Herbestemming van de "DECT guard band" Frequentietechnisch onderzoek

TNO ICT Brassersplein 2 Postbus 5050 2600 GB Delft

TNO-rapport 34297

www.tno.nl T 015 285 70 00 F 015 285 70 75

Herbestemming van de "DECT guard band" Frequentietechnisch onderzoek

Datum

28 februari 2007

Auteur(s)

ir A.H. van den Ende, ir P.H. Trommelen, drs T. Janssen

Exemplaarnummer Oplage Aantal pagina's Aantal bijlagen Opdrachtgever Projectnaam Projectnummer

1 15 56 2 Ministerie van Economische Zaken, dgET Frequentietechnisch onderzoek DECT guard band 035,31448

Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden vermenigvuldigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, foto-kopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook, zonder voorafgaande toestemming van TNO. Indien dit rapport in opdracht werd uitgebracht, wordt voor de rechten en verplichtingen van opdrachtgever en opdrachtnemer verwezen naar de Algemene Voorwaarden voor onderzoeksopdrachten aan TNO, dan wel de betreffende terzake tussen de partijen gesloten overeenkomst. Het ter inzage geven van het TNO-rapport aan direct belang-hebbenden is toegestaan. © 2007 TNO

TNO-rapport 34297 Frequentietechnisch onderzoek DECT guard band

2 / 56

TNO-rapport 34297

3 / 56

Frequentietechnisch onderzoek DECT guard band

Inhoudsopgave 1 1.1 1.2 1.3 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4

Inleiding .......................................................................................................................... 7 Achtergrond ..................................................................................................................... 7 Vraagstelling.................................................................................................................... 8 Aanpak van het onderzoek; opbouw van het rapport....................................................... 8 Inventarisatie technologieën en toepassingen voor de DECT guard band....................... 8 Analyse coëxistentie-issues bij de introductie van lv-GSM ............................................ 8 Bepaling voorwaarden voor technologieonafhankelijke uitgifte ..................................... 9 Vaststellen noodzaak tot coördinatie tussen gebruikers onderling ................................ 10

2 2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.3

Technologieën en toepassingen in de DECT guard band ......................................... 11 Inleiding......................................................................................................................... 11 Bevindingen................................................................................................................... 11 Lv-GSM toepassingen ................................................................................................... 11 Andere toepassingen/technologieën............................................................................... 15 Conclusie ....................................................................................................................... 16

3 3.1 3.2 3.3 3.4

Radiotechnische aspecten van de ‘Laag vermogen’ GSM toepassing..................... 17 Specificaties lv-GSM..................................................................................................... 17 Outdoor bereik lv-GSM ................................................................................................. 17 Indoor bereik lv-GSM.................................................................................................... 18 Conclusie ....................................................................................................................... 20

4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7

Coëxistentie met gelicenseerde GSM toepassingen................................................... 23 Inleiding......................................................................................................................... 23 Uitgangspunten .............................................................................................................. 23 Scenario ......................................................................................................................... 24 Storing op de GSM Uplink ............................................................................................ 25 Storing op de GSM Downlink ....................................................................................... 26 Effecten van migratie GSM naar volgende generatie technologie................................. 27 Conclusies...................................................................................................................... 27

5 5.1 5.2 5.3 5.3.1 5.3.2 5.4

Coëxistentie met DECT-toepassingen ........................................................................ 29 Inleiding......................................................................................................................... 29 Uitgangspunten .............................................................................................................. 29 Scenario ......................................................................................................................... 30 Storing door DECT op GSM ......................................................................................... 30 Storing op DECT door GSM ......................................................................................... 31 Conclusie ....................................................................................................................... 32

6 6.1 6.2 6.3 6.4

Coëxistentie met draadloze microfoons ..................................................................... 33 Inleiding......................................................................................................................... 33 Uitgangspunten .............................................................................................................. 33 Scenario ......................................................................................................................... 34 Conclusie ....................................................................................................................... 34

7 7.1 7.2 7.3

Coördinatie binnen de DECT guard band ................................................................ 37 Inleiding......................................................................................................................... 37 Uitgangspunten .............................................................................................................. 37 Laag vermogen GSM indoor interferentiescenario........................................................ 37

TNO-rapport 34297

4 / 56


7.4 7.5

Laag vermogen GSM outdoor interferentiescenario...................................................... 41 Conclusie ....................................................................................................................... 41

