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Funkversorgungsaspekte für
stationäre M2M-Anwendungen
Jens Mückenheim 17. ITG-Fachtagung Mobilkommunikation, Osnabrück 2012
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Agenda
• Motivation
– Einsatz von stationären M2M-Anwendungen
• Analyse der Funkabdeckung innerhalb von Gebäuden
– Änderung der Sendepegel
– Abschaltung von Sendern
• Lösungsansätze
– Einsatz von Femtozellen
– Adaptive M2M-Anwendung
• Zusammenfassung/ Ausblick
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Einsatz von stationären M2M-Anwendungen
• Es existiert eine Vielzahl an M2M-Anwendungen, welche an festen Standorten angebracht sind, z.B.
– Aufnahme von Messwerten/ Verbrauchswerten
• Metering: Verbrauchszähler
• Telemedizin: Monitoring von Vitaldaten
• Umweltmonitoring
– Zustandsüberwachung
• Verkaufsautomaten: Kühlung, Füllstand
• Maschinen, Geräte: Fernüberwachung Betriebsmittel bzw. –parameter
• Gebäudetechnik: Überwachung von Klimadaten, Energiedaten
• Häufig wird für deren Anbindung eine Mobilfunktechnik verwendet
– Oft innerhalb von Gebäuden
– Auftreten von variablen Funkbedingungen
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Analyseszenario
BTS 2
BTS 1
BTS 3
Parameter Wert
BTS-Konfiguration sektorisiert, jeweils
1 Sektor pro BTS
betrachtet
Abstand BTS – Gebäude ca. 300m
Sendepegel Pilotsignal 20dBm
(15dBm/ 25dBm)
Simulationsmodell 2.5D Ray Tracing*
*Simulationswerkzeug: Radiowave
Propagation Simulator der Firma Actix
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Funkversorgung im Grundszenario
• Relativ gute Versorgung auch innerhalb des Gebäudes
– Gleichmäßige Aufteilung des Versorgungsgebietes
– Abschattung durch Innenwände bzw. Ausleuchtung durch Fenster
Empfangspegel Best Server Gebiet
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Reduktion des BTS 2 Sendepegels
• Verschiebung von Last zu den Nachbarzellen
• Wachsendes Versorgungsgebiet von BTS 1
– Ausreichende Funkversorgung auch innerhalb des Gebäudes
– Auftreten Handover von BTS 2 zu BTS 1
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Erhöhung des BTS 2 Sendepegels
• Verschiebung von Last aus den Nachbarzellen
• Wachsendes Versorgungsgebiet von BTS 2
– Ausreichende Funkversorgung auch innerhalb des Gebäudes
– Auftreten Handover von BTS 1 zu BTS 2
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Funkversorgung nach Abschalten von BTS 2
• Funkabschaltung z.B. bei geringem Verkehr
• Versorgung wird teilweise von BTS 1 & BTS 3 übernommen
– Geringere Empfangspegel im versorgten Bereich
– Gebiete ohne Versorgung innerhalb des Gebäudes
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Konsequenzen
• Selbst bei stationären M2M-Anwendungen ist mit variablen Funkbedingungen zu rechnen, z.B. durch
– Änderung der Sendepegel zum Lastausgleich
– Abschaltung von Sendern zur Energieeinsparung
• Dies führt zu typischen Mobilfunkeffekten
– Handover zwischen den Funkzellen
– Zeitweiliger Totalausfall der Funkversorgung
• Lösungsansätze
– Verbesserung der Funkversorgung innerhalb von Gebäuden z.B. durch den Einsatz von Femtozellen
– Anpassung von weniger zeitkritischen Anwendungen an die variablen Funkbedingungen: adaptive M2M-Anwendung
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Einsatz von Femtozellen (I)
• Einsatz einer Femtozelle bei abgeschalteter BTS 2
• Femtozelle verbessert grundsätzlich die Funkversorgung
– Verbesserung speziell innerhalb des Gebäudes
– Alle Gebiete auch innerhalb des Gebäudes versorgt
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Einsatz von Femtozellen (II)
• Einsatz der Femtozelle bei eingeschalteter BTS 2
– Großteil der Versorgung innerhalb des Gebäudes verbleibt bei Femtozelle
– Versorgung außerhalb ähnlich Grundkonfiguration
– Weniger Auftreten von Handover
• Femtozellen verbrauchen zusätzliche Energie
– Einfluss auf Energiebilanz, z.B. bei Smart Metering Anwendung
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Anpassung der M2M-Anwendung
• Es existieren viele M2M-Anwendungen, welche nicht unbedingt eine zeitnahe Information verlangen
– Beispiele: Metering mit größerem Zeithorizont, unkritische Statusmeldungen, …
• Grundsätzliche Idee einer adaptiven M2M-Anwendung
– M2M-Funkmodul misst regelmäßig die Funkqualität am Standort und informiert die Anwendung
– M2M-Anwendung startet einen Kommunikationsversuch nur bei ausreichender Funkqualität
Funkmodul M2M-Anwendung
1. Konfiguration
2. Messung
3. Messreport
4. Daten
5. Verbindungsaufbau
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Zusammenfassung/ Ausblick
• Variable Funkbedingungen entstehen selbst bei stationären M2M-Anwendungen
– Gelegentliche Handover zwischen benachbarten Funkzellen
– Zeitweiliger Ausfall der Funkversorgung speziell innerhalb von Gebäuden
• Lösungen
– Einsatz von Femtozellen zur Verbesserung der Funkabdeckung innerhalb des Gebäudes
– Adaptive M2M-Anwendung, welche nur kommuniziert, wenn ausreichende Funkqualität vorherrscht
• Probleme sind auch für LTE relevant
– Adaptive Algorithmen, welche unter dem Begriff Self Organizing Networks (SON) zusammengefasst sind
– Ähnliche Veränderung der Empfangsverhältnisse, die beim Einsatz von M2M-Anwendungen zu beachten sind
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Prof. Dr.-Ing. Jens Mückenheim
Hochschule Merseburg
Fachbereich Informatik und Kommunikationssysteme
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