable Spreading Factor PCCH Paging Control Channel PCCPCH Primary Common Control Physical Channel PCH Paging Channel PCPCH Physical Common Packet Channel PDC Personal Digital Cellular PDCP Packet Data Convergence Protocol PDSCH Physical Downlink Shared Channel PG Processing Gain PLMN Public Land Mobile Network PRACH Physical Random Access Channel PS Packet Switched PSK Phase Shift Keying QAM Quadrature Amplitude Modulation R99 Release 99 RAB Radio Access Bearer RACH Random Access Channel RLC Radio Link Control RNC Radio Network Controller RNS Radio Network Subsystem
xii
RRC Radio Resource Control RSCP Received Signal Code Power SACCH Slow Associated Control Channel SCCPCH Secondary Common Control Physical Channel SCH Synchronization Channel SDCCH Standalone Dedicated Control Channel SF Spreading Factor SGSN Serving GPRS Support Node SIM Subscriber Identity Module SIR Signal to Interference Ratio SNR Signal to Noise Ratio SRB Signalling Radio Bearer TACS Total Access Cellular System TCH Traffic Channel TD-CDMA Time Division CDMA TDD Time Division Duplex TDMA Time Division Multiple Access TD-SCDMA Time Division Synchronous CDMA TIA Telecommunications Industry Association TRX Transceiver TSG Technical Specification Group TSL Time Slot TTA Telecommunications Technology Association TTC Telecommunications Technology Committee UE User Equipment UL Uplink UMTS Universal Mobile Telecommunications System USIM UMTS Subscriber Identity Module UTRA Universal Terrestrial Radio Access UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network UWC Universal Wireless Communication VLR Visitor Location Register WARC World Administrative Radio Congress WCDMA Wideband CDMA WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access WMAN Wireless Metropolitan Area Network WRC World Radiocommunication Conference
xiii
ekil 2.2 IMT-2000 radyo arayüzleri ve artnameleri hazrlayan kurulular ..............10
ekil 2.3 Kablosuz haberleme sistemlerinin geliimi ...............................................12
ekil 2.4 3GPP sürümlerine genel bak ...................................................................13
ekil 3.1 TDMA/FDD yaps ......................................................................................16
ekil 3.4 Erlang B durum geçi emas .....................................................................26
ekil 4.1 Kullanc verilerinin kanaldaki durumu .......................................................30
ekil 4.2 Kanal tanmlama kod aac ........................................................................31
ekil 4.3 WCDMA’de aktarmalar, (a) Daha yumuak aktarma, (b) Yumuak aktarma .. ..................................................................................................................33
ekil 4.4 Hava arayüzü protokol yaps [19] .............................................................35
ekil 4.5 Kanal adreslemeleri [20]............................................................................36
ekil 4.6 ebeke yaps.............................................................................................37
ekil 5.2 ehir içinde baz istasyonu sinyallerinin dalm .........................................41
ekil 5.3 Bina içi kapsama sistemi kullanlarak kapasite art salanmaktadr ..........42
ekil 5.4 Planlama süreci .........................................................................................44
ekil 5.5 Eeksenel kablolar, (a) 1/2", (b) 7/8" [23], [24] ..........................................46
ekil 5.6 Bölücü [25] ................................................................................................47
ekil 5.8 ki aamal karma birletirici [25] ...............................................................48
ekil 5.9 Çift bantl birletirici [25] ...........................................................................49
ekil 5.10 Çoa gönderim matrisi [26] .......................................................................50
ekil 5.11 Bina içi tümyönlü anten [25] .....................................................................50
ekil 5.12 Bina içi yönlü anten [25] ............................................................................51
ekil 5.13 RBS 2216 bina içi GSM baz istasyonu [27] ..................................................51
ekil 5.14 RBS 6601 ana birim ve uzak birim [28].......................................................52
ekil 6.1 GSM ve UMTS baz istasyonlarnn sisteme balants .................................55
ekil 6.2 Bina içi DAS emas-1.................................................................................56
ekil 6.3 Bina içi DAS emas-2.................................................................................57
ekil 7.1 Yukar ve aa link ....................................................................................60
ekil 7.2 Radyo eriim taycs ...............................................................................66
xiv
ekil 7.4 1-50 m’deki serbest uzay kayb ..................................................................85
ekil 7.5 Çoklu-duvar modeli yol kayb, 4 ince veya kaln duvar, 900 MHz ...............88
ekil 7.6 Çoklu-duvar modeli yol kayb, 4 ince veya kaln duvar, 2100 MHz .............89
ekil 7.7 Gie kat benzetimi ....................................................................................90
ekil 7.8 Peron kat benzetimi .................................................................................91
ekil 7.9 Gie kat 2G sinyal kalitesi (RxQual) ...........................................................93
ekil 7.10 Gie kat 2G sinyal seviyesi (dBm) ..............................................................93
ekil 7.11 Gie kat 3G sinyal kalitesi, Ec/N0 (dB) ........................................................94
ekil 7.12 Gie kat 3G sinyal seviyesi, RSCP (dBm) ....................................................94
ekil 7.13 Peron kat 2G sinyal kalitesi (RxQual).........................................................95
ekil 7.14 Peron kat 2G sinyal seviyesi (dBm) ...........................................................95
ekil 7.15 Peron kat 3G sinyal kalitesi, Ec/N0 (dB) .....................................................96
ekil 7.16 Peron kat 3G sinyal seviyesi, RSCP (dBm) ..................................................96
xv
Çizelge 4.2 Mantksal kanallar ................................................................................35
Çizelge 5.2 Bölücü özellikleri [25] ...........................................................................47
Çizelge 5.3 Dengesiz bölücü özellikleri [25] .............................................................47
Çizelge 5.4 Karma birletirici özellikleri [25] ............................................................48
Çizelge 5.5 Çift bantl birletirici özellikleri [25] .......................................................49
Çizelge 5.6 MCM özellikleri [26]..............................................................................49
Çizelge 5.7 Tümyönlü anten özellikleri [25].............................................................50
Çizelge 5.8 Yönlü anten özellikleri [25] ...................................................................51
Çizelge 7.1 Megul saatteki GSM trafik profili .........................................................59
Çizelge 7.2 TRX ve kullanc saylar .........................................................................60
Çizelge 7.3 MS özellikleri ........................................................................................61
Çizelge 7.5 Anten özellikleri ....................................................................................63
Çizelge 7.7 Sunulan UMTS hizmetleri ......................................................................67
Çizelge 7.8 UMTS çoklu RAB’ler ..............................................................................67
Çizelge 7.9 Megul saatteki devre ve paket anahtarlamal trafik profili ...................69
Çizelge 7.10 Bir kullancnn megul saatteki ortalama trafik profili ...........................70
Çizelge 7.11 Yukar link kapasite hesaplamalarnda kullanlan parametreler .............71
Çizelge 7.12 Çoklu RAB yukar link kapasite hesaplama parametreleri ......................71
Çizelge 7.13 Yukar link Mkutup ve hedef yük deerleri ...............................................72
Çizelge 7.14 Aa link kapasite hesaplamalarnda kullanlan parametreler ..............73
Çizelge 7.15 Çoklu RAB aa link kapasite hesaplama parametreleri ........................74
Çizelge 7.16 Aa link Mkutup ve hedef yük deerleri ................................................75
Çizelge 7.17 UE özellikleri .........................................................................................76
Çizelge 7.19 CPICH giriim pay hesabnda kullanlan parametreler...........................79
Çizelge 7.20 Aa link bütçesi ..................................................................................80
Çizelge 7.21 Servislere göre DCH güçleri ...................................................................82
Çizelge 7.22 Servislere göre toplam yük deerleri.....................................................83
Çizelge 7.23 Yayma faktörüne göre bit hzlar ...........................................................84
xvi
Çizelge 7.26 Bina içi kapsama seviyeleri ....................................................................92
Çizelge 8.1 GSM kullanc says ve toplam trafik .....................................................98
Çizelge 8.2 GSM yukar ve aa link bütçesi ...........................................................98
Çizelge 8.3 2G sinyal seviyesi ölçüm sonuçlar ........................................................99
Çizelge 8.4 2G sinyal kalitesi ölçüm sonuçlar..........................................................99
Çizelge 8.5 UMTS kullanc trafik profili ................................................................. 100
Çizelge 8.6 Yukar link kapasite deerleri .............................................................. 101
Çizelge 8.7 Aa link kapasite deerleri................................................................ 101
Çizelge 8.8 UMTS yukar ve aa link bütçesi ....................................................... 102
Çizelge 8.9 DCH güçleri ......................................................................................... 102
Çizelge 8.10 3G sinyal seviyesi ölçüm sonuçlar ...................................................... 103
Çizelge 8.11 3G sinyal kalitesi ölçüm sonuçlar........................................................ 103
xvii
ÖZET
2. NESL VE 3. NESL MOBL HABERLEME SSTEMLER ÇN METRO STASYONU HÜCRE PLANLAMASI
Ferhat YUMUAK
Yüksek Lisans Tezi
nternet kullanmnn yaygnlamasyla birlikte mobil sistemler üzerinden internet eriiminin salanmas temel bir ihtiyaç haline gelmitir. Bu duruma paralel olarak çoklu ortam haberlemesine olan talep gün geçtikçe art göstermektedir. Mobil haberleme sistemlerinin artan talepteki iletiim ihtiyaçlarn yüksek kalite ve yeterli kapasiteyle salayabilmesi önem tamaktadr.
Ülkemizde mobil haberleme sistemlerinden ikinci nesilde GSM, üçüncü nesilde ise UMTS (WCDMA) kullanlmaktadr. kinci nesil sistemlerle ses haberlemesi sorunsuz bir ekilde sunulurken veri haberlemesinde yüksek hzlara çklamamaktadr. Teorik olarak GPRS’de maksimum 171.2 kbps, EDGE’de ise 473.6 kbps hznda veri iletimi yaplabilmektedir. Sistemin yaps gerei yaanan snrlamalar üçüncü nesil mobil haberleme sistemlerinin geliiminde büyük rol oynamtr. Üçüncü nesil sistemler kullanclara yüksek hz ve performansta veri haberlemesini sunmaktadr. WCDMA’de teorik olarak maksimum 2 Mbps, HSDPA’de 16-QAM modülasyonu kullanlarak 14.4 Mbps hznda haberleme yaplabilmektedir. 64-QAM ve çift taycl sistemin ezamanl kullanm sonucunda HSDPA’de daha yüksek hza ulalabilmektedir. HSUPA’de ise 16-QAM modülasyonunun kullanm yukar linkteki veri hzn artrmtr. Veri hzlarnda yaanan gelimeler sonucunda kullanclarn hayatn kolaylatran ve mobil telefonlaryla bütün iletiim ihtiyaçlarn karlamalarn salayan servisler art göstermitir.
xviii
kinci ve özellikle üçüncü nesil sistemlerde bina içinde yeterli ve baskn kapsama alanlarnn oluturulmas sistem performans açsndan önemlidir. Bina içi alanlar makro hücreden kapsandnda kayplarn fazla olmas nedeniyle yüksek hzda veri haberlemesi yaplamamaktadr. Bina içi datlm anten sistemi kullanlarak yüksek trafik üreten kullanclarn kapsanmas sonucunda bina içi ve ayn zamanda makro hücre kapasitesi ve haberleme performans artrlmaktadr. Çalmann yapld bina içi alan konum olarak yer altnda bulunmaktadr. Dolaysyla bu alanda kapsamann salanabilmesi için bina içi sistemin kullanlmas gerekmektedir.