8 8.1 8.2 8.3 8.4

Technologie- en dienstenneutrale bestemming.......................................................... 43 Inleiding......................................................................................................................... 43 Toepassingsonafhankelijkheid....................................................................................... 43 Technologieneutraliteit .................................................................................................. 44 Conclusie ....................................................................................................................... 45

9

Conclusies en aanbevelingen....................................................................................... 47

10

Referenties .................................................................................................................... 49

Bijlage A: Storingsberekeningen Bijlage B: Coëxistentie met iBurst

TNO-rapport 34297

5 / 56


Lijst met afkortingen BS CCTV DCS DCS1800 DECT dgET ECC EIRP ETSI FMC FSL GPRS GSM ISM ITU lv-GSM MSD OOV TDD TNO UMTS VK WiFi

Basisstation / Base station Closed Circuit Television Dynamic Channel Selection Digital Cellular System 1800 (MHz) Digital Enhanced Cordless Telephony Directoraat-Generaal Energie en Telecommunicatie Electronic Communications Committee Effective Isotropic Radiated Power European Telecommunications Standards Institute Fixed Mobile Convergence Free Space Loss GSM Packet Radio Service Global System for Mobile communications Industrial, Scientific and Medical (applications) International Telecommunication Union laag vermogen GSM Minimum Separation Distance Openbare Orde en Veiligheid Time Division Duplex Stichting voor Technisch Natuurwetenschappelijk Onderzoek Universal Mobile Telecommunication System Verenigd Koninkrijk Wireless Fidelity


6 / 56

TNO-rapport 34297

7 / 56


1 Inleiding

1.1

Achtergrond

Het spectrum tussen 1876,7 MHz en 1880 MHz, gepaard met 1781,7-1785 MHz, valt conform het Nationaal Frequentieplan onder de bestemming GSM, maar is bij de uitgifte van de GSM-frequenties in de negentiger jaren van de vorige eeuw vrijgehouden. De vrij gehouden band fungeert aan de bovenzijde als guard band tussen GSM en DECT dat tussen 1880 en 1900 MHz ligt. De breedte van deze guard band is destijds gekozen op basis van de stand der techniek van de betrokken systemen (DECT en GSM) en rekening houdend met relevante interferentiescenario’s1. Technologische verbeteringen in DECT- en GSM-apparatuur, de sterk gegroeide populariteit van ‘laag vermogen’-toepassingen2 en de beoogde flexibilisering van het frequentiegebruik zijn belangrijke argumenten om de status van deze frequentieruimte te herzien.

Figuur 1.1: De ‘DECT guard band’in het frequentiespectrum [1]

Vanuit de Nederlandse telecommunicatiemarkt is aangegeven dat er vraag is naar ‘laag vermogen GSM’3, hierna afgekort tot lv-GSM. Deze vraag komt voornamelijk vanuit de aanbieders van relatief kleine netwerken zoals aanbieders van bedrijfscommunicatie, die door het bestemmen van de DECT guard band voor lv-GSM, middels picocellen inpandig GSM aan kunnen gaan bieden. De telefoons die men daarvoor gebruikt kunnen dan buiten het pand overschakelen op het bestaande GSM/UMTS-netwerk en de bestaande telecommunicatie infrastructuur. Het is daarmee een logische toepassing, omdat mobiele telefoons die al met GSM1800 werken de frequenties van de guard band gewoon kunnen ontvangen. Derhalve kan dit concept concurrerend zijn met DECT en vooral met WiFi-oplossingen. Ook in het residentiële segment worden vergelijkbare mogelijkheden gezien. Het Verenigd Koninkrijk heeft, als eerste land in Europa, deze band dan ook verkaveld en geveild ten behoeve van de stimulering van nieuwe ‘laag vermogen’ mobiele diensten en toepassingen voor de zakelijke en consumenten markten4. Het bedrijf PMN (Private Mobile Network) was één van de twaalf nieuwe licentiehouders en had volgens een persbericht van 26 oktober 2006 de primeur in het VK met een ‘low power’ campus GSM service. Een tweede voorbeeld is de start-up Coffee Telecom die werkt aan een landelijke uitrol van 5000 GSM hot spots in coffee shops in het VK. In Nederland kan men vergelijkbare initiatieven verwachten. 1 2

3

4

ERC Report 31: Compatibility between GSM and DCS1800 Veelal wordt de Angelsaksische term ‘low power’ gehanteerd. We verkiezen echter de Nederlandstalige aanduiding, tenzij dit niet logisch is, bijvoorbeeld wanneer de term wordt gebruikt in een product naam. Hier wordt gerefereerd aan toepassingen van mobiele communicatie (spraak en data) op basis van GSM/GPRS laag vermogen technologie. Auction of Spectrum 1781.7-1785 MHz paired with 1876.7-1880 MHz, information memorandum, OFCOM, november 2005.

