Baz istasyonları için uygun saha seçiminde yeni bir model

Abstract

Günümüzde hızlı gelişen teknoloji ile birlikte, mobil haberleşme kullanıcılarınınbeklentileri artmakta ve kullanıcıların farklı ihtiyaçları doğmaktadır. Bu nedenleoperatör firmaları beklentileri ve ihtiyaçları karşılayabilmek için yeni satın alınanyada geliştirlen teknoloji ile abonelere daha yüksek hızlarda data transferi ve dahakaliteli bir şekilde kesintisiz görüşme yapabileceklerini belirtirler.Mobil haberleşme kalitesini, servis alınan baz istasyonu teknolojisi; servis verebilmekapasitesi, baz istasyonu için doğru lokasyon seçimi yada transmisyon alt yapısı gibibirçok faktör etkiler. Daha iyi hizmet verebilmek amacıyla mevcut baz istasyonunaait ekipmanlar gelişen teknoloji ile yerlerini yeni ekipmanlara bırakabilir fakat bazistasyonu lokasyonu için yanlış lokasyon seçimi yapılmışsa bu sorunu çözebilmenintek yolu tekrardan keşif yapılarak en iyi lokasyonun belirlenmesidir. Baz istasyonulokasyonu için saha seçimi keşif yaparak yeni yerleşim yerlerinin kurulduğu,kapasitenin arttırılmak istendiği, mevcut baz istasyonlarının kurulu olduğu yapılaraveya arsalara ait sözleşmesi biten yada kapsaması olmayan yerlere servis vermek içinde yapılabilir.Baz istasyonu lokasyonları için saha seçimi şehir içinde ve kırsalda farklıparametrelere bağlıdır. Şehir içinde sinyalin yüksek yapılardan etkilenmemesi içinbaz istasyonu anteninin bölgedeki en yüksek olan yapıların çatılarına konmasına vekapsanacak alanın büyüklüğüne göre uygun antenin seçilmesine dikkat edilmelidir.Bu çalışmada şehir içinde servis verecek antenin kırsaldaki gibi uzak lokasyonlarakadar servis vermemesi için her antene 4 derece aşağı yönde eğim verilmiştir. Atollprogramının katoloğundan seçilen antenler 65 derece yatay ışınım genişliğine ve 18derece dikey ışınım genişliğine, 15dBi anten kazancına sahip olup 900MHz,1800MHz ve 2100MHz frekans bandlarında çalışmaktadır.Çalışma alanı olarak deniz seviyesinden olan yükseklikleri büyük bir kısmındafarklılık gösterdiği için saha lokasyonu seçimi zor olan İstanbul'un Beykoz ilçesiseçilmiştir. Beykoz'a ait yapıların coğrafi bilgilerini içeren veritabanı vektör formattahazırlanılarak oluşturulmuştur. Bilgi Teknolojileri ve İletişim Kurumu (BTK) veİstanbul İl Çevre Müdürlüğü'nün baz istasyonu kurulumu için belirlediği kriterlereve yasaklara uymayan lokasyonların üzerindeki yapılar veritabanından silinerek yenibir veritabanı oluşturulmuştur. BTK'nın kriterleri ve doğabilecek halk tepkisine karşıalınan önlemler ile sağlık kurumları ve okulların bahçeleride dahil olmak üzeremerkezlerinden 350m yarıçapındaki güvelik mesafesine sahip alanın dışında bazistasyonu kurulumu uygun görülmüştür. Saha seçimi 350m'lik yarıçapa sahipgüvenlik mesafesinin dışında kalan yapılar için yapılmıştır. Aynı zamanda İstanbul İlÇevre Müdürlüğü'nün yaptığı yazılı açıklamaya bağlı kalınarak BTK tarafındangüvenlik mesafesine tabi tutulan eğitim ve sağlık kurumları da dahil olmak üzereakaryakıt istasyonlarına, dolum tesislerine, kamu binalarına ve parklara baz istasyonukurulması yasaklandığı için bu yapıların bilgileri de baz istasyonu olarakseçilebilecek yapılara ait olan veritabanından silinmiştir. Böylece tüm kriterlere veyasaklara uyan yapıların içinde olduğu veritabanında çalışılması sağlanmıştır.Yüksek lisans tez çalışmasında, geliştirilen `Obje Oluşturma Aracı` uygulamasıylaher baz istasyonunun etrafında 300m yarıçapında daireler çizilmiştir. Böylece heryapı potansiyel baz istasyonu lokasyonu olarak belirlenmiş olup kapsama alanının300m yarıçapında olması istenmiştir. Geliştirilen `Saha Seçme Aracı` uygulaması ilebirbiriyle kesişen 300m yarıçapındaki daireler arasından deniz seviyesinden olanyüksekliği ile bina yüksekliği toplamı en yüksek olan yapılar baz istasyonulokasyonu olarak seçilmiştir ve kesişen daireler arasından baz istasyonu lokasyonuolarak belirlenen daire filtrelenerek diğer daireler silinmiştir. Bu şekilde birbirinikesmeyen 300m yarıçapındaki daireler kullanılarak Beykoz'da yapıların bulunduğulokasyonlarda kapsama sağlanacak şekilde saha seçimi yapılmıştır.Seçilen sahalara kurulacak olan baz istasyonu teknolojisi