Bu tez çalmasnda ikinci nesilde GSM ve üçüncü nesilde UMTS için DAS sistemi kullanlarak bina içi hücre planlamas yaplmtr. Teorik hesaplamalarn yaplmasnn ardndan sahada alnan ölçüm sonuçlarna göre sistem performans gözlenmitir. Ayrca elde edilen teorik ve pratik sonuçlar karlatrlmtr. Bina içi kapsamann önemi farkl yönlerden incelenmi ve planlama süreci ile kullanlan DAS yaps ayrntl olarak açklanmtr.
Anahtar Kelimeler: GSM, UMTS, WCDMA, datlm anten sistemleri, bina içi hücre planlama
YILDIZ TEKNK ÜNVERSTES FEN BLMLER ENSTTÜSÜ
xix
ABSTRACT
SUBWAY STATION CELL PLANNING FOR 2ND GENERATION AND 3RD GENERATION MOBILE COMMUNICATIONS SYSTEMS
Ferhat YUMUAK
MSc. Thesis
Advisor: Assist. Prof. Dr. Aktül KAVAS
Accessing to internet over mobile systems became basic requirement with spreading usage of internet. In parallel to this situation, demand for multimedia communications increasing day by day. It’s important to mobile systems provide growing communication requirements with high quality and sufficient capacity.
Second generation system GSM and third generation system UMTS (WCDMA) are used in our country for mobile communications. In second generation systems voice communication submitted without any problem but it’s not possible to go up to higher rates on data communication. Theoretically, GPRS maximum data transfer speed is 171.2 kbps and EDGE is 473.6 kbps. Due to the nature of the system, limitations had big impact on developing of third generation mobile communications systems. Third generation systems provide high speed and performance data communication. Theoretically, WCDMA maximum data speed is 2 Mbps and HSDPA maximum speed is 14.4 Mbps with 16-QAM modulation. Higher rates can be reached in HSDPA with simultaneous usage of 64-QAM and dual carrier system. Usage of 16-QAM modulation increased HSUPA data rate in uplink. As a result of developments in data rates, applications that make users’ life easier and meet all communication needs with mobile phones have increased.
It is important to create sufficient and dominant coverage areas indoor at second and especially third generation systems in terms of system performance. When indoor
xx
areas covered from macro cell, high speed data communication can’t make due to excessive link loss. Using indoor distributed antenna systems indoor and macro cell capacity and communication performance increased with covering users who generates high traffic. The working place is underground. So, indoor system must be used for provide full coverage in this area.
In this thesis, indoor cell planning have made using DAS system for GSM at second generation and UMTS at third generation. System performance has been observed according to the results of the measurement taken from the site after completion of theoretical calculations. Also, theoretical and practical results were compared. The importance of indoor coverage analysed in different ways and the planning process explained particularly with used DAS structure.
Keywords: GSM, UMTS, WCDMA, distributed antenna systems, indoor cell planning
YILDIZ TECHNICAL UNIVERSITY
1
1.1 Literatür Özeti
Schuh ve Sommer [1], bina içi WCDMA kapsama ve kapasite benzetimini aktif, pasif ve
fiber yaplandrmalarda ses ve paket servisleri için yaparak elde edilen sonuçlar hücre
yarçap ve kullanc saylar açsndan karlatrmlardr.
Beijner [2], çalmasnda üçüncü nesil mobil sistemler için bina içi kapsamann önemini
ve getirdii avantajlar çeitli sistem parametreleri üzerinden örnekler ve
karlatrmalarla açklam, datlm anten sisteminin salad kolaylklar ile bina içi
kapsama çözümlerini kullanan farkl ülkelerdeki operatörlerin deneyimlerini
belirtmitir.
Borkowski vd. [3], UMTS ebekesinin bina içi kapasitesini artrabilmek amacyla
datlm anten sistemine bal tekrarlayclarn uygulanabilirliini incelemilerdir.
Sahada yaptklar ölçümlere göre sistemin performansn tekrarlayc kullanlmayan
tasarmla karlatrmlardr. Elde ettikleri sonuçlara göre kullandklar sistemin
kapasite art salad sonucuna ulamlardr.
Isotalo vd. [4], çalmasnda bina içi farkl anten yaplandrmalarnn sinyal kalitesi ve
sistem performans üzerindeki etkilerini incelemi, alnan ölçüm sonuçlarna göre
elektromanyetik dalga yayc kablo da dâhil olmak üzere anten yaplandrmalarn
karlatrarak yorumlamlardr.
Rodríguez vd. [5], yüksek hzl tren güzergâhnda bulunan tüneller için datlm anten
sistemlerini kullanarak GSM hücre planlamas yapm ve sistemi farkl koullarda test
2
kullanmlardr. Yaylm modeli üzerinden yaptklar kayp hesaplamalarn ölçüm
sonuçlaryla karlatrmlardr.
Braz ve Hoefel [6], bina içi WCDMA Sürüm 99 ve HSDPA Sürüm 5 için kapsama ve
kapasite hesaplamalar yapm, kullandklar yaylm modeli ve hesaplamalarda elde
ettikleri sonuçlar bina içi sistemden aldklar ölçümlerle karlatrmlardr.
1.2 Tezin Amac
sistemleri gün geçtikçe artan bilgiye ulama, bilgiyi paylama ve iletiim ihtiyaçlarmz
karlamaktadr. Bilgi ça olarak adlandrabileceimiz bu dönemde haberlemenin
kesintisiz ve yüksek kalitede yaplabilmesi büyük önem tamaktadr. Geçmiten
günümüze kadar olan zaman diliminde mobil haberleme sistemleri farkl nesiller
eklinde gruplanmaktadr. Bir sonraki neslin getirecei yenilik ve sistemdeki gelimeler
haberleme alkanlklarmza bal olarak deiiklik göstermektedir. Sürekli art
gösteren haberleme ihtiyacmz mobil sistemlerin hangi yönde geliim göstereceini
belirlemektedir.
GSM sistemiyle birlikte dünya genelinde olduu gibi ülkemizde de mobil haberleme
kullanm önemli ölçüde yaygnlamtr. Temel olarak ses iletimine dayal bu standarda
yaplan GPRS ve EDGE eklentileri, çkt döneme göre kullanclarn yüksek hzda paket
haberlemesi yapabilmelerini salamtr. Her ne kadar sistem ses ve veri
haberlemelerini gerçekletirebiliyor olsa da kullanlan modülasyon, çoklu eriim
teknii gibi parametreler sistemin performans ve kapasitesi üzerinde snrlandrc etki
yapmaktadr.
WCDMA arayüzünün salad yeni özelliklerle daha yüksek bant geniliinde ve
performansta haberleme deneyimi sunmaktadr. UMTS, yaps gerei yeni servislerin
kullanlmasna olanak salamtr. Ayrca UMTS sisteminin GSM ile uyumlu olarak
çalabilmesi ikinci ve üçüncü nesil sistemler arasndaki geçii kolaylatrmaktadr.
Dünyada ve ülkemizde yüksek hzlarda veri talep eden abonelerin 80%’i bina içinde
haberlemektedir. merkezleri, plazalar ve terminaller gibi kullanclarn youn olduu
3
bu alanlarda haberleme ihtiyacnn karlanabilmesi için bina içi kapsama büyük önem
tamaktadr.
Bu çalmann amac ikinci nesil GSM ve üçüncü nesil UMTS sistemleri için metro
istasyonu hücre planlamasnn yaplmas, benzetim ve sahada alnan ölçüm verilerine
göre elde edilen pratik ve teorik sonuçlarn karlatrlarak kapsama ve kapasite
analizinin yaplmasdr. Ayrca GSM ve UMTS sistem özelliklerinin açklanmas, bina içi
hücre planlamasnn önemi, aamalar ile kullanlan bina içi kapsama elemanlarnn ve
kapsama çözümünün incelenmesi çalmann dier amaçlardr.
1.3 Bulgular
geliimden bahsedilmitir. Ayrca bu bölümde 3GPP tarafndan yaymlanan sürümler
ksaca açklanmtr.
Üçüncü bölümde GSM sisteminin yapsal özelliklerinden bahsedilerek ebeke mimarisi
ve elemanlar, GSM haberleme frekanslar, TDMA radyo eriimi ve kanal yaps
açklanmtr. Bunun yannda gezici abone yönetimi ayrntl olarak incelenmi, snrl
sistem kaynaklar altnda hizmet verilebilecek kullanc saysn tanmlayan trank kuram
anlatlmtr.
salayan güç kontrolü, hücreler arasndaki geçii mümkün klan aktarma çeitleri ve
farkl fazdaki iaretlerin alcda toplanarak elde edilmesine olanak tanyan trmk alc
yaps anlatlmtr. Ayrca radyo arayüzü protokol yaps ve kanal türleri de
incelenmitir.
Beinci bölümde bina içi kapsamann önemi farkl yönlerden ele alnarak açklanmtr.
Bina içi planlama sürecinde takip edilen admlar ve tasarmda kullanlan elemanlar
ayrntl olarak açklanmtr.
Altnc bölümde pasif, aktif ve karma DAS yaplarndan bahsedilmitir. Yaplan bina içi
tasarmn DAS emas belirtilmi ve sistemin yaps açklanmtr.
4
Yedinci bölümde GSM ve UMTS sistemleri için kullanc profilinin belirlenmesinin
ardndan sistemlerin karakteristik özellikleri göz önünde bulundurularak trafik, kapasite
ve kapsama hesaplamalar yaplmtr. Ayrca sistemlerin frekans ve kod yaplarndan
bahsedilmitir. Serbest uzay kayb ve anten servis alanlarnn hesaplanmasnda
kullanlan bina içi yaylm modeli ayrntl olarak açklanmtr. Bina içi kapsama sistemi
ve yaylm modeline göre benzetim yaplarak kapsama performans gözlenmi ve
sonuçlar belirtilmitir. Sahada alnan ölçüm sonuçlar, tasarmda kullanlan kapsama
seviyeleri açklanmtr.
karlatrlm, teorik ve pratik uygulama arasndaki farklar açklanarak yorumlanmtr.
