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WiMAP-4G - Funknetzplaungstool

Features

WiMAP-4G ist ein "standalone" Funknetzplanungstool, basierend auf Java. Ein Standard PC ohne besondere Konfiguration ist ausreichend, bevorzugt ist Windows OS. Unterstützt werden 32bit und 64bit OSs.

    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
  • ein Terrainobserver (Geländebeobachter) für die einfache Betrachtung der Geländehöhe (unter einem Link)
  • ein 3D- Betrachter
  • Protokollfenster (logging window), Tabelle der Linkbudgeds, Standortkursor, usw..
WiMAP-4G GUI

Datenbearbeitung

Um ein Funknetzwerk 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 Onlinezugriff aus OpenStreetMap integriert.
Topografische Daten (Geländeprofile sind für die Feldstärkevorhersage 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 Basis X-Y-Z Listen geliefert werden. WiMAP-4G enthält eine Schnittstelle,  um SRTM (Höhenprofile) aus dem Web hochladen zu können..

Zur Bearbeitung von Gebäudedaten wird das hochpräzise Vorhersagemodell CORLA verwendet. Mit CORLA können sowohl Indoordämpfungen, als auch fortgeschrittene "line-of-sight"- Betrachtungen durchgeführt werden. Die Inputdaten 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 die manuelle Erzeugung von Gebäudedaten unterstützt - und darüber hinaus ist der Import von OSM Daten (OpenStreetMap™) möglich. Hierbei können in WiMAP-4G Zuordnungen von Gebäuden mit importierten OSM- Gebäudedaten vorgenommen werden. Die Gebäudeklassen und deren Typen von OSM sind beliebig wählbar und anpassbar, auch die zugehörigen Höhenangaben.


        Standortbilder

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 WiFi (WLAN). Ein besonderer Fokus liegt dabei auf "Standord zu Standort"- und "Last Mile"- Technologien, wie z.B. WLAN, basierend auf IEEE 802.11 (a,b,g,n,ac) - oder Mikrowellentechnologien.

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


        Standorte, Clients, Punkte

Die wesentlichen Objekte eines Funknetzwerkes sind die Sende- und Empfangsobjekte ("Basisstationen" oder "access nodes") und die sog. CPEs (customer premise equipment). Die Sende- und Empfangsobjekte in WiMAP-4G werden als "Sites" bezeichnet. Die Sitedaten sind für jede Berechnung der Funkausbreitungsvorhersagen benötigt. 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 werden  als Pixel - oder als zugeordnete  "Punkte" oder "Clients" dargestellt. "Punkte" werden 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 "Last-Mile" 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. Standortbegehungen und Drive- Tests, können in WiMAP-4G importiert und dargestellt werden  Mit dieser Funktionalität sind Vergleiche der Vorhersagefeldstärken mit gemessenen Feldstärken möglich. Messpunkte können sein:
  •     importiert/exportiert als CSV Dateien ("Delimiter")
  •     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 bipsCover und 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 Freifeldausbreitungsmodell 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. Kritischen Regionen können identifiziert werden, um ergänzende Feldmessungen zu veranlassen.


        Erceg (A,B,C)

IEEE 802.16.3c schlägt die Verwendung des Modells von Victor Erceg vor (es wurde für 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 und 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 semiempirisches Modell, es basiert 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 Gebäude Durchdringung 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 "last-mile"- Funknetzwerke 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 Feldstärke Vorhersagen beruhen. WiMAP-4G ermöglicht folgende Darstellungen:           

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

          Site-to-Site & Link-Budget

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

Zwischen zwei Punkten, also zwischen jedem Sender und Empfänger, kann das Linkbudget berechnet werden. Dies geschieht auf Basis aller typischen HF- Parameter, inklusive der Kanalbandbreite und dem kleinsten erforderliche C/I Abstand. Damit kann der Antennengewinn jeder Antenne bestimmt werden. Folgende Ergebnisse sind verfügbar: 

  • EIRP - berechnet aus Sendeleistung, Antennen- Gewinn und Kabeldämpfung.
  • Empfängerempfindlichkeit mit Rauschzahl, thermisches Rauschen und Kanal Bandbreite.
  • Pfadverlust [dB] aus Tx EIRP und Rx Empfindlichkeit und Antennengewinn
  • Maximal erlaubte Ausbreitungsdämpfung [dB] aus total verfügbarem Pfadverlust und Dimensionierungswerten
  • Maximaler Zellradius, (Freifeld)  [m]

        Terrain-Profiler

Der Terrain-Profiler analysiert Point-to-Point-Verbindungen. Dabei werden Terrainhöhen auf dem Pfad und Gebäudedaten berücksichtigt, sowie 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 Ende- Punkte werden bei der Linkbudget-Berechnung berücksichtigt - und machen daher die Berechnungen einfach und schnell.


        Point Coverage

Bei der Punktfeldstärke-Berechnung wird die exakte Feldstärke für jeden Punkt berechnet. Der Punktetabulator zeigt alle Punkte der Planung.  Diese Daten können einfach exportiert werden, um weitere Analysen machen zu können. Die Gesamt- Empfangsleistung 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 in nachfolgenden Arbeitsschritten geschehen. WiMAP-4G ist offen für Interface anderer Tools. Daten und Ergebnisse können in vielen Standardformaten exportiert und importiert werden.  Die meisten universellen Formate sind ASCII-Grid, definiert von ESRI and KML, erstellt von Google. Für Text basierte Ergebnisse wird das CSV- ormat (comma-separated-value) unterstützt.


        ... in GIS


WiMAP-4G unterstützt den Export von Vorhersagen und Bereichsdarstellungen im ASCII-Grid Format. Diese Format wir auch von den meisten GIS- Tools akzeptiert. Es enthält Geo-Referenzen, mit denen ganz einfach der richtige Standort gefunden werden kann - insbesondere in der Nachbearbeitung.


        ... als KML

Die beste Methode für die Präsentation von Ergebnissen - bei Kunden oder Behörden - sind häufig Google Earth oder Google Maps.


        ... 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.