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Mit Airborne Laserscanning zur 3D-Landschaft - 25. Oktober 2007
Hochgenaue Funkfeldplanung basierendHochgenaue Funkfeldplanung basierendauf digitalen Gelauf digitalen Geläändedaten am Beispiel ndedaten am Beispiel des Saarbrdes Saarbrüücker cker WiMAXWiMAX PilotprojektesPilotprojektes
Prof. Dr.-Ing. Martin Buchholz
Hochschule für Technik und Wirtschaft - Saarbrücken
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InhaltInhalt
Wir und unsere PartnerWiMAXWiMAX Pilotprojekt im SaarlandFunkfeldplanungMess-KampagneVerifikation der FunkfeldplanungMessergebnisseFunkfeldplanung mit 3D Laser Scanning DatenZukünftige ArbeitenWeitere Infos
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WirWir üüberber unsuns ……
SAARLAND
Campus GoebenstrasseCampus Waldhausweg
• 3845 Studierende;davon 19% ausländ.Studenten
• über 100 Professoren
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WiSAARWiSAAR PraxistestPraxistest: Die Partner: Die PartnerDie folgenden Partner und Sponsoren haben sich Anfang 2006 zusammengefunden, um den ersten WiMAX Feldversuch im Saarland durchzuführen.
Die Hochschule für Technik und Wirtschaft hat die Koordination, Durchführung und wissenschaftliche Begleitung des Feldversuchs übernommen.
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WiMAXWiMAXW Worldwide
I Interoperability for
M Microwave
A Access
X
WiMAX ist eine standard-basierte (IEEE 802.16-2004 bzw. IEEE 802.16e-2005), drahtlose Technologie, die die so genannte letzte Meile zu Firmengeländen oder Privathaushalten mit Breitbandanschlüssen überbrückt, wobei keine direkte Sichtverbindung notwendig ist.
Globaler Funk-Übertragungsstandard für Highspeed Internet Zugang
Weiterentwicklung des WLAN Standards 802.11. (WiFi)
Höhere Reichweiten (gute Abdeckung) und größere Datenrate als WLAN oder UMTS
Starke Verschlüsselung und unterschiedliche Serviceklassen (Quality of Service - QoS)
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WiMAX Netzbetreiber muss diese Fragen schnell und zu-verlässlich beantworten können.
Unser Büro ist in derGoebenstraße 40, 3. Etage.Kann ich Ihren 8 Mbit/sService abonnieren?
Ich lebe in Saarbrückenin der Zeppelinstraße 11,1. Etage. Kann ich IhrenPremiumservice mit 4 Mbit/serhalten?
WiMAXWiMAX PilotprojektPilotprojekt: Motivation: MotivationEs existieren wenig Erfahrungswerte mit Funkübertragung ohne Sichtverbindung (non lineof sight - NLOS) bei Frequenzen höher als 2 GHz in städtischer Umgebung.
NLOS Empfang charakterisiert durchHindernisse, Mehrwegeausbreitung,Reflexionen und Dämpfungen
Es existieren keine verlässlichen Funkfeldplanungs-Tools für diesen Frequenzbereich
Funkfeldplanung schwierig!
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WiMAXWiMAX PilotprojektPilotprojekt: Motivation: Motivation
Fragen an den WiMAX Netzbetreiber:
Wie ist die Abdeckung?
Wie hoch ist die erreichbare Datenrate?
Quality of Service (Paketverluste, Jitter, Verzögerungen)?
Kosten?
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WiMAXWiMAX PilotprojektPilotprojekt: : ZieleZieleMachbarkeitsstudie (Proof of Concept)
Evaluierung der WiMAX Technologie und der zur Verfügung stehenden Hardware
Messkampagne und Auswertung der Daten hinsichtlich Datenrate, Reichweite, Abdeckung, Quality of Service (QoS) WiMAX Verfügbarkeit
Herleiten einer verlässlichen Funkfeldplanung fürgegebene Ausbreitungsbedingungen bei 3.5 GHz in einem städtischen Gebiet mit gegebenen Eingangs-parametern (Antennenhöhe, Topographie, Morphologie,Bebauung)
Verifikation der Funknetzplanung Verfügbarkeits-prognose
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Methoden der FunkfeldplanungMethoden der FunkfeldplanungEmpirische Kanalmodelle- Berechnung mit Algorithmen, basierend auf der statistischen Auswertung vieler Messungen
und der Wahl geeigneter Approximationen. - Annahme über mittlere Gebäudehöhen, mittlerer Gebäudeabstand und mittleren
Straßenschluchtenbreiten.- Fehler der Funkfeldprognose nach diesen Verfahren häufig recht groß.- Schwierig für einen einzelnen Teilnehmer eine exakte feinräumige Prognose zu liefern. - Unterschiedliche Modelle für unterschiedliche Bebauungszenarien (COST231-Hata Modell,
Erceg, COST-Walfisch-Ikegami)
Ray Tracing Verfahren- Benutzung strahlenoptischer Modelle, bei denen in Analogie zur Optik die el.-magn. Felder
durch Strahlen beschrieben werden. - Dieses analytische Verfahren benötigt immense Rechenleistung und außerdem auch eine
exakte Beschreibung der Beschaffenheit (Reflexions, Absorption) von Gelände, Bebauungund Bewuchs.