5
1890’l yllarda Guglielmo Marconi tarafndan mors kodu kullanlarak radyo dalgalar ile
yaplan ilk iletiimden günümüze kadar geçen sürede mobil haberleme inanlmaz
aamalar kaydederek insanlar için artk vazgeçilemez bir ihtiyaç haline gelmitir. Gün
geçtikçe mobil kullanc says ve beklentileri artmaktadr. Kullanclarn farkl
dönemlerdeki farkl ihtiyaçlarna ve teknolojik geliime göre ekillenen mobil
haberleme sistemleri günümüzdeki haline ulamtr.
2.1 Tarihçe ve Teknolojik Geliim
Hücresel kapsama kavram ilk olarak AT&T/Bell laboratuvarlar tarafndan 1947 ylnda
gelitirildi. Mobil haberleme sistemlerinin günümüze kadar olan geliimi içinde bu
kavram bütün sistemler için temel oluturmutur. Bunun öncesinde kullanlan ticari
sistemler basit yapya sahipti. Yaplan aramalar operatörler tarafndan balanmaktayd.
Telefonlar araçlara kurulu donanm ve anten sistemleriyle kullanlmaktayd. Zaman
içinde mobil telefon kullanm giderek yaygnlat ve ebekenin daha küçük ve daha
fazla hücreye bölünmesi fikri ortaya çkt. Böylece artan kapasite ihtiyacnn
karlanmas ve ebekede kullanc hareketliliinin artrlmas saland. Hücresel
kapsama kavramnn gelitirilmesinin ardndan dünyann farkl bölgelerinde çeitli
hücresel sistemler gelitirildi. Bu dorultuda kullanlan teknoloji hücresel teknoloji ve
telefonlar da hücre telefonu (cep telefonu) olarak adlandrlmtr.
6
kullanc says önceki yllara oranla büyük art göstermitir. Küresel anlamda son 11
yldaki mobil kullanc saysnn geliimi ekil 2.1’de gösterilmitir [7].
2.1.1 Birinci Nesil Mobil Haberleme Sistemleri
Dünyadaki ilk hücresel sistem 1979 ylnda Japonya’da kullanma açld ve ebeke NTT
(Japonya Telgraf Telefon) tarafndan iletilmekteydi. ki yl sonra, 1981 ylnda
skandinavya’da NMT (Kuzey Avrupa Mobil Telefon) standard 450 MHz bandnda
kullanlmaya baland. Ardndan 1982 ylnda ngiltere ve rlanda’da hücresel
haberleme için TACS (Tüm Eriim Hücresel Sistemi) kullanma sunuldu. ABD’de ise ilk
hücresel lisanslar 1981 ylnda alnd ve 1983 ylnda AMPS (leri Mobil Telefon Sistemi)
kullanlmaya baland.
Birinci nesil sistemlerde analog iletim teknikleri kullanlarak ses servisleri
sunulmaktayd. Ses kalitesi tutarsz, güvenlik yetersiz, kullanlan telefonlar çok pahal,
büyük boyutlarda ve yüksek güçte çalmaktayd. Kullanclar arasnda ses karmas,
czrt gibi gürültü etkileri oldukça sk yaanan problemlerdi. Teknik olarak birbirine
benzeyen bu sistemler 25-30 kHz kanal aral ile dar bant FM modülasyonu tekniine
dayanmaktaydlar [8]. Kullanlan sistemlerin her biri kendi standartlarnda
tasarlanmt. O dönemlerde haberleme sistemleri standartlarnn gelitirilmesi için
herhangi bir çalma olmadndan sistemler birlikte çalabilirlie sahip deildi ve
7
kullanc saysnda önemli art yaand.
2.1.2 kinci Nesil Mobil Haberleme Sistemleri
1980’li yllarn sonlarna doru Avrupa’da birbiriyle uyumsuz, birlikte çalamayan farkl
hücresel standartlar bulunmaktayd. CEPT (Avrupa Posta ve Telekomünikasyon
Yönetimleri Konferans) tarafndan Avrupa kapsaml mobil telefon sisteminin
gelitirilmesi amacyla GSM (Mobil Haberleme için Küresel Sistem) projesi balatld.
Yaplan TDMA (Zaman Bölüümlü Çoklu Eriim), FDMA (Frekans Bölüümlü Çoklu
Eriim) ve CDMA (Kod Bölüümlü Çoklu Eriim) tabanl önerilerin deerlendirilmesi
sonucunda GSM standardnda TDMA sisteminin kullanlmasna karar verildi. 1989
ylnda GSM’le ilgili çalmalar ETSI (Avrupa Telekomünikasyon Standartlar Enstitüsü)
devralarak devam ettirdi. Teknik esaslarn hazrlanmasnn ardndan ilk saysal hücresel
haberleme sistemlerinden biri olan GSM, 1991 ylnn banda duyuruldu. Ayn anda
ABD’de TIA (Telekomünikasyon Endüstri Birlii) tarafndan saysal hücresel haberleme
standard oluturmak için yaplan çalmalar sonucunda TDMA tabanl IS-54 (Ara
Standart) standard gelitirildi. Ek servisleri destekleyen IS-136 ise 1996 ylnda
duyuruldu. 1993 ylnda yine TIA tarafndan CDMA tabanl IS-95A (cdmaOne) standard
gelitirildi. Japonya’da kullanlan ikinci nesil TDMA standard PDC (Kiisel Saysal
Hücresel) olarak adlandrlmaktadr. 1800 MHz bandnda çalan GSM sistemi ise DCS
(Saysal Hücresel Telekomünikasyon Sistemi) olarak adlandrlmaktadr.
1990’l yllarn banda saysal iletim teknolojisiyle birlikte gelien teknoloji ikinci nesil
mobil sistemler olarak adlandrld. Saysal teknolojiyle sistem kapasitesi ve servis
kalitesinin artrlabilmesi, daha hafif ve küçük boyutlarda mobil telefon üretilebilmesi
mümkün oldu. Ayrca güvenlik, hata kontrolü gibi denetimler de artrld.
kinci nesildeki önemli mobil haberleme standartlar olarak GSM, D-AMPS (IS-54 ve IS-
136 standartlarn içermektedir), CDMA IS-95A, PDC ve DCS gösterilebilir.
GSM standardnda sunulabilen veri hizmeti oldukça düük hzlardayd. Ayrca devre
anahtarlamal balant veri iletimi için uygun yapda deildi. ebekedeki snrlamalar
GSM standardna yaplan GPRS (Genel Paket Radyo Hizmeti) eklentisi ve dier
standartlara yaplan eklentilerle (örnein, IS-95B) belirli bir süre için ald. Bu
8
ayrlarak deiken hzlarda veri haberlemesi yaplmasn salayan paket anahtarlamal
bir teknolojidir. GPRS’de CS1-4 olmak üzere dört farkl kod kümesi zaman dilimi bana
9.05 kbps ile 21.4 kbps aralnda farkl veri hzlarn salamaktadr.
EGDE (GSM Evrimi için Gelitirilmi Veri Hz) sisteminde ise 8.8 kbps ile 59.2 kbps
aralnda farkl veri hzlarn salayan 9 tane kod kümesi MCS1-9 bulunmaktadr.
GPRS’ye göre daha yüksek hzlara çklabilmesi 8PSK (8’li Faz Kaydrmal Anahtarlama)
modülasyonunun kullanlmasyla salanmtr. EDGE, UMTS’ye (Evrensel Mobil
Telekomünikasyon Sistemi) alternatif bir teknoloji deildir ancak baz durumlarda
tamamlayc olarak kullanlabilmektedir. 2.5G sistemlerinde veri hzlar ve servis
kullanm oranlarndaki artlar sonucunda mobil sistemlerde veri haberleme
uygulamalarnn büyük bir önem ve potansiyele sahip olduu görülmütür.
Her ne kadar dünya çapnda ebeke için standartlama amaçlansa da Avrupa, Japonya
ve ABD’de kullanlan standartlarn birbirlerinden farkl olmas nedeniyle ikinci nesil
sistemlerle bu amaca ulalamamtr. Bu standartlarn içinde GSM, teknik ve ticari
anlamda bekleneni en çok veren, belirli oranda dünya çapnda standart olarak
tanmlanabilen sistemdir.
Dünya çapnda ortak standart ihtiyac, kapasite yetersizlii ve daha yüksek veri hzlarna
olan ihtiyaç sonucunda üçüncü nesil sistemler domutur. Üçüncü nesil sistemler
kullanclara sesli görümenin haricinde görüntülü görüme, sosyal alar, mobil
televizyon, konum tabanl servisler, yüksek hzlarda veri haberleme uygulamalarn
kullanabilme ve üçüncü nesil teknolojinin getirdii dier yeniliklerden faydalanabilme
imkân salamaktadr.
Üçüncü nesil mobil haberlemeyle ilgili çalmalara 1980’li yllarda ITU (Uluslararas
Telekomünikasyon Birlii) bünyesinde baland. Birliin çalmalar dünya çapnda IMT-
2000 (Uluslararas Mobil Telekomünikasyon-2000) (eski adyla FPLMTS) (Gelecek Kamu
Karasal Mobil Telekomünikasyon Sistemleri) standardn oluturma amacn
tamaktayd. Bu standarda göre üçüncü nesil mobil haberlemenin Avrupa, ABD ve
Asya’da ortak bir frekans bandnda yaplmas düünülüyordu.
9
IMT-2000 için ilk olarak 1992 ylnda Dünya dari Radyo Kongresi’nde (WARC-92) 230
MHz’lik frekans band tanmland. Buna göre küresel spektrum 1885-2025 ve 2110-
2200 MHz bantlar olarak belirlendi. 230 MHz’lik bu bantta 2x60 MHz FDD (Frekans
Bölüümlü Çift Yönlü), 35 MHz ise TDD (Zaman Bölüümlü Çift Yönlü) için
tanmlanmtr. 2000 ylnda ek spektrum tanmlamas Dünya Radyohaberleme
Konferans’nda (WRC-2000) ikinci nesil sistemler için kullanlan 806-960 MHz band ile
1710-1885 MHz ve 2500-2690 MHz bantlarnn belirlenmesiyle gerçekletirildi. 2007
ylnda yine Dünya Radyohaberleme Konferans’nda (WRC-07) 450 MHz’de ek bir bant
tanmlamas daha yapld.
bölgesel olarak deiiklik göstermektedir. Bu nedenle 3G dolam çok bantl cihazlarla
salanabilmektedir.
nesil sistemlerin gelitirilmesi için çeitli çalmalar yürütülmekteydi. Avrupa, Japonya
ve ABD’de üçüncü nesil sistemler üzerine yaplan çalmalarda WCDMA (Geni Bant
CDMA) tabanl eriim teknii kullanlmaktayd. 1996 ylnda üçüncü nesil sistemler için
standartlama çalmalar ETSI tarafndan balatlmtr. Bu sürecin sonunda, 1998
ylnda UMTS için WCDMA eli spektrumda (FDD) ve TD-CDMA (Zaman Bölüümlü
CDMA) eli olmayan spektrumda (TDD) kullanlacak arayüzler olarak seçilmitir.
