WiMAP-4G - Funknetzplaungstool

Funktionalitäten

WiMAP-4G ist ein in Java entwickeltes "Standalone"-Funknetzplanungstool, das lediglich einen Standard-PC ohne besondere Konfiguration erfordert, bevorzugt mit einem Windows Betriebssystem. Unterstützt werden sowohl 32bit als auch 64bit Versionen.

    Benutzeroberfläche - GUI (Graphical User Interface)

Das GUI (graphical user interface) bietet folgende Objekte an:

  • ein Hauptmenü für den Zugriff auf die Untermenüs
  • eine Knopfleiste für den schnellen Zugriff auf oft benutzte Funktionalitäten
  • ein Kartenfenster für die 2D Darstellung der zu Planenden Standorte
  • ein seitliches Panel für den Zugriff auf Virtualisierung, Objekt Einstellungen, Ergebnisse
  • eine Gelände- Beobachter für die einfache Betrachtung der Geländehöhe (unter einem Link)
  • ein 3D- Betrachter
  • Protokollfenster (logging window), Tabelle der Link-Budgets, Standort-Kursor, usw..
WiMAP-4G GUI

    Daten Bearbeitung 

Um ein Funknetz planen zu können, sind spezielle Kenntnisse erforderlich. Z.B. Kenntnisse über die verwendete Funktechnologie, Kenntnisse der Hardware (z.B. Sende- und Empfangseinheiten) und deren Konfigurationsmöglichkeiten,  und - last but not least - die Kenntnis der zu versorgenden Gebiete. Um diese Kenntnisse in die Planung bzw. das jeweilige Projekt zu Integrieren, hat WiMAP-4G mehrere Optionen, die im Folgenden beschrieben werden.


        Karten, Geländeprofil (Höhen) & Gebäude

WiMAP-4G unterstützt kartesische (UTM, GK) und geografische (WGS84) Koordinaten. Geografische Daten werden üblicher Weise als Rasterdaten (Formate wie TIFF, GIF, JPG oder PNG) oder als Vektordaten (Formate wie DXF: AutoCAD, Autodesk) angeboten. Zur schnellen Orientierung wurde der Online Zugriff aus OpenStreetMap integriert.
Topografische Daten (Geländeprofile) sind für die Feldstärke Vorhersage immer erforderlich, besonders für die Erkennung der "line-of-sight" Verbindung und für die Berechnung von Reflektionen und Abschattungen. Diese Daten müssen in ASCIIGrid-Format (ARCInfo, ESRI) oder als Basis X-Y-Z Listen geliefert werden. WiMAP-4G enthält eine Schnittstelle,  um direkt aus dem Web SRTM (Höhenprofile) zu laden.

Zur Bearbeitung von Gebäudedaten wird das hochpräzise Vorhersage Modell CORLA verwendet. Mit CORLA können sowohl Indoor-Dämpfungen, als auch fortgeschritten "Line-of-Sight"- Betrachtungen durchgeführt werden. Die Input- Daten sollten im Format "MIF-Dateien" (MapInfo) vorliegen. Gebäudedaten können auch aus Vektordaten (2.5D - Gebäudedaten) erzeugt werden; umgekehrt können Gebäudedaten auch zur Erzeugung als Karten benutzt werden. Zusätzlich wird der direkte Import von Gebäudedaten aus OpenStreetMap und die manuelle Erzeugung von Gebäudedaten unterstützt.


        Standort Bilder

Standortbilder sind georeferenziert, enthalten also Informationen über die Koordinaten der Gebäude (tags). Diese können mit WiMAP-4G einfach importiert - und direkt in der Karte mit Positionsangaben dargestellt werden.  WiMAP-4G unterstützt den Import von Gebäude Bildern im .jpeg Format. Mehrere Bilder eines Gebäudes können dabei dargestellt werden.