Semi-empirische Modellierung
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Line Of Line Of SightSight / Non Light of / Non Light of SightSight
Fresnel Zone
Orte mit Line of Sight
(nur topograph. Daten)
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Eckdaten des FeldversuchsEckdaten des FeldversuchsStandort der Basisstation: Dach der HTW, Saarbrücken, Goebenstrasse;(25m über Grund)
Testfrequenz bei 3.5 GHz
zugewiesene Bandbreite: 3.5 MHz
Zwei 120° Sektoren1. Sektor: Städtisches Gebiet und typ.Gebäude mit 5-12 Stockwerken2. Sektor: Industriezone mit typ.Gebäudehöhen von 3-5 Etagen
ca. 50 Terminals
EIRP ist 48.7dBm
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Basisstationen, Antennen Basisstationen, Antennen
Antennen
Airspan-Basisstation
Nokia Siemens NetworksBasisstation
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WiMAXWiMAX TerminalsTerminals
Indoor Empfang
Outdoor Empfang
Indoor Empfangmit Fensterantenne
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Simulation Simulation mitmit verschiedenenverschiedenen KanalmodellenKanalmodellen
Saarbrücken City StrukturGebäudehöhe: 20 m
Staßenbreite: 15 m
Abstand zw. Gebäuden: 20 m
Horizontal distance from receiver to last
rooftop: 10 m
Simulation mit Longley-Rice Model
(Radio Mobile)
Simulation mit COST 231 Walfisch-Ikegami
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Funkfeldplanung mit Funkfeldplanung mit WiSaarSimWiSaarSim
Simulation mit digitalen Geländedaten im 90 bzw. 25 Meter Raster
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Funkfeldplanung mit Funkfeldplanung mit WiSaarSimWiSaarSim
Berechnung der Fresnel Dämpfungen
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Ursprüngl. Daten (SRTM1 data) Neue Daten (25m grid)
1 SRTM Shuttle Radar Topography Mission
90 Meter Aufl90 Meter Auflöösung sung vsvs 25 Meter Aufl25 Meter Auflöösungsung
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1 SRTM Shuttle Radar Topography Mission
90 Meter Aufl90 Meter Auflöösung sung vsvs 25 Meter Aufl25 Meter Auflöösungsung
Ursprüngl. Vorhersage (SRTM1 Daten) Neue Vorhersage (25m Raster)
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MessausrMessausrüüstungstung
WiMAX Team mit Messfahrzeug
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MessausrMessausrüüstungstung
Ausstattung:Unterbrecherfreie StromversorgungSpektrumanalysator FSQ8GPSOmnidirektionale Antenne(10dBi Gewinn)Outdoor CPENotebook
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Automatisierte MessungenAutomatisierte MessungenSelbstentwickeltes, automatisiertes VEE (Agilent) Mess-System:
Messung aller relevanten WiMAX ÜbertragungsparameterMessung der aktuellen geographischen PositionMessdatenspeicherung im Datenbanksystembis zu 1800 Messungen pro Stunde möglich
WiMAX Messgerät Messgeräte Programmierung
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MessungenMessungen
Empfangsfeldstärke
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MessungenMessungen
Modulationsverfahren für Downlink
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VerifikationVerifikation unterschiedlicherunterschiedlicher KanalmodelleKanalmodelle
NRx: Punkte mit Empfang
NT: Gesamtanzahl der Messpunkte
Streuung der Kanaldämpfung Messung vs bekannten Modellen
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MessergebnisseMessergebnisse
Empfangsfeldstärke
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3D Laser Scanning 3D Laser Scanning DatenDaten
Zur Verfügung stehende
3D Laserscanning Daten-
Basis
DSM: Digital Surface Model
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3D Laser Scanning 3D Laser Scanning DatenDaten
3D Laserscanning Daten (Ausschnitt um HTW Sende-Standort)
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3D Laser Scanning 3D Laser Scanning DatenDaten
3D Laserscanning Datenbasis für Funkfeldplanung
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FunkfeldplanungFunkfeldplanung mitmit LaserscanningLaserscanning DatenDaten
WiSaarSim Simulation mit geladenem DSM Kartenausschnitt
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FunkfeldplanungFunkfeldplanung mitmit LaserscanningLaserscanning DatenDaten
Google Earth DSM Daten
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FunkfeldplanungFunkfeldplanung mitmit LaserscanningLaserscanning DatenDaten
Funkfeldplanung mit Laserscandaten (DSM)
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Ausblick: Arbeiten mit digitalen GelAusblick: Arbeiten mit digitalen GeläändemodellenndemodellenHochauflösende Gelände- und Gebäudedaten erlauben eine feinräumige Prognose der Empfangsqualität und damit der Bandbreite und QoS Parameter des einzelnen Teilnehmers.
Genauere Planung erlaubt eine Reduzierung der Basisstationen und damit Optimierung derAntennenstandorte und Reduzierung der elektro-magnet. Belastung. Außerdem geringereKosten, höhere Kundenzufriedenheit und vereinfachten Service.
Effektivere Planung öffentlicher Hotspots.
Aussage und Optimierung der Inhaus Versorgung erforderlich und möglich.
Reduzierung der 3D Laserscan Daten bei verschiedenen Bebauungssituationen notwendig,um Rechenaufwand in vernünftigen Grenzen zu halten.
Parameterextraktion (mittlere Gebäudehöhen, mittlerer Gebäudeabstand und mittleren Straßenschluchtenbreiten) notwendig, um bessere Annahmen für empirischeKanalmodellierung durchführen zu können.
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Weitere InformationenWeitere Informationen
www. wisaar.de
www.ri-comet.de