WCDMA standartlamasna ETSI ve ARIB tarafndan 1998 ylnn sonunda 3GPP’nin
(Üçüncü Nesil Ortaklk Projesi) kuruluuna kadar devam edilmitir. Üçüncü nesil mobil
sistemler için küresel artnameler hazrlanabilmesi amacyla standartlama kurumlar
tarafndan ibirlii yaplmas sonucunda 3GPP oluturulmutur. Bu kurumlar ETSI
(Avrupa), ARIB ve TTC (Japonya), TTA (Kore), CCSA (Çin) ve ATIS (ABD) eklindedir.
3GPP farkl Teknik artname Gruplar’ndan (TSG) olumaktadr ve ikinci nesilde GSM,
üçüncü nesilde UTRA (Evrensel Karasal Radyo Eriimi) ve dördüncü nesilde E-UTRA
(Evrimlemi-UTRA) standartlarn belirlemektedir. Üçüncü nesil ortaklk projesine
benzer bir dier proje olan 3GPP2 ise 1999 ylnda kurulmutur ve cdma2000 sistemi
10
için üçüncü nesil tanmlamalar yapmaktadr. ARIB, CCSA, TIA, TTA ve TTC 3GPP2
bünyesindeki kurumlardr.
ITU bünyesinde üçüncü nesille ilgili devam eden çalmalar 3GPP ve 3GPP2 ortaklk
projelerinin uluslararas çerçevede standartlama çalmalar yapmalarna olanak
salamtr. Üçüncü nesil sistemler ITU tarafndan IMT-2000 olarak adlandrlmaktadr.
IMT-2000 çerçevesinde standartlama kurumlar tarafndan farkl standartlar
tanmlanmtr. 1999 ylnda ITU, IMT-2000 için be tane radyo arayüzünü onaylamtr
[10]. Bunlar UTRA FDD, cdma2000, UTRA TDD, UWC 136 (Evrensel Kablosuz
Haberleme) ve DECT (Saysal Gelitirilmi Telsiz Telekomünikasyon) eklindedir. 2007
ylnda OFDMA (Dikgen Frekans Bölüümlü Çoklu Eriim) TDD WMAN (Kablosuz Kentsel
Alan A), ITU tarafndan altnc karasal radyo arayüzü olarak kabul edilmitir [11]. Ana
IMT-2000 tavsiyesi IMT-2000 radyo arayüzü artnamelerini tanmlayan ITU-R
M.1457’dir [12].
ekil 2.2 IMT-2000 radyo arayüzleri ve artnameleri hazrlayan kurulular
Avrupa’da üçüncü nesil sistemler için UMTS tanm kullanlmaktadr. UMTS ile üçüncü
nesil sistemlerin yannda ikinci nesil sistemlerle birlikte çalma salanarak ikinci nesil
ebekeden üçüncü nesle sorunsuz geçi amaçlanmaktadr.
Üçüncü nesil sistemler 3GPP bünyesinde UTRA olarak adlandrlmakta ve UTRA FDD ile
UTRA TDD olmak üzere iki farkl çalma modundan olumaktadr. UTRA FDD ile yukar
ve aa linkte ayr frekanslar kullanlarak iletim yaplrken UTRA TDD ile yukar ve aa
11
WCDMA arayüzü FDD modunu kullanrken, TD-CDMA ve TD-SCDMA (Zaman Bölüümlü
Ezamanl CDMA) arayüzleri TDD modunu kullanmaktadr. Çin’de WCDMA’ya alternatif
olarak gelitirilen TD-SCDMA Sürüm 4’te duyurulmutur.
3GPP tarafndan ilgili ITU tavsiyelerine göre yaplan çalmalarda elde edilen sonuçlar
ITU’ye iletilmektedir. Organizasyon ortaklar standartlarda yer almas için bölgesel
ihtiyaçlar tanmlamak zorundadr. artnameler ylda dört kez gerçekleen TSG
toplantlarndan sonra güncellenmektedir. 3GPP belgeleri sürümlere bölünmütür ve
her yeni sürüm çkarld döneme göre GSM, UMTS ve LTE için yeni özellik ve
düzenlemeler içermektedir. lk sürüm çkarld 1999 yl ile numaralandrlrken takip
eden dier sürümler 4’ten itibaren numaralandrlmtr. WCDMA radyo eriimi için
Sürüm 99, IMT-2000 ihtiyaçlarn karlayan ilk sürümdür. 3GPP bünyesinde gelitirilen
yeni artnamelerle birlikte üçüncü neslin evrimi gerçeklemektedir.
Üçüncü neslin dördüncü nesle evrimine doru sistemin bant kapasitesi art
göstermektedir. Mobil cihazlar üzerinden internet eriiminin salanmas ve yüksek veri
hz gerektiren servislerin kullanmnn artmas geni bant haberlemeye olan ihtiyac
artrmtr. Bu ihtiyaç, dördüncü nesil teknolojilerin geliimine yön veren önemli bir
motivasyon kayna olmutur.
3GPP tarafndan radyo eriim ebekesi ve çekirdek ebekenin tekrar tasarlanmas
sonucunda LTE (Uzun Vadeli Evrim) ortaya çkmtr ve ilk olarak Sürüm 8’de
duyurulmutur. LTE, OFDMA tabanl sistemdir ve her ne kadar LTE-A (LTE-Gelimi) ile
ayn teknoloji olsa da 3.9G olarak snflandrlmaktadr. Dördüncü nesil teknolojiler
kablosuz alarda kullanclara daha yüksek performansta veri haberlemesi imkân
sunmaktadr.
Üçüncü neslin dördüncü nesle evriminde UTRA, E-UTRA yapsn almtr. LTE (E-UTRA)
genellikle dördüncü nesil sistemi olarak adlandrlsa da Sürüm 10 ile birlikte ITU
tarafndan dördüncü nesil ebekeler için oluturulan IMT-A (IMT-Gelimi)
gerekliliklerine uygun olarak tanmlanan LTE-A dördüncü nesil kategorisinde
gösterilmektedir. IMT-A, üçüncü nesil sistemlerin ötesinde yeni radyo arayüzleri ve
12
özelliklerini içeren dördüncü nesil sistemler için kullanlan tanmlamadr. Ekim 2010’da
ITU-R tarafndan LTE-A ve IEEE 802.16m, IMT-A ilk sürüm kriterlerini karlayan radyo
arayüzleri olarak duyurulmutur [13].
çok yüksek hzlara ulalabilmektedir. Teorik hzlarda koullar her zaman idealdir. Ancak
pratikteki hzlar ise kullanlan mobil cihazlarn veri kapasitesi, kalite hedefleri,
bulunulan ortamdaki koullar, aktif kullanc says gibi farkl nedenlerden dolay teorik
hzlara göre daha düük olmaktadr. Teoride ulalabilen maksimum hzlar kullanlan
teknolojinin kapasitesi ve yeteneklerini belirtmektedir. Dolaysyla pratikteki hzlar her
ne kadar maksimum teorik hzlara göre düük olsa da kullanc ihtiyaçlarna göre
ekillendii için beklentileri tamamyla karlamaktadr.
ekil 2.3 Kablosuz haberleme sistemlerinin geliimi
Birinci nesil analog sistemler ses haberlemesine odaklyken ikinci nesil saysal
sistemlerle birlikte ses haberlemesinin yannda veri haberlemesi de kullanma
sunulmutur. lk olarak devre anahtarlamal balant kullanlarak yaplan veri
haberlemesi ilerleyen zamanda yerini daha verimli ve hzl iletim salayan paket
anahtarlamal balantya brakmtr. GSM sisteminde balangç olarak 9.6 kbps hznda
haberleme yaplabilirken HSCSD (Yüksek Hzl Devre Anahtarlamal Veri) ile kullancya
dörde kadar zaman dilimi tahsis edilmesi sonucunda veri hznda art (tam hzl
kanalda hata kontrolüyle 38.4 kbps) yaanmtr. Veri hzndaki önemli artlar paket
anahtarlamal sistemlerin kullanlmasyla gerçeklemitir. Üçüncü nesildeki ilk sistemler
(Sürüm 99) devre ve paket anahtarlamal iletime dayaldr. Sürüm 5’te duyurulan IMS
(IP Çoklu Ortam Alt Sistemi) ile sunulan bütün servislerin paket anahtarlamal iletime
dayal olduu Tüm-IP yapsna geçi balamtr. Üçüncü neslin dördüncü nesle evrimi
sonucunda LTE teknolojisiyle birlikte radyo eriim ve çekirdek ebekelerin yaplar
deimitir. Dördüncü nesil mobil teknolojilerle mevcut frekans band daha verimli
13
süreç içerisindeki geliimi sonucunda bütünlemi a yapsna ulalmas
hedeflenmektedir.
Üçüncü nesil ve sonrasndaki mobil sistemler için küresel artnameler oluturmak
amacyla kurulan 3GPP daha sonra GSM/GPRS/EDGE artnamelerini de hazrlayan
kurulu olmutur. 3GPP tarafndan UMTS için hazrlanan ilk artname Sürüm 99’dur.
ekil 2.4 3GPP sürümlerine genel bak
Sürüm 99, UMTS artnamelerini tanmlayan ilk sürümdür. GSM’den farkl olarak radyo
eriim ebekesi (UTRAN) (UMTS Karasal Radyo Eriim ebekesi) yeniden tasarlanmtr.
WCDMA hava arayüzünün kullanlmasyla UTRAN pratik olarak aa ve yukar linkte
384 kbps’ye varan hzlarda haberleme yapabilmektedir. Çekirdek ebekede ise UMTS
özelliklerini salamak için GSM’nin kulland devre anahtarlamal yap ve GPRS
çekirdek ebekede güncellemeler yaplmtr.
Sürüm 4’te devre anahtarlamal ses ve veri servisleri için önemli bir güncelleme
yaplmtr. Ses ve devre anahtarlamal veri iletimi zaman dilimleri üzerinden yaplrken
Sürüm 4’te bu durum gelitirilmitir. BICN (Tayc Bamsz Çekirdek ebeke) ile trafik
IP paketleri içinde tanmaktadr. MSC bu nedenle sunucu (MSC-S) ve (devre
anahtarlamal) ortam geçidi (CS-MGW) birimlerine ayrlmtr. Yaplan bu deiiklik
devre ve paket anahtarlamal trafiin bütünlemi a içinde tanmas için önemli bir
adm olmutur.