        Technologien und Hardware Typen

WiMAP-4G unterstützt mehrere aktuelle Funktechnologien, wie z.B. GSM, UMTS, LTE, WiMAX und WLAN. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf "Punkt-zu-Punkt" und  "Letzte Meile" Technologien, wie z.B. WLAN, basierend auf IEEE 802.11 (a,b,g,n,ac) - oder Richtfunk-Technologien.

WiMAP-4G unterstützt die flexible Bearbeitung verschiedene Technologien. Variable Funkkanäle verschiedener Bandbreiten und unterschiedlicher Technologien können gleichzeitig bearbeitet werden.  Verschiedene Hardware Typen - klassische Basisstationen oder andere Hardware wie Remote Radio Heads - werden verwendet um Sendeeinheiten zu modellieren.   Diese "Radio Units" (Sende- und Empfangseinheiten) und Antennen sind Teil der Modellierung und ermöglichen die Berücksichtigung von Funktionalitäten wie MIMO, Diversity und Multiband- Strukturen. Die Dokumente der Radio Units (Spezifikationen) und Antennen (Antenne-Diagramme) können direkt in WiMAP-4G gespeichert werden und erleichtern dabei die Planung eines Projektes.


        Standorte, Clients, Punkte

Die wesentlichen Objekte eines Funknetzwerkes sind die Sende- und Empfangsobjekte ("Basisstationen" oder "Access Points") und die sog. CPEs (customer premise equipment). Die Sende- und Empfangsobjekte in WiMAP-4G werden als "Sites" bezeichnet.. Die Site-Daten sind für jede Berechnung der Funkausbreitungs- Vorhersagen erfoderlich. Diese enthalten:

  •     Standort Koordinaten
  •     Kategorie
  •     Geplante Hardware Elemente
  •     Funkelemente zur Unterstützung von MIMO
  •     Antennen (Typ und Höhe)
  •     Hauptausbreitungsrichtung, mechanische Tilts, Sendeleistung pro Unterband
  •     Zusätzliche Verluste (z.B. Kabeldämpfung) oder Gewinne (TMA Verstärkung im Uplink)

Empfangseinheiten in einer 2D- Berechnung  als Pixel - oder als zugeordnete  "Punkte" oder "Clients" dargestellt werden. "Punkte" werden dabei definiert durch die Koordinate und die Empfangshöhe. Für jeden Punkt - und sogar für Unterpunkte -  kann die Empfangsfeldstärke berechnet und im CSV- Format exportiert werden. .

Für "Letzte Meile" Funknetzwerke (z.B. Festnetzersatz durch Mobilfunk) werden oft Antennen mit hohem Gewinn und großer Installationshöhe verwendet. WiMAP-4G unterstützt die Planung solcher  Szenarien mit der Verwendung der sog. "Clients". Clients sind beschrieben durch die verwendete Hardware, der Antennenausrichtung - und Höhe, und der unterstützten Funkkanäle.


        Messdaten


Messdaten von unterschiedlichen Quellen, z.B. also Standortbegehungen und Drive- Tests, können in WiMAP-4G importiert und dargestellt werden  Mit dieser Funktionalität sind Vergleiche der Vorhersage Feldstärken mit gemessenen Feldstärken möglich. Messpunkte können sein:
  •     importiert/exportiert als CSV - Dateien ("Delimeter")
  •     zugeordnet zu einem Kanal (z.B. WLAN 2.4 GHz Kanal 1)
  •     dargestellt mit einer Farbtabelle 
  •     dargestellt als Leistungspegel, Feldstärke, Datenrate, C/I
  •     exportiert als KML- Datei  (z.B. nach Google Earth™ )
  •     angezeigt mit individuellem URL - mit direktem Link zu jeder Webanwemdung
  •     direkt farblich gekennzeichnet, wenn es mit SNR und Leistungslevel importiert wurde
  •     importiert von einem Spektrum- Analyzer


    Funkausbreitungs- Modelle 

WiMAP-4G enthält die Modelle "COST-231 Walfisch-Ikegami" und "Erceg" zur Freifeldausbreitung und hat eine Schnittstelle zu CORLA.