TNO-rapport 34297

8 / 56


1.2

Vraagstelling

In dit kader heeft het directoraat-generaal Energie en Telecom (dgET) TNO opdracht gegeven een studie uit te voeren naar de mogelijkheden en beperkingen van herbestemming van de DECT guard band. Het is wellicht ook mogelijk de band niet specifiek (bijvoorbeeld alleen inpandige toepassing, maximale vermogens of uitsluitend GSM techniek) te bestemmen, maar deze vrij te geven voor alle soorten telecommunicatie. De vraag is dan of, en onder welke voorwaarden, dit mogelijk is. Hier heeft het dgET op dit moment nog onvoldoende inzicht in. Om tot een juiste bestemmingsdefinitie te kunnen komen dient daarom onderzoek te worden verricht. De bevindingen kunnen aanleiding vormen voor de – bij voorkeur vergunningvrije en technologie en diensten neutrale – uitgifte van kavels in deze frequentieband. De onderzoeksvragen die aan TNO zijn voorgelegd zijn de volgende: 1. Kan de guard band DECT (1877-1880 MHz) in gebruik genomen worden? 2. Kan de DECT guard band gebruikt worden voor GSM? - Zo ja, onder welke voorwaarden? 3. Is het ook mogelijk om de DECT guard band techniek en dienstenneutraal te bestemmen? -Zo ja, onder welke voorwaarden is dit dan mogelijk? 4. Is coördinatie tussen de gebruikers onderling noodzakelijk?

1.3

Aanpak van het onderzoek; opbouw van het rapport

Op basis van de voornoemde vragen van dgET is het onderzoek als volgt uitgevoerd. 1.3.1

Inventarisatie technologieën en toepassingen voor de DECT guard band

Zoals ook in de inleiding is genoemd, staan lv-GSM toepassingen momenteel duidelijk in de belangstelling. Het is echter denkbaar dat er in de markt interesse bestaat voor andere technologieën voor de realisering van deze specifieke mobiele communicatietoepassing of voor geheel andersoortige toepassingen in deze band. Op basis van desk research is nagegaan of inderdaad in Europa momenteel andere technologieën en toepassingen boven de horizon verschijnen specifiek voor deze band. Dit is mede van belang voor de vraag inzake een technieken dienstenneutrale bestemming. De bevindingen van deze activiteit zijn beschreven in hoofdstuk 2 van dit rapport. 1.3.2

Analyse coëxistentie-issues bij de introductie van lv-GSM

De introductie van systemen in de DECT guard band dient op een zorgvuldige manier te gebeuren zodat er geen storing zal optreden op de huidige toepassingen in de frequentiebanden aan beide zijden van de guard band. Uitgangspunt daarbij is de toepassing van lv-GSM in de DECT guard band. Bij de analyse van deze coëxistentie