Tüm-IP yapsna geçi Sürüm 5 ile balamtr. IMS ile ebekenin devre anahtarlamal
bölümü kaldrlarak paket anahtarlamal yap kullanlmaya balanmtr. Devre
14
anahtarlamal telefon sistemleri arasndaki balanty MGW’ler salamaktadr. Sürüm
5’le gelen en önemli yenilik aa link veri iletim hzn artran HSDPA’dr. Ulalabilen
hzlarn artyla birlikte UMTS teknolojisinin kullanm alanlar genilemitir.
Sürüm 6’da yukar linkteki eriim hzn Sürüm 99’a göre önemli ölçüde artran HSUPA
tanmlanmtr. HSDPA ve HSUPA birlikte HSPA olarak adlandrlmaktadr.
Sürüm 7’de mobil istasyonda güç tüketiminin azaltlmas ve aktif duruma hzl bir
ekilde dönülmesini salayan CPC (Sürekli Paket Balanrl) eklenmitir. MIMO (Çok
Girdili Çok Çktl) ve 64-QAM (64-Dördün Genlik Modülasyonu) kullanlmasyla
HSPDA’da daha yüksek hzlara ulalabilmektedir. HSUPA’da ise 16-QAM modülasyonu
kullanlarak ulalabilen hzlarda art yaanmtr. Yaplan yeni eklentilerle birlikte
HSPA geliimi sonucunda HSPA+ olarak adlandrlmtr.
Sürüm 8, LTE’nin duyurulduu sürümdür. ebeke yapsnda UTRAN’n evrimi E-UTRAN
(Evrimlemi-UTRAN) ve çekirdek ebekenin evrimi EPC (Evrimlemi Paket Çekirdek)
olarak adlandrlmtr. Paket anahtarlamal sistem üzerine kurulan çekirdek ebeke
HSPA ve LTE sistemlerine hizmet verebilmektedir. MIMO ve 64-QAM’nin ezamanl
kullanm sonucunda tek kanal ile HSPA’de ideal koullarda aa linkte 40 Mbps
civarnda veri hzna ulalabilmitir. UMTS’de bitiik iki kanal birletirerek (çift tayc)
daha fazla bant genilii elde edilmesi mümkün olmutur.
Sürüm 9’da LTE için yeni tanmlama ve düzenlemeler yaplmtr. UMTS’de yukar linkte
de bitiik iki kanaln birletirilmesi mümkün olmutur. Böylece yukar linkte ulalabilen
veri hznda art olmutur. Çift taycl sistemin MIMO ile birlikte kullanlmas
sonucunda aa linkte Sürüm 8’e göre daha yüksek veri hzna ulalabilmitir. Aa
linkte kanallarn komu olmas zorunluluu alarak farkl bantlardaki iki kanaln
birletirilebilmesi mümkün olmutur. Ayrca GSM ve GPRS için yeni bir ifreleme
algoritmas (A5/4) tanmlanarak güvenlik güncellemesi yaplmtr.
Sürüm 10’da IMT-A gerekliliklerini karlayan LTE-A tanmlanmtr. LTE-A’da veri
hznda önemli art yaanmtr.
GSM standard saysal ve TDMA tabanl bir teknolojidir. Saysal sistemin getirdii
gelitirilmi güvenlik, düük güçte haberleme gibi birçok yeniliin yannda TDMA
teknolojisiyle birlikte frekans spektrumunun daha verimli kullanlmas sonucunda
sistem kapasitesi birinci nesil analog sistemlere göre büyük oranda artmtr.
3.1 GSM
bir baz istasyonu (BTS) anten sisteminin kapsad bölgedir. Baz istasyonu anteni
tümyönlü veya yönlü olabilir. Tek bir BTS ile tümyönlü anten kullanlarak yaplan
kapsama tümyönlü hücreyi oluturmaktadr. Yönlü antenler kullanlarak yaplan
kapsama ise sektör hücreleri oluturmaktadr. En sk kullanlan tasarm olan 3 sektör
hücrelerde yönlü antenler 120°’lik açlarla konumlandrlmakta ve her hücreye birer
BTS hizmet vermektedir.
Dünya genelinde GSM haberlemesi 900, 1800 ve 1900 MHz bantlarnda yaplmaktadr.
Ülkemizdeki operatörlerden Turkcell ve Vodafone 900 MHz bandn kullanrken, Avea
1800 MHz bandn kullanmaktadr. Bu bölümde bina içi kapsama çalmasnn yapld
frekans band ayrntl olarak açklanmtr.
GSM900’de spektrum, FDD kullanlarak yukar ve aa linkte 125 tane 200 kHz’lik
kanallara bölünmütür. Bant snrndaki en düük frekansl kanal, aralk dnda kalan
16
bantla giriimi önlemek için koruma kanal olarak kullanlmaktadr. Bu nedenle
haberlemede kullanlan kanal 124 tanedir. Her bir kanal zaman düzleminde 8 tane
dilime (TSL) bölünmütür. Bu yap bir çerçeve olarak adlandrlmaktadr. GSM900
yukar linkte 890-915 MHz, aa linkte 935-960 MHz arasndaki frekans bantlarn
kullanmaktadr [14]. UL ve DL 45 MHz’lik bantla birbirinden ayrlmtr.
ekil 3.1 TDMA/FDD yaps
GSM haberlemesinde TDMA/FDD yaklam kullanlmaktadr. Buna göre kullanclar
aa linkte belirli bir frekanstaki zaman dilimini, yukar linkte ise farkl bir frekanstaki
zaman dilimini kullanmaktadr. TDMA, abonelerin farkl zaman dilimlerini kullanmas
sonucunda haberleme kaynaklarnn ortaklaa kullanmn salamaktadr. Sistemin
kulland GMSK (Gauss Minimum Kaydrmal Anahtarlama) modülasyonuyla 200
kHz’lik bir radyo kanalnda (bir TDMA çerçevesi) 270.8 kbps hznda (TSL bana 33.85
kbps) iletim yaplmaktadr.
Her bir TSL 156.25 bitten meydana gelmektedir. Bu yapda 8.25 bit, koruma zaman
aral olarak kullanlmaktadr. 114 bitte 2x57’lik diziler halinde kodlanm veri
iletilmektedir. 2x1 bit, TSL’deki verinin trafik ya da kontrol verisi olduunu gösteren
kontrol bitidir. 26 bit, kullanc verisi çözülmeden önce kanal analizini salayan eitim
dizisi olarak kullanlmaktadr. Kalan 2x3’lük 6 bit ise kuyruk bitidir. Bir TDMA
çerçevesinin periyodu 4.615 ms’dir ve 1250 bit içermektedir.
17
3.1.2 Gezici Abone Yönetimi
Hücresel haberlemenin sabit hatlara göre en önemli avantaj hizmet alan içinde
kullanclara hareketlilik imkân sunmasdr. ebeke, MS ve BTS tarafndan yaplan
ölçümlere göre sinyal gücü ve servis kalitesini korumak için farkl parametrelere göre
yönetilmektedir.
Her hücre kendine özgü hücre küresel kimlii (CGI) ile tanmlanmaktadr. Belirli bir
hücre grubu konum alann (LA) oluturmaktadr. Abonenin ebekedeki konumu
bulunduu LA’ya göre bilinmektedir. MSC servis alan birkaç tane LA’dan olumakta ve
servis alannda tek bir MSC hizmet vermektedir. PLMN (Kamu Karasal Mobil ebekesi)
ise tek bir operatörün servis alan olarak tanmlanmaktadr.
Mobil istasyon ebekede balantsz ya da bal durumda bulunabilmektedir.
Balantsz, MS’nin kapal ya da SIM kartn devre d olduu durumdur. Bal ise MS’nin
açk ve SIM kartn etkin olduu durumdur. Bal durumda MS, bo ve aktif olabilir. Bo
durumda MS açktr ancak trafik üretmez. En güçlü sinyali ald hücrede bekler ve BTS
yaymlama sinyallerini dinler. Dolam halinde ise LA bilgisini ebekeye bildirir. Aktif
durum, MS’nin çar veya veri iletimi yapt durumdur. MS aktarma, güç kontrolü gibi
deerlendirmeler için aa linkte hizmet ald hücredeki sinyal gücü ve kalitesi ile
komu hücrelerin sinyal güçlerini ölçer. Sonuçlar düzenli aralklarla SACCH üzerinden
BTS’ye gönderir. MS, ebekeye periyodik olarak kayt mesaj yollamaktadr. Eer
ebeke kayt mesaj alamazsa MS’nin durumunu balantsz olarak tanmlar.
Süreksiz iletim (DTX) ve süreksiz al (DRX) fonksiyonlar kullanlarak mobil terminalin
güç tüketimi azaltlmaktadr. DTX ile konumann olmad aralklarda iletim
yaplmamaktadr. DTX, hücreler aras giriimin azaltlmasna ve kapasitenin
artrlmasna yardmc olmaktadr. Her bir MS çar alt kanallarndan birinde
tanmlanmtr ve sadece kendi kanaln dinlemektedir. DRX ile çar alt kanallar
arasnda geçen sürede mobil terminal uyku durumuna geçmektedir.
Aktarma, devam eden görümenin farkl bir hücreye transfer edilmesi ilemidir. GSM
aktarmalarnda sinyal gücü, kalite, trafik, kullanc hz gibi farkl etkenler tetikleyici
olabilir. ekil 3.2’den görülebilecei gibi aktarma ayn BSC’nin hizmet verdii hücreler
arasnda gerçekleirse (a), ayn MSC servis alanndaki farkl BSC’lerin hizmet verdii
18
hücreler arasnda gerçekleirse (b), farkl BSC ve MSC’lerin hizmet verdii hücreler
arasnda gerçekleirse (c)’deki yapda meydana gelmektedir.
ekil 3.2 GSM’de aktarmalar
ebeke, servis kalitesini korumak için MS ve BTS’nin iletim gücünü ayarlamaktadr. Her
bir hücrede minimum ve maksimum al seviyesine göre hücredeki sinyal seviyelerini
belirlenen aralkta tutmak için güç kontrolü yaplmaktadr. GSM’de güç kontrolü
saniyede 2 kez (2 Hz) yaplmaktadr. Ayrca sönümlenme ve giriim etkilerini azaltmak
için BTS ile MS ezamanl olarak görüme srasnda frekanslar aras hoplama yaparak
iletim yapmaktadr.
Her bir MS kendisine atanan zaman aralnda veri iletimini gerçekletirmektedir.