        Freifeld

Das Freiraum-Ausbreitungsmodell basiert hauptsächlich auf dem Höhenmodell. Berücksichtigt werden dabei Sichteinschränkungen.

Dieses Modell ist für Innenstädte und Gebiete mit dichter Bebauung weniger geeignet, liefert aber gute Ergebnisse für Randgebiete und ländliche Gebiete. Regionen mit schlechter Funkversorgung können leicht identifiziert werden und ergänzende Feldmessungen veranlasst werden.


        Erceg (A,B,C)

IEEE 802.16.3c schlägt die Verwendung des Modells von Victor Erceg vor (es wurde zur WiMAX  Planung entwickelt). Es wurde für Stadtrandgebiete und ländliche Gebiete entwickelt - mit drei "nicht line- of sight" (Non-Line-of-Sight -NLoS)-scenarios:  A, B and C.
A - hügelig, mittlere und hohe Vegetation
B - hügelig, niedrige Vegetation oder flach mit mittelhoher Vegetation
C - flach mit wenig Vegetation (auch für städtische Bereiche)


        COST-231 Walfisch-Ikegami

ITU-R P.1411-3 ist ein semi-empirisches Modell basierend auf  "COST 231 Walfisch-Ikegami" und wurde verbessert von ITU-R. Das Modell berücksichtigt detaillierte Eingangsdaten wie mittlere Höhe und Abstände zwischen Gebäuden, Straßendaten (Breite, Richtung). Pfadlänge der von Gebäuden verdeckten Pfade, die Entfernung zwischen BS (Basisstation) und MS (Mobilstation).


        CORLA (3D-Raylauncher)

CORLA - "Cube Oriented Ray Launching Algorithm" - nutzt diskrete Würfel um den jeweiligen Bereich zu modellieren. Dies führt zu einer schnellen Identifizierung und Berechnung von Beugung und Reflektionsflächen.   Unterschiedliche Antennendiagramme, Verteilung von Zeitverzögerungen, und Gebäudeeindringung sind Teil des Algorithmus.


    Kalkulation & Visualisierung

Dank der verschiedenen Vorhersagemodelle kann ein zu planendes Funknetzwerk im Detail analysiert werden - ohne es gebaut zu haben. Es können verschiedene Versionen der Planung verglichen und modifiziert werden. Neuberechnungen und Optimierungen mit Hilfe von verschiedenen Darstellungsmethoden sind möglich. Die Planungsmethoden für verschieden Funknetztypen unterscheiden sich stark.  Für Mobilfunknetzwerke sind die Vorhersagen der Funkausbreitung maßgeblich, während für "Letzte-Meile" Funknetze überwiegend Methoden zur Analyse der direkten Verbindung zu Kundenstandorten maßgeblich sind. 


        Coverage, C/I, ...

Die 2D-Darstellung (und teilweise auch die 3D Darstellung) kann mehrere Dinge visualisieren, die auf den vorhergehenden Feldstärkevorhersagen beruhen. WiMAP-4G ermöglicht folgende Darstellungen:           

  • Versorgung, basiert auf C/I und Empfangsfeldstärke           
  • Best-Server            
  • C/I - Carrier to Interferer
  • Empfangsleistungsstärke
  • Sub-Carrier Interferenz
  • Feldstärke    

          Site-to-Site & Link-Budget

Die site-to-site Vorhersage ist ein spezieller Fall der Link-Budget Berechnung. Für jede initial bestimmte Antenne kann der Leistungspegel zu einer beliebigen anderen Antenne berechnet und dargestellt werden - in einer farbigen Linie. Dies ist hilfreich bei der Planung von Mesh- und Overlay- Netzwerken. 