olarak Türkiye'ye gelmesiplanlanan Long Term Evolution (LTE) teknolojisi belirlenmiştir. Şehir içinde LTEteknolojisine ait her baz istasyonunun etrafında 300m yarıçapındaki bir alana yeterlisinyal seviyesinde servis verecek şekilde belirlenen 190 tane saha ile Beykoz'dayapıların bulunduğu yerlerin neredeyse tamamında kapsama sağlanmıştır. RFkapsamalar Atoll programında Stanford University Interim (SUI), StandardPropagation Model (SPM), COST-Hata ve Okumura-Hata modellerinin 900MHz,1800MHz ve 2100MHz frekans bandlarında hesaplatılarak yapıların bulunduğubölgelerin neredeyse tamamında kapsama sağlandığı gösterilmiştir.

Nowadays expectations of mobile communication users increase and differentdemands are existed by rapid growing technology. Therefore operator firms denotemore high data transfer speed and a better quality for uninterrupted communicationwith new purchased technology or developed technology on the existing base stationin order to respond to expectations and demands of users.Lots of factors kind of base station technology; service capacity, choosing the rightbase station location or transmission infrastructure affect mobile communicationquality. Moreover existing base station equipments can be replaced with newequipments by growing technology. However if wrong site selection is executed forsignalling, the only solution of this problem is finding the best location by asuccessful survey. The site selection for base stations can be applied to newsettlements, locations that have low base station capacity; end of contracts; poor orno signal coverage.In mobile communication, cell is the area that has a RF signal coverage in order toprovide communication of subscribers. Regions in the city are divided into cells.Each cell has a coverage range. If the coverage ranges of the cells are ranked fromlargest to smallest, they are respectively: Macro cells, micro cells and pico cells. Inthis study, cells which have 300m coverage range radius and 10Watt transmitterpower, has been used as in the micro cells but base stations located on the roof top ofthe buildings as in the macro cells. Therefore coverage areas of the transmitters havemicro cells with down tilts or macro cells with more transmitter powers in the city.Surveys of base station locations depends on different parameters in the city andrural. In the city, attention should be paid to locate base stations to the roof tops ofhighest buildings by the engineers for the signalling that is not obstructed by theother high buildings. Moreover suitable antenna selection for coverage area in thecity should be considered. In this study in order to not to serve long distances as inthe rural, antennas have 4 degree down tilt in the city. Each antenna was selectedfrom catalog from Atoll program that has 65 degree beamwidth in horizontal pattern,18 degree beamwidth in vertical pattern and 15dBi antenna gain in 900MHz,1800MHz and 2100MHz frequency bands. Moreover the antenna height was set to5m on the roof top of the buildings.Engineers can work for days to determine site locations without any site selectiontools. Therefore lots of work will be delayed and there will not be enough time tofinish them. If the study area has a varying altitude measurement, the site selectiontool can prove that it is able to calculate the best site location for coverage in a regionwith any elevation values. Consequently, Beykoz province which is on the Anatolianside of Istanbul in North-West Turkey was considered for the study area beacuse it ishard to select a site for a base station in varying altitude and also crowdedpopulation. The major problem in achieving ideal signaling between mobile phones and base stations is inaccurate site selection due to the altitude and population of theregion. Therefore altitude and number of buildings are the key parameters. If siteselection is inaccurate and determined without reference to any previous parameters,the connection between mobile phones and base stations can be often interrupted andcalls can drop. Moreover base stations have serious costs, and communication firmsdo not want to invest in the analysis