Zaman hizalamas problemi MS’nin yollad verinin BTS’ye doru zaman diliminde
ulamamas nedeniyle ortaya çkmaktadr. Bunun sonucunda zaman dilimlerinde
örtüme meydana gelmektedir. Bu olay MS ve BTS arasndaki mesafenin fazla olduu
durumlarda yaylm gecikmesinden kaynaklanmaktadr. Zamanlama avans, zamanda
kayma yaayan MS’nin veriyi normalden önce veya sonra göndermesini salayarak
zaman hizalamas problemini ortadan kaldrmaktadr. Maksimum 63 bit zaman
kullanlmaktadr.
Yukar ve aa link radyo kalitesi (RxQual) sekiz seviyeye bölünmütür. RxQual-0 en iyi
kaliteyi gösterirken, RxQual-7 ise en kötü kaliteyi göstermektedir. RxQual-4 deerinin
üstüne çkldnda ses kalitesinde fark edilebilir bir düü yaanmaktadr. Bu nedenle
bina içinde bu deerden daha iyi kalite elde edilmelidir. Kalitedeki düü, sinyal
seviyesinin azalmas veya giriimin artmasndan kaynaklanmaktadr.
19
Bir TDMA çerçevesindeki her bir zaman dilimi fiziksel kanal olarak adlandrlmaktadr.
Bu kanallar ses, veri ve iaretleme bilgilerinin iletiminde kullanlmaktadr. Mesajlar
mantksal kanallar ile fiziksel kanallar üzerinden burst (bilgi bitleri + dier bitler)
biçiminde iletilmektedir. letilen mesajn türüne göre farkl mantksal kanallar
kullanlmaktadr. Mantksal kanallar kontrol ve trafik kanallar olmak üzere iki bölüme
ayrlmaktadr.
Yaym Kontrol Kanal (BCCH), DL
Hücre kimlii, LAI bilgisi, maksimum çk gücü gibi genel hücre bilgilerini yaymlar.
Frekans Düzeltme Kanal (FCCH), DL
MS’nin BTS ile balant kurabilmesi için frekans bilgisini iletir.
Ezamanlama Kanal (SCH), DL
MS’nin TDMA çerçeve ezamanlamasn salamak için gerekli çerçeve numaras ve BSIC bilgisini tar.
Çar Kanal (PCH), DL Gelen bir çar ya da ksa mesaj olduunu belirten çar mesajn iletir.
Eriim Tahsis Kanal (AGCH), DL
MS’ye TCH ya da SDCCH atamak için kullanlr.
Rastgele Eriim Kanal (RACH), UL
MS çar mesajlarna cevap verdiinde, ebekeye balanmak istediinde, LA güncellemesinde, çar kurulumunda kullanlr.
Bamsz Özel Kontrol Kanal (SDCCH), UL/DL
Kimlik denetimi, dolam ve çar kontrolünde kullanlr.
Yava likilendirilmi Kontrol Kanal (SACCH), UL/DL
Hizmet alnan hücre ve komu hücrelerdeki sinyal güçleri ölçüm raporlarn tar.
Hzl likilendirilmi Kontrol Kanal (FACCH), UL/DL
Aktarma bilgilerini iletir.
Kontrol kanallaryla iaretleme ve ezamanlama verileri tanmaktadr. BCCH, FCCH ve
SCH yaym kanallarn (BCH), PCH, AGCH ve RACH ortak kontrol kanallarn (CCCH),
SDCCH, SACCH ve FACCH ise özel kontrol kanallarn (DCCH) oluturmaktadr.
20
Trafik kanallar (TCH) yukar ve aa linkte kullanc verilerini tayan kanaldr. Tam hz
ve yar hzda olabilir. Tam hzda ses verisi 13 kbps hznda iletilir. Bir fiziksel kanal
kaplar. Bir TDMA çerçevesi 8 çary tayabilir. Yar hzda ise ses verisi 6.5 kbps hznda
iletilir. ki yar hzl TCH bir fiziksel kanal kaplar. Böylece bir TDMA çerçevesindeki kanal
says iki katna çkarlm olur.
3.1.4 ebeke Mimarisi
GSM ebeke yaps üç alt sistem içerisinde toplanmaktadr. Baz istasyonu alt sistemi
(BSS), radyo iletiimle ilgili ilemlerin gerçekletirildii sistemdir. ebeke anahtarlama
alt sistemi (NSS), çar ileme ve aboneyle ilgili ilemlerin gerçekletirildii sistemdir.
letim ve yönetim alt sistemi (OMSS) ise ebekeyle ilgili trafik ve alarm gözetimi gibi
ilemlerin yapld sistemdir. BSS ve NSS birimlerine eriime sahiptir.
ekil 3.3 GSM ebeke yaps
Mobil istasyon (MS), mobil cihaz (ME) ve abone bilgilerinin tutulduu SIM (Abone
Kimlik Modülü) karttan olumaktadr. ebekeye 200 kHz’lik kanallardan oluan Um
radyo arayüzüyle balanr. SIM, abonenin özgün kimlik tanmlaycs olan IMSI
21
tanmlaycs ise IMEI (Uluslararas Mobil stasyon Donanm Kimlii) numarasdr.
Baz istasyonu (BTS), hücreye servis verebilmek amacyla radyo alc-vericiler (TRX) ve
antenlerden olumaktadr. MS ile arasndaki arayüzü kontrol eder. MS, hücre içerisinde
tek BTS’ye baldr ve ayn frekansta iletim yapan baz istasyonlarn BSIC (Baz stasyonu
Kimlik Kodu) ile ayrt etmektedir. Baz istasyonu denetleyicisi (BSC), bir ya da birden
fazla BTS’yi yönetmektedir. MS ve BTS’nin ölçüm raporlarn toplar. Servis alan içinde
aktarma, güç kontrolü, kanal atama ilemlerini gerçekletirir. BTS’ye A-bis arayüzüyle
baldr.
Mobil hizmetler anahtarlama merkezi (MSC), ebekedeki çar anahtarlama
ilemlerinin yapld birimdir. MSC, servis alan içinde MS’ye gelen ve MS’nin yapt
çarlar kontrol eder. Çar kurulumu, gözetimi ve sonlandrlmas ilemlerini
gerçekletirir. Ayrca çar yönlendirme gibi tamamlayc hizmetleri de salamaktadr.
Anahtarlama ve çeitli servisleri desteklemek için NSS’deki dier birimlerle balantldr.
Bir MSC birkaç tane BSC’ye hizmet verebilir. BSC’lere A arayüzüyle baldr. Geçit mobil
hizmetler anahtarlama merkezi (GMSC), mobil ebeke ile dier ebekeler arasndaki
balanty salamaktadr. Abone ana kütüü (HLR), her bir aboneye ait IMSI
numarasn, servis profilini, konum bilgisini (MSC servis alan) ve kimlik denetim bilgisini
içeren veritabandr. Kullancnn abonelii sonlanmadkça bu bilgiler HLR’de tutulur.
Ziyaretçi abone kütüü (VLR), MS’nin bulunduu LA bilgisi ve ebekede MSC tarafndan
o anda hizmet verilen abonelerin bilgilerinin geçici olarak tutulduu veritabandr. VLR,
HLR’deki bilgilerin kopyasn tutar. ebekede her bir MSC servis alan için bir VLR
bulunmaktadr. Cihaz kimlik kütüü (EIR), ebekedeki bütün geçerli ME bilgilerinin
tutulduu veritabandr. Cihazn çalnmas, kaytsz kullanm gibi durumlarda kimlik
bilgisi (IMEI) kullanlarak cihazn ebeke kullanm kstlanabilir. Kimlik denetim merkezi
(AUC), her kullancnn SIM kartnda da bulunan özel anahtar bilgisinin tutulduu
veritabandr. Bu bilgi kullanlarak abonelerin kimlik dorulama ve link ifreleme
ilemleri yaplr.
ebeke yönetim merkezi (NMC), ebekenin merkezi kontrolünün yapld yönetim
birimidir. Kendisine bal OMC’leri kontrol eder. letim ve bakm merkezi (OMC),
ebeke birimlerine bal olan ve ebeke durumu hakknda bilgilerin gösterildii, ebeke
22
OMC kullanlabilir.
Trank kuram belirli hizmet nitelii (GOS) altnda snrl sistem kaynaklarnn ne kadarlk
bir kitle tarafndan kullanlabileceini belirtir. GOS, bir kullancnn trank sistemine
megul saatte balanabilme yeteneinin ölçümüdür [15]. Trank kuramnn temelleri
Danimarkal matematikçi Agner Krarup Erlang tarafndan gelitirilmitir. Erlang’n trafik
yükü hesaplamalarnda önerdii formül dünya genelinde kabul görmü ve
standartlamtr. Günümüzde telefon sistemlerinde trafik yükü birimi olarak Erlang (E)
kullanlmaktadr.
Trank sisteminde hiçbir kullancya ait sabit bir kanal bulunmamaktadr. Bo kanallar
havuzda toplanmtr ve kanal atamas bu havuzdan yaplmaktadr. Kullanc aramay
sonlandrdnda bulunduu kanal, bo kanal havuzuna tekrar eklenmektedir. likisiz
bloke çarlar ve gecikmeli bloke çarlar olmak üzere iki tür trank sistemi
bulunmaktadr. likisiz bloke çarlarda, kullancnn yapt çar talebi sonucunda bo
kanal bulunmas durumunda kullancnn o anda kanala eriimi salanmaktadr.
Sistemde talep edilen anda bo kanal bulunmuyorsa kullanc bloke olmaktadr.
Gecikmeli bloke çarlarda ise o anda bo kanal bulunmuyorsa kullanc sralamaya
sokulmaktadr. Bu sistemde hizmet almak isteyen kullanclar bo kanal bulunana kadar
bekletilmektedir.
3.2.1 Erlang B
Erlang B formülü ilikisiz bloke çarlar sistemi için GOS ölçümüdür. Bu formül
kullanlarak toplam sunulan trafik yükü ve kanal saysna göre çar talebinin bloke
olma olasl (3.1) belirlenmektedir. Erlang B modeli aadaki kabullere
dayanmaktadr [15].
(3.1)
23
• Bütün kullanclar (bloke olanlar da dâhil) herhangi bir anda çar talebi yapabilir.
• Bütün bo kanallar, dolana kadar kullanclar için uygun durumdadr.
• Bir kullancnn hizmet süresi üstel dalmldr.
• Trank havuzunda snrl sayda kanal bulunmaktadr.
• Çar talepleri Poisson dalmna göre tanmlanmaktadr.
• Çar talepleri arasnda geçen süreler birbirinden bamszdr.
• Megul kanal says megul kullanc saysna eittir.
Bir kullancnn oluturduu trafik yükü, kullancnn birim zamandaki ortalama çar
var oran ile ortalama çar süresinin çarpmdr.