TNO-rapport 34297

9 / 56


issues is kennis genomen van de bevindingen zoals die in de vergelijkbare onderzoeken van OFCOM zijn uitgevoerd bij de uitgifte van de DECT guard band in het VK. Tevens zijn relevante ECC-publicaties in beschouwing genomen. Radiotechnische aspecten van lv-GSM. Voor de beschouwing van de coëxistentie van de lv-GSM toepassing met andere toepassingen is een radiotechnische karakterisering van de lv-GSM toepassing van belang. Deze wordt gegeven in hoofdstuk 3. Coëxistentie met gelicenseerde GSM-diensten In het bijzonder dient zeker gesteld te worden dat de interferentieniveaus zodanig laag zullen zijn dat er geen storing op de huidige gelicenseerde GSM-netwerken zal optreden. Toepassing van GSM met laag vermogen in de DECT guard band is een ontwikkeling die nu reeds beschikbaar is en waarvan de uitrol concreet kan worden voorzien. Vandaar dat in deze studie voornamelijk is gekeken onder welke voorwaarden dit soort GSM-toepassingen gebruik kunnen maken in de DECT guard band zonder dat er storing wordt veroorzaakt op de systemen in het gelicenseerde GSM-spectrum. Hoofdstuk 4 is geheel gewijd aan deze analyse. Coëxistentie met DECT De impact op DECT is ook een aandachtspunt, hoewel de coëxistentie met DECT minder precair is omdat DECT in een licentievrije band wordt gebruikt en deze technologie ook in staat is middels ‘Free Channel Search’ op een interferentievrij DECT-kanaal af te stemmen. Derhalve wordt volstaan met een meer algemene beschouwing van de coëxistentie met DECT en daarop gebaseerde conclusies. De coëxistentie met DECT wordt behandeld in hoofdstuk 5. Coëxistentie met andere systemen De frequentieband van 1785 tot 1800 MHz is in Europees verband geharmonieerd voor laag vermogen draadloze audioverbindingen. In de praktijk betreft dit draadloze microfoons en hoofdtelefoons. De coëxistentie met deze systemen wordt besproken in hoofdstuk 6. Tegen het einde van dit onderzoek is aan TNO bekend gesteld dat er in Nederland toestemming is verleend voor iBurst systemen in de 1785-1790 MHz band. De coëxistentie met iBurst kon derhalve niet meer binnen de scope van dit onderzoek worden geanalyseerd, maar wordt in een aparte bijlage in dit rapport wel beknopt besproken. 1.3.3

Bepaling voorwaarden voor technologieonafhankelijke uitgifte

Het streven om in Nederland een licentievrije technologieen toepassingsonafhankelijke toewijzing van deze band te realiseren brengt met zich mee dat er naast ‘laag vermogen GSM’ toepassingen ook andere applicaties en/of andere technologieën moeten kunnen worden toegelaten. In deze studie heeft TNO zich beperkt tot de kwestie van technologieneutraliteit, waarvoor de volgende motivatie. De in het verleden voor GSM vastgestelde criteria voor de bescherming tegen DECT en GSM zijn gebaseerd op DECT-GSM en GSM-GSM interferentiescenario’s. Onze inschatting is dat interferentiescenario’s voor lv-GSM in belangrijke mate daarmee vergelijkbaar zijn, in zoverre dat de protectiecriteria voor gelicenseerde GSM geldig blijven. Bij de co-existentie van gelicenseerde GSM met geheel andersoortige toepassingen is deze aanname niet zonder meer valide. Dit vergt een diepgaander onderzoek en valt derhalve buiten het bestek van dit onderzoek.

TNO-rapport 34297

10 / 56


1.3.4

Vaststellen noodzaak tot coördinatie tussen gebruikers onderling

Deze laatste activiteit is er op gericht de mogelijke onderlinge storing tussen verschillende toekomstige systemen in de DECT guard band inzichtelijk te maken. Zoals eerder aangegeven is toepassing van lv-GSM toepassingen de meest voor de handliggende optie in de DECT guard band. De mogelijke onderlinge interferentie van de betreffende lv-GSM systemen is in kaart gebracht. Er is vastgesteld in welke situaties er mogelijk interferentiekwesties kunnen optreden. Op basis hiervan wordt aangegeven hoe dit zou kunnen worden opgelost.

TNO-rapport 34297

11 / 56


2 Technologieën en toepassingen in de DECT guard band

2.1

Inleiding

In dit hoofdstuk gaan we nader in op de toepassingsmogelijkheden van de DECT guard band, zoals die zich momenteel in de markt manifesteren. In de eerste plaats betreffen dit laag vermogen GSM toepassingen (lv-GSM) in diverse verschijningsvormen. Het is denkbaar dat er, behalve lv-GSM toepassingen, in de markt ook belangstelling bestaat voor andere technologieën voor de realisering van deze specifieke mobiele communicatietoepassing of voor geheel andersoortige toepassingen in deze band. Op basis van desk research is nagegaan of inderdaad in Europa momenteel andere technologieën en toepassingen boven de horizon verschijnen specifiek voor deze band. Dit is mede van belang voor de vraag inzake een technieken dienstenneutrale bestemming.

2.2

Bevindingen

2.2.1

Lv-GSM toepassingen

Het feit dat de guard band onder studie in principe binnen de frequentiebestemming GSM valt en de guard band ook binnen het afstembereik van GSM apparatuur valt, maakt dat GSM-achtige toepassingen voor deze band zeer voor de hand liggen. GSM-gebaseerde diensten vallen uiteen in de volgende typen: o Campus-type deployment; o

Indoor GSM (kantoorcomplexen, maar ook residentieel); deze toepassing zou aan kunnen sluiten op een marktontwikkeling zoals aangegeven in Figuur 2-1. Dit is in Nederland een nieuw business model, maar in het VK al voorgesteld, en in Zweden zelfs al in gebruik (Spring Mobil heeft daar een nationale GSMlicentie, en biedt dergelijke indoor-oplossingen aan aan middelgrote bedrijven met een omvang van 500-1000 werknemers; zie [2]);

o

GSM-in-briefcase toepassing (GSM-out-of-a-briefcase oplossing aan te bieden aan OOV-sector voor toepassing bij noodsituaties);

o

Mogelijk zou ook video gestreamd kunnen worden, op basis van GPRS. Een mogelijke toepassing zou beveiligingscamera’s kunnen zijn (CCTV).

TNO-rapport 34297

12 / 56


Figuur 2-1 Marktontwikkeling in de telecommunicatiewereld tav bellen over internet. Aangegeven is ook hoe de DECT guard band hierin zou passen.

De lv-GSM toepassing moet in de telecommunicatiemarkt vooral worden gezien als een (aantrekkelijke) uitvoeringsvorm van Fixed Mobile Convergence5, waarvoor ook alternatieve oplossingen bestaan. De kerngedachte van de lv-GSM toepassing is dat de bezitter van een GSM-toestel in staat wordt gesteld om gesprekken te voeren via een privaat netwerk (kan een bedrijf, of een particuliere woning betreffen) en niet via het netwerk van de publieke mobiele operator, indien de bezitter van deze mobiele telefoon zich binnen het bereik van het basisstation van het private netwerk bevindt. De term privaat moet men niet te letterlijk nemen; deze lokale GSM-dienst kan zeer wel ook als commerciële dienstverlening in de markt worden gezet. De SIM-kaart van een GSMmobieltje faciliteert de keuze uit verschillende netwerken waarop kan worden geregistreerd. De operator, de verstrekker van de SIM-kaart, heeft een grote invloed op de selectiemogelijkheden die de houder van het mobieltje worden geboden, hoewel de gebruiker normaliter in staat moet zijn een handmatige netwerkselectie uit te voeren. Op deze wijze is de houder van het GSM mobieltje in principe in staat zich te registreren op een privaat GSM-netwerk in zijn directe omgeving. Er worden momenteel echter in de markt veel elegantere mogelijkheden aangeboden, die de houder van het toestel veel gedoe uit handen nemen en ‘seamless roaming’ mogelijk maken tussen private en publieke GSM-netwerken. We lichten hier puur ter illustratie het concept toe dat door het bedrijf PMN in de markt is gezet. Dat is er op gebaseerd dat de houder van het GSM-toestel door PMN een SIM-kaart aangeboden krijgt waarmee het toestel default wordt geregistreerd op een PMN-netwerk in zijn directe omgeving. Dat is een ‘laag vermogen’ GSM netwerk dat uitsluitend in een bedrijf, huis of op een campus GSM dekking biedt. Zodra de houder van het toestel buiten het bereik van een PMN-netwerk komt is sprake van roaming naar een van de publieke mobiele operators. Qua serviceverlening is er sprake van seamless roaming, wat geen specifieke handelingen vergt van de toestelhouder.

5

Fixed Mobile Convergence (FMC): de convergentie tussen vaste en mobiele telecommunicatiediensten.

TNO-rapport 34297

13 / 56


Er zijn een aantal duidelijke incentives voor de introductie van dit concept in de markt: •

• • •

Door de afwikkeling van lokale ‘mobiele’ gesprekken via het eigen bedrijfsnetwerk en het vaste netwerk (IP backbone) zijn met name voor bedrijven/organisaties besparingen mogelijk in de kosten voor mobiele communicatie; Partijen met operatorambities kunnen op deze wijze, zonder de noodzakelijke uitrol van een duur landelijk netwerk, lokaal mobiele diensten aanbieden, waarbij men ‘piggy back’ pleegt op de bestaande lokale vaste infrastructuur Mobiele operators kunnen hier baat bij hebben door te partneren met ‘local’operators ter verbetering van de door de GSM-gebruiker gepercipieerde indoor dekking. Voor GSM gebruikers biedt het gebruik van 1 mobiele terminal voor alle spraak/SMS communicatiediensten een duidelijk ergonomisch voordeel.

Het Verenigd Koninkrijk heeft, als eerste land in Europa, deze band dan ook verkaveld en geveild ten behoeve van de stimulering van nieuwe ‘laag vermogen’ mobiele diensten en toepassingen voor de zakelijke en consumenten markten. Er zijn in het VK twaalf licenties gehonoreerd. In Tabel 2-1 is weergegeven wat de plannen van deze partijen zijn met deze band. Dit zijn voorbeelden van toepassingen zoals die ook in de Nederlandse markt interessant gevonden kunnen worden. Tabel 2-1

DECT Guard Band licentiehouders in het VK (tabel overgenomen uit [3])

Provider

Heritage

Currently Targets

Existing

Statement

capabilities

regarding

plans

for new spectrum allocation BT PLC

Part of BT PLC

All

sectors,

residential to MNC

Wide portfolio of

Undisclosed

both business and residential telecommunications services.

Cable & Wireless

Cable & Wireless

Ltd

Large

UK-based

enterprises

Managed IP

Will

services

integrated fixed-to-

provision

mobile and FMC solutions to existing business

customer

base. Cyberpress Ltd.

Wholly owned by

Residential

Pipex

business sectors

and

Managed Dedicated

VPN, Access,

Business Broadband,

Public

Sector Solutions

Looking

to

provision

campus

GSM

Picocell

services

to

enterprise community initially.

TNO-rapport 34297

14 / 56


Provider

Heritage

Currently Targets

Existing

Statement

capabilities

regarding plans for new spectrum allocation

COLT Mobile

COLT Telecoms

Telecoms Ltd.

SMEs and large

Wide portfolio of

Looking to

corporates

business

provision campus

telecommunications

GSM Picocell

services

services to core enterprise customer base.

FMS Solutions Ltd

Privately-held

SMEs Managed

Plans to offer

company

communications

bespoke GSM

provider

networks in remote areas, tunnels, railways etc.

Mapesbury

MCom

Communications

SMEs to large

WiFi and WiMax

corporates

deployments, for

Ltd

Undisclosed

enterprises campus and city deployments

O2 (UK) Ltd Opal Telecom Ltd

PLTD (UK) Ltd

Part of O2 Group,

Residential to Large

held by Telefonica

Corporate

Owned by

SMEs

Wireless services

Undisclosed

Managed telecom

Undisclosed

Carphone

solutions, fixed and

Warehouse Ltd

mobile

Wholly-owned

Residential and

Wholesale carrier,

subsidiary of

SMEs

retail prepaid

Philippine Long-

calling cards to

Distance Telephone

Filipino consumer

Company (PLTD).

and business

Undisclosed

community abroad. Shyam Telecom

Part of India-based

Service providers

Makes indoor and

(UK) Ltd

wireless

and SMEs

outdoor DAS

infrastructure

equipment and

manufacturer.

customized network

Undisclosed

coverage solutions (for basements, tunnels, rural outposts, airports etc). Spring Mobil AB

Swedish-based

SMEs and large

Dedicated GSM

Will leverage new

Enterprise GSM

corporates (350

networks using

spectrum allocation

services provider,

customers in

picocells in

to offer provision

launched in 2005 in

Sweden).

Sweden. Looking to

campus GSM

bring the same

services.

Sweden.

business model to UK.

TNO-rapport 34297

15 / 56


Provider

Heritage

Currently Targets

Existing

Statement

capabilities

regarding plans for new spectrum allocation

Teleware PLC

Bid, and will

Large corporate

PBX software,

Campus GSM

provide services to

customers (500

GSM softswitch

services in tandem

enterprises as

customers to date,

services for

with existing PBX

Private Mobile

of which 25% of

Personal

solutions, remote

Networks (PMN).

which are FTSE

Numbering, Unified

GSM network

100).

Messaging IP

deployments (oil

Telephony

rigs, desert operations etc).

Merk op dat de plannen die in de tabel genoemd zijn alle gebaseerd zijn op GSM. Dit is een indicatie voor de dominantie van deze technologie in deze band, wat impliceert dat dat dit waarschijnlijk in Nederland op afzienbare termijn ook het geval zal