of non built up area in rural or regions with nopopulation.Database of the built up area with geographic informations of locations of buildingsin Beykoz was prepared in vector format. Forbidden locations for base stations weredeleted from database depending on criterions and prohibitions of Information andCommunications Technologies Authority (ICTA) and Istanbul Provincial Directorateof Environment. Furthermore in this study, the safety distance which is calculatedfrom given formula by International Radiation Protection Association (IRPA) inbylaw of ICTA, was calculated 32.47m. The calculated safety distance depends onbroadcast direction of the antennas, the device output power, antenna gain and thelimit value of the electric field as from antennas. In this study, 10Watt device outputpower, 15dBi antenna gain and 3V/m electric field limit value which is determinedby ICTA, is lower than the other countries for more health in Turkey was used inorder to calculate safety distance. In addition to safey distance criterion of ICTA, thepublic response around of the schools and hospitals is very important for acceptanceof base station approval. Therefore safety distance was consiedered again forprecaution for public response and it was determined to 350m. The buildings insidethe circles that have 350m radius from center of heath institutes and school, weredeleted from the database because of safety distance criterions of ICTA and publicresponse. Moreover the given press release by Istanbul Provincial Directorate ofEnvironment prohibits to install base stations to educational institutions, heathinstitutions, filling stations, public buildings and parks. In order to using databasewithout any detected prohibitions, existing database was updated by deletingforbidden places which was determined by ICTA and Istanbul Provincial Directorateof Environment.In this study, circles with 300m radius were determined for a good coverage aroundof each base station in the city by developed `Creating Object Tool` and `SiteSelection Tool` applications. `Creating Object Tool` application drew circles with300m radius to the center of buildings in the database. Therefore each building isdedicated to potential base station location before the site selection. `Site SelectionTool` application compared each building with the other buildings in the database.Comparision was occured by elevation criterion and coverage criterion. Elevationcriterion depended on sum of altitude of each building with their floor height in thedatabase. Coverage criterion that denoted circles with 300m coverage radius,depended on intersection of each circles. This criterion started to compare highestobject to lowest object. Each object which was entered into the comparision, wasdetermined as a focus object. The highest focus object were selected and other circleswere eleminated in the intersected circles that focus object was in. Finally 190buildings were selected for base station location by the calculation of `Site SelectionTool` application.In mobile communication, coverage singal level indicators are very important toshow coverage map. In this study, signal levels were ordered respectively from thebest signal level to the worst signal level as dark blue, blue, dark green, green, opengreen, yellow, orange and finally red colors. If generally blue, green and yellow colortones are existed on the coverage map, mostly uninterrupted communication and datatransfer can be provided. However if red tones are existed on the coverage map,comunication and data transfer can be interrupted by the signal qualty.According the expectation of subscribers and also global competation, Long TermEvolution (LTE) technology is expected to come to Turkey. Thence, in this study,Long Term Evolution (LTE) technology was chosen on selected 190 site. In Atollprogram, Standford University Interim (SUI), Standard Propagation Model (SPM),COST-Hata and Okumura-Hata models were calculated in 900MHz, 1800Mhz and2100MHz frequency bands. As a result almost in the whole Beykoz, radio frequency(RF) coverage was provided by good signal levels with LTE technology.