= " (3.2)
= = , = " (3.3)
olaylarn sürekli ve birbirinden bamsz olarak meydana geldii rastgele bir süreçtir ve
sayma süreci olarak da tanmlanmaktadr. Sayma süreci $, %" ve %& zaman aralnda
meydana gelen var saysn belirtmektedir ve Poisson dalmldr.
$'%", %&( = $'%&( − $'%"( (3.4)
Poisson süreci farkl % zamanlar için rastgele deikenler dizisidir, ($'%(, % ≥ 0). Bu
durumda $'%(, her % deeri için bir rastgele deikendir. $'%(, '0, %( zaman aralnda
var orannda meydana gelen toplam çar varlarnn saysn gösterirse (Saymaya
balamadan önce bir olay meydana gelmedii kabul edilmitir, $'0( = 0), '%, % + -(
zaman aralnda . yeni var olma olasl,
/0$'% + -( − $'%( = .1 = 2345 .! '-(, . ≥ 0
Sistemde hizmet alan her bir kullancnn hizmet süresi üstel dalml olduundan .. kullancnn hizmet süresinin 7 zamanndan ksa olma olasl ( = 1/),
24
7 1 ise,
A A7 : = B'7( = 23<=
Erlang B sistemi M/M/C/C kuyruk sistemi olarak adlandrlmaktadr. Bu sisteme göre ilk
M Poisson sürecini, ikinci M kullanclarn hizmet süresini, ilk C uygun kanal saysn ve
ikinci C ayn anda hizmet verilebilen maksimum kullanc saysn göstermektedir. Trank
sistemine yaplan çar varlar herhangi bir anda gerçekleebilir. Sistemdeki kullanc
(kanal) saysna göre sistem sadece ayrk durumlarda (0,1,2,…,C) bulunabilmektedir.
Trank sisteminin bu davran Markov süreciyle tanmlanabilmektedir.
Pozitif tamsay deerler alan bir ayrk zamanl rastgele süreç (C , = 0,1,2, …) göz
önüne alndnda C = F ise süreç zamannda F durumunda bulunmaktadr. Sürecin F
durumundan G durumuna geçme olasl /,H ile gösterilmektedir. Sürecin, bulunduu
durumdan bir sonraki duruma geçii sadece bulunduu duruma bal ise süreç Markov
zinciri olarak belirtilmektedir. Geçi olaslklar grafiksel olarak Markov zinciri durum
emasyla gösterilmektedir. Zincir, durum ve geçi olaslklarna göre belirtilmektedir.
/,H = /0CI" = G|C = F1 (3.9)
Trank sisteminin çalmas küçük zaman aralklarnda (sistemin ayrk durumlarnda)
incelenebilmektedir ( sadece bir olay olabilecek kadar küçük bir zaman aral). Yani
sistem, inceleme anlarnda ayrk durumlarda bulunmaktadr. Dolaysyla zamannda
hiçbir çar olmayabilir, devam eden bir çar bitebilir veya yeni bir çar
gerçekleebilir. K , % = annda sistemde kullanlan kanal saysn gösterirse,
K = K'( (3.10)
25
K bu durumda, sistemde ayrk zamanlarda kullanlan kanal saysn gösteren bir
rastgele süreçtir. Dolaysyla durumlar arasndaki geçi olasl (3.9)’la
tanmlanmaktadr. saniyede . var olma olasl,
/0$'% + ( − $'%( = .1 = 234L .! '(
/'7 < ( = 1 − 23<L (3.12)
zaman aralnda her % ≥ 0 ve ≥ 0 için bir var olma olasl (3.14), hiç var
olmama olasl (3.15) ve birden fazla var olma olasl (3.16)’daki gibidir. zaman
aralnda bir var olma olasl,
/0$'% + ( − $'%( = 11 = 234L 1 '(
/0$'% + ( − $'%( = 11 = '( R '−(O P!
Q
O !
26
(3.17)’den görülebilecei gibi saniyede birden fazla var olma olasl sfrdr. (3.9),
(3.10), (3.12), (3.14), (3.15) ve (3.16) kullanlarak geçi olaslklar ( → 0 iken) elde
edilmektedir. Buna göre sisteme yeni bir çar varnda,
/,I" = /0KI" = F + 1|K = F1 = , F ≥ 0 (3.18)
F adet çar dnda bir çarnn bitmesi durumunda geçi olasl,
/,3" = /0KI" = F − 1|K = F1 = F^1 − 23<L_ ≈ F, 1, F ≥ 1 (3.19)
Kesin bir durumdaki bütün olaslklar /,3" + /, + /,I" = 1 olduundan sistemin
mevcut durumunu koruma olasl,
/, = /0KI" = F|K = F1 = 1 − − F, F ≥ 0 (3.20)
ekil 3.4’de C kanall trank sisteminin Markov zinciri gösterilmektedir. zaman
aralnda sistemde 0 kanaln kullanlmas olasl 1 − , bu durumdan 1 kanaln
kullanmda olmas durumuna geçi olasl , 1 kanaln kullanmda olmas
durumundan 0 kanaln kullanmda olmas durumuna geçi olasl ise ’dr. Ayn
ekilde dier olaslklar (3.18), (3.19) ve (3.20)’de belirtildii gibidir.
ekil 3.4 Erlang B durum geçi emas
Sistemin kalc durumdayken sonraki aralkta . durumundan . − 1 durumuna geçme
olasl ile . − 1 durumundan . durumuna geçme olasl birbirine eittir. Buna göre,
/3" = ./, 1 ≤ . ≤ (3.21)
(3.22)’de .’ye tanml olduu aralkta deerler verilerek eitlikte düzenleme yaplrsa,
/ = /! 1 .! W
/! = 1 − R /! 1 .! W
= 1 ∑ bc 1.! !
/ = /! 1 ! W
/ = !
∑ .! !
3.2.2 Erlang C
Erlang C formülü gecikmeli bloke çarlar sistemi için GOS ölçümüdür. Böylece çar
talebinin sralamada belirli bir süre bekledikten sonra bloke olma olasl
belirlenmektedir. Erlang C formülü,
/'k2l2P2 > %|d2eFPF( = 23'3m(n (3.30)
Herhangi bir kullancnn kuyrukta % saniyeden daha fazla bekleme olasl,
/'k2l2P2 > %( = /'d2eFPF ç$i(/'k2l2P2 > %|d2eFPF( (3.31)
Tüm çarlar için ortalama gecikme,
o = p /'d2eFPF ç$i(/'k2l2P2 > %|d2eFPF(A%Q !
= p /'d2eFPF ç$i(23'3m(n A%Q !
= /'d2eFPF ç$i(
alnmaktadr.
29
Ülkemizde üçüncü nesil mobil haberleme sistemi olarak WCDMA hava arayüzü tabanl
UMTS teknolojisi kullanlmaktadr. Standartlamas 3GPP tarafndan yaplan WCDMA
(UTRA FDD) ile frekans band verimli bir ekilde kullanlmaktadr.
4.1 UMTS
Küresel anlamda frekans düzenlemeleri ITU-R tarafndan yaplarak spektrumdaki eli ve
eli olmayan bölümler tanmlanmaktadr. WCDMA haberlemesinde eli spektrum
(FDD, 2x60 MHz) kullanlmaktadr. FDD ve TDD için frekans band tanmlamalar 3GPP
tarafndan yaplmaktadr [16], [17]. Ülkemizde, 3GPP tarafndan eli spektrum için
tanmlanan frekans bantlarndan FDD Bant I kullanlmaktadr. Buna göre haberleme
yukar linkte 1920-1980 MHz bandnda, aa linkte 2110-2170 MHz bandnda
yaplmaktadr. Her bir bant 5 MHz geniliindeki 12 adet kanaldan (tayc)
olumaktadr. Bantlar aras uzaklk ise 190 MHz’dir.
28 Kasm 2008 tarihinde üçüncü nesil lisanslarnn tahsisine ilikin ihale BTK tarafndan
yaplmtr. hale sonucunda A tipi lisans Turkcell, B tipi lisans Vodafone ve C tipi lisans
Avea tarafndan alnmtr. D tipi lisans ihalesi ise katlmc olmad için yaplamamtr.
WCDMA geni bant DS-CDMA (Dorudan Dizilerle-Kod Bölüümlü Çoklu Eriim)
sistemidir. Temel olarak DS-SS (Dorudan Dizilerle-Yayl Spektrum) tekniine
dayanmaktadr. Bu radyo eriim sistemine göre kullanc verisinin kendinden daha
30
yüksek veri hzna sahip yayma koduyla çarplarak frekans bandna yaylmas (veri
hznn artmas nedeniyle) salanmaktadr. Yayma kodunun veri hz, yonga hz olarak
adlandrlmaktadr. WCDMA’de yonga hz 3.84 Mcps’dir. Yayma koduyla çarplan
kullanc verisi 5 MHz’lik tayc bant geniliine yaylmaktadr.
Çizelge 4.1 Lisans yaplar [18]
Lisans Tipi Bant Genilii FDD Kanal Says (2x5 MHz) TDD Kanal Says (1x5 MHz)
A 45 MHz 4 1
B 40 MHz 3 2
C 35 MHz 3 1
D 25 MHz 2 1
Her bir kullanc kendine ait özel bir kod kullanarak ayn frekansta 5 MHz’lik kanal
üzerinden haberlemektedir. Alcda alnan iaret sadece doru kod dizisiyle (vericide
kullanlan kod dizisi) çarpldnda bilgi iareti elde edilmektedir. Ayn frekansta iletim
yapldndan kullanclar kendilerine özgün olarak tanmlanan kod dizilerine göre
birbirlerinden ayrlmaktadr. Böylece maksimum gürültü seviyesinin altnda kalan
iaretler alcda tekrar elde edilebilmektedir. Dikgen kod yaps sayesinde kullanclar
ayn zamanda ayn kanalda haberleme yapabilmektedir.
ekil 4.1 Kullanc verilerinin kanaldaki durumu
31
Yonga hz ile kullancnn bit hz arasndaki oran yayma faktörü (SF) olarak
adlandrlmaktadr. Yayma kodu kullanlarak iaretin bant üzerinde yaylmas ve alcda
ayn kod kullanlarak iaretin tekrar elde edilmesi sonucunda salanan kazanç, ilem
kazanc (PG) olarak adlandrlmaktadr. lem kazanc ve dikgen kodlar dier kullanc ve
hücrelerden gelen giriime kar sistemin dayanklln salamaktadr.
/ = : = ⁄ (4.1)
Alcda iaret elde edildikten sonra iaret gücünün maksimum gürültü seviyesinin (dier
kullanclarn yapt giriim) kaç dB üzerinde olacan Eb/N0 deeri belirlemektedir.