Zwischen zwei Punkten, also zwischen jedem Sender und Empfänger, kann das Link Budget berechnet werden. Dies geschieht auf Basis aller typischen HF Parameter, inklusive der Kanal Bandbreiteund dem kleinsten erforderliche C/I Abstand. . Folgende Ergebnisse sind verfügbar: 

  • EIRP - berechnet aus Sendeleistung, Antennen- Gewinn und Kabeldämpfung.
  • Empfänger-Empfindlichkeit mit Rauschzahl, thermischen Rauschen und Kanalbandbreite.
  • Total verfügbarer Pfadverlust [dB] aus  Tx EIRP und Rx Empfindlichkeit und           Antennengewinn
  • Max. erlaubte Ausbreitungsdämpfung [dB] aus total verfügbarem Pfadverlust und           Dimensionierungs-Werten
  • Maximaler Zell Radius, (Freiraum)  [m]

        Terrain-Profiler

Der Terrain-Profiler analysiert Punkt-to-Punkt Verbindungen. Dabei werden Terrain-Höhen auf dem Pfad und Gebäude Daten berücksichtigt, und Sende -und Empfangshöhen. Zusätzlich wird die Entfernung und der Winkel berücksichtigt.  Start-  und Ende Punkte können zum nächsten Objekt führen, dabei werden die Konfigurationen der Punkte (also Antenne oder Client oder Punkt) berücksichtigt. Diese Start- und End-Punkte werden bei der Link Budget Berechnung berücksichtigt  - und machen daher die Berechnungen einfach und schnell.


        Point Coverage

Bei der Punkt-Feldstärke Berechnung wird die exakte Feldstärke für jeden Punkt berechnet. Der Punkte Tabulator zeigt alle Punkte der Planung.  Diese Daten können einfach exportiert werden, um weitere Analysen machen zu können. Die Gesamt- Empfangsleitung eine Punktes für einen Funkkanal kann berechnet werden  Dabei werden die Daten wie vorher beschrieben im Punkte Tabulator verfügbar gemacht. Die Punkt Coverage Berechnungen  - ebenso wie die Berechnungen für Clients - basieren immer auf Bereichsvorhersagen..


    Exportierte Ergebnisse

Oft werden die Ergebnisse die, mit WiMAP-4G erstellt wurden, in 3rd-party Tools wie z.B.  GIS- Applikationen und Kartentools exportiert.  Diese kann über Post-Processing Tools oder Tools von anderen Stakekoldern geschehen.  WiMAP-4G ist offen für Interface anderer Tools. Daten und Ergebnisse können in vielen Standard-Formaten exportiert und importiert werden.  Die am weitesten unterstützten Formate sind ASCII-Grid, definiert von ESRI and KML, erstellt von Google. Für Text basierte Ergebnisse wird das CSV-format (comma-separated-value) unterstützt.


        ... zu GIS-Systemen

WiMAP-4G unterstützt den Export von Vorhersagen und Darstellungen im ASCII-Grid Format. Diese Format wir auch von den meisten GIS-Tools akzeptiert. Es enthält insbesondere eine Raumbezug, welches es einfach macht den richtigen Standort zu finden - insbesondere in der Nachbearbeitung.


        ... als KML

Um Ergenbisse zu präsentieren - gegenüber Kunden oder innerhalb der Büros - ist es oft die beste Methode, Google Earth oder Google Map zu benutzen. 


        ... als CSV

Daten zur Planung und Berechnung für Standorte oder Antennen oder Punkte - insbesondere Daten aus Messungen -  können im CSV- Format einfach importiert und exportiert werden .



BIC-IRAP @ MWC 2016

Das Kooperationsnetzwerk BIC-IRAP  - initiiert von brown-iposs - präsentiert seine Ideen zur Mobilen Internet Versorgung für geschäftliche Innenbereiche auf dem IKT NRW Stand 6B40. Schauen Sie sich unseren Ansatz auf der CEBIT2016 an!  

BIC-IRAP betrachtet die Herausforderungen der: 

  • Integration von WLAN und LTE - über Hotspot 2.0 hinaus
  • Multi-Operator Fähigkeit, transparent für Kunden
  • Multi-Band Nutzung, effizienter Gebrauch aller zur Verfügung stehender Funkspektren.
  • Small Cells als Service für mittelgroße Bebäude/Objekte

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