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