Eb/N0, saysal sistemlerde iaret-gürültü orandr. Eb, bit bana iaret enerjisi iken N0
ise gürültü spektral younluudur. aret tayc bandndayken iaret-giriim oran
(SIR), tayc-giriim oran (CIR) olarak adlandrlmaktadr. Eb/N0 mevcut gürültüdeki
maksimum veri hzn tanmlamakta ve kullanlan servise göre deiiklik
göstermektedir.
q K! = F$i2% düeü kF% t⁄ düiül%ü düeü k$.% d2.FlFF⁄ = ⁄
K u⁄ = W X W KX = /
K (4.2)
WCDMA’de kanal tanmlama ve çrpma kodlar olmak üzere kullanlan iki tür kod
bulunmaktadr. Kullanc verisi kanal tanmlama ve çrpma kodlaryla çarplmaktadr.
ekil 4.2 Kanal tanmlama kod aac
Kanal tanmlama kodu aa linkte ayn Node B’deki farkl kullanclara ait veri
kanallarn, yukar linkte ise ayn UE’deki fiziksel veri ve kontrol kanallarn ayrt etmek
32
dayanmaktadr ve dikgen olduklarndan çapraz ilintileri sfrdr. Kanal tanmlama kodlar
ekil 4.2’deki kod aac kullanlarak elde edilmektedir. Kullancnn veri hzna göre
yayma faktörü deieceinden kod uzunluu deimektedir. Verinin doru elde
edilebilmesi için alc ve vericide kodlar ezamanl olmaldr. Tek bir kaynan kanal
tanmlama kodu kullanmnda snrlamalar bulunmaktadr. Bir daldaki kod dizisi
kullanldnda o dala ait alt dallardaki kodlar ve kullanlan kodla kaynak kod arasnda
kalan kodlar kullanlamamaktadr.
Çrpma kodu (sözde gürültü kodu) UE ve Node B’lere özgün olarak tanmlanmaktadr.
Kodlar yukar linkte UE’leri, aa linkte ise hücreleri ayrt etmek için kullanlmaktadr.
Çrpma kodu iaretin bant genilii ve sembol hzn deitirmemektedir. Kanal
tanmlama kodu kullanmndaki snrlamalar çrpma kodlarnn kaynaklar arasndaki
farkll salamas nedeniyle tek bir kaynak için geçerlidir. Böylece farkl UE ve Node
B’ler kod aaçlarn birbirinden bamsz olarak kullanabilmektedir.
4.1.2 Radyo Kaynak Yönetimi
Radyo kaynak yönetimi haberleme kaynaklarnn verimli bir ekilde kullanlmasn
salamaktadr. WCDMA yukar linkte gürültü snrl ve aa linkte güç snrl
olduundan ar gürültü ve güce kar kontrol mekanizmas bulunmaktadr.
Giri kontrolünde Node B, hücredeki gürültü artn kontrol edebilmek için yukar
linkteki toplam gürültü gücünü ölçerek yeni trafik için ne kadar pay bulunduunu
hesaplamaktadr. Böylece yeni trafiin maksimum gürültü seviyesinin almasna neden
olup olmayaca kontrol edilmektedir. Hücredeki trafik arttkça gürültü de artmaktadr.
Bu nedenle hücredeki yükün snrlandrlmas gerekmektedir. Yüke bal olarak gürültü
art (NR) dier bir adyla giriim pay (4.3) eitlii kullanlarak hesaplanabilmektedir.
Hücredeki toplam yükün artmas sonucunda giriim pay da artacandan kapsama
alan küçülmektedir. Sistem yükü 100% olduunda (kutup kapasitesi) gürültü art
sonsuza gitmektedir. ebekenin kararlln koruyabilmek için yük 1’in altnda
tutulmaldr.
33
K = 1 '1 − (⁄ (4.3)
WCDMA’de açk çevrim, kapal çevrim ve d çevrim olmak üzere üç farkl güç kontrol
mekanizmas bulunmaktadr. Güç kontrolüyle UE ve Node B’nin iletim güçleri
ayarlanarak giriimin azaltlmas ve kapasitenin artrlmas salanmaktadr. UE bo
durumdayken güç kontrolü yaplmamaktadr. Açk çevrim güç kontrolü UE bo
durumdan aktif duruma geçerken UE’nin kabaca ebekeye katlm gücünü belirlemek
için yaplmaktadr. Kapal çevrim güç kontrolü UE aktif durumdayken yaplmaktadr.
Kapal çevrim kontrol saniyede 1500 kez (1500 Hz) yaplmakta ve böylece hücredeki
UE’lerin iletim güçleri ayarlanarak baz istasyonuna ayn güç seviyesinde balanmalar
salanmaktadr. Ayrca yukar linkte kapal çevrim güç kontrolü kanaldaki
sönümlenmeleri dengelemektedir. D çevrim güç kontrolü yaplarak linkin durumuna
göre baz istasyonundaki SIR deeri ayarlanmaktadr.
ekil 4.3 WCDMA’de aktarmalar, (a) Daha yumuak aktarma, (b) Yumuak aktarma
WCDMA’de aktarmalarn gerçeklemesi için UE’nin eit güç seviyesindeki iki ya da üç
hücreye bal olmas gerekmektedir. Daha yumuak, yumuak ve sert aktarma olmak
üzere üç farkl aktarma tipi bulunmaktadr. UE, ayn baz istasyonuna ait hücrelerin
kapsama alannda bulunuyorsa daha yumuak aktarma yapar. UE baz istasyonuyla olan
balantsnda ezamanl olarak iki radyo kanaln (bir hücre için bir kanal)
kullanmaktadr. UE, farkl baz istasyonlarna ait hücrelerin kapsama alannda
bulunuyorsa yumuak aktarma yapar. UE baz istasyonlaryla olan balantsnda
ezamanl olarak iki radyo kanaln (her baz istasyonu için bir kanal) kullanmaktadr ve
trmk alcyla iaretleri almaktadr. Baz istasyonlar tarafndan alnan iaretler RNC’de
toplanmaktadr. Bu durumda bir kullanc için iletim hattndaki yük iki katna
34
çkmaktadr. Sert aktarma ise WCDMA’de farkl frekanslar arasnda ya da WCDMA ve
GSM arasnda yaplan aktarmadr.
toplayarak veren trmk alclar kullanlmaktadr. Alc yaps farkl fazlardaki iaretleri
alan paralel alclar ve toplaycdan olumaktadr. WCDMA’de gecikmi iaretler
arasndaki sürenin en az bir yonga süresi kadar (0.26 μs) olmas durumunda alc,
iaretleri ayt edebilmektedir. aretler arasndaki gecikme bu süreden daha ksa ise
trmk alc iaretleri toplayamamaktadr. Bu durum simgeleraras karmaya (ISI) neden
olmaktadr. ISI, iaretlerin kendi zaman dilimlerinden komu iaretlerin zaman
dilimlerine tamas durumudur.
WCDMA radyo eriim ebekesiyle UE arasndaki radyo arayüzü protokol yt, katmanl
yapdadr. Radyo arayüzü protokolleri radyo tayc servislerinin kullanlabilmesi için
gereklidir.
Katman 1 (L1) fiziksel katman olarak adlandrlmaktadr. Fiziksel katmann MAC (Ortam
Eriim Kontrolü) ve RRC’ye (Radyo Kaynak Kontrolü) arayüzü bulunmaktadr. Fiziksel
katman tama kanallarn MAC katmanna sunmaktadr. Kanal kodlama, fiziksel
kanallarn adreslenmesi, iaretin banda yaylmas ve modülasyonu fiziksel katmann
iletim fonksiyonlar arasndadr.
Katman 2 (L2) veri ba katman olarak adlandrlmaktadr ve alt katmanlara ayrlmtr.
Bunlar MAC, RLC (Radyo Link Kontrolü), PDCP (Paket Veri Yaknsama Protokolü) ve
BMC’dir (Yaymlama/Çoklu Gönderim Kontrol Protokolü). MAC katman mantksal
kanallar üst katmanlara sunmaktadr. MAC katman ortak tama kanallarnda farkl
UE’lerin verileri ayrt edebilmeleri amacyla adres bilgisi eklemektedir. Ayrca mantksal
kanal dinamik olarak farkl tama kanallarna anahtarlayarak kanal tipi anahtarlamay
gerçekletirmektedir.
Katman 3 (L3) a katman olarak adlandrlmaktadr. Katman 3 ve RLC, kontrol (C-) ile
kullanc (U-) düzlemlerine bölünmütür. PDCP ve BMC sadece U-düzleminde
35
bulunmaktadr. C-düzleminde Katman 3 alt katmanlara bölünmütür. En alt katmanda
bulunan RRC protokolünün Katman 2’yle arayüzü bulunmaktadr ve ayrca UTRAN
tarafndaki protokolleri sonlandrmaktadr. RRC protokolü UE’nin RNC’den kontrolünü
salamaktadr.
ekil 4.4 Hava arayüzü protokol yaps [19]
WCDMA’de veri iletimi ve iaretlemede fiziksel, tama ve mantksal kanallar olmak
üzere üç farkl kanal tanmlanmtr. Mantksal kanallar iletilecek verinin türünü
tanmlamaktadr. Kontrol bilgisinin iletildii kontrol kanallar (BCCH, PCCH, DCCH,
CCCH) ve kullanc bilgisinin iletildii trafik kanallar (DTCH, CTCH) olmak üzere iki
grupta toplanmaktadr. Mantksal kanallar tama kanallarna adreslenmitir.
Çizelge 4.2 Mantksal kanallar
Çar Kontrol Kanal (PCCH), DL Çar bilgisini iletir.
Özel Kontrol Kanal (DCCH), UL/DL
UE ve ebeke arasnda kullancya özel kontrol bilgisini iletir.
Ortak Kontrol Kanal (CCCH), UL/DL
UE’ler ve ebeke arasnda kontrol bilgisini iletir.
Özel Trafik Kanal (DTCH), UL/DL UE’ye özel olarak atanm kanaldr. Kullanc verisini iletir.
Ortak Trafik Kanal (CTCH), DL Kullancya özel bilgiyi herkese veya belirli bir UE grubuna iletir.
36
tama kanallar fiziksel kanallara adreslenmitir. Tama kanallar özel (DCH) ve ortak
(BCH, FACH, PCH, RACH, CPCH, DSCH) kanallar olmak üzere iki grupta toplanmaktadr.
Özel kanallar belirli bir kodla tanmlanan tek bir kullanc, ortak kanallar ise hücredeki
bütün kullanclar veya kullanc grubu tarafndan ortak kullanlmaktadr.
ekil 4.5 Kanal adreslemeleri [20]
Fiziksel kanallar ekil 4.5’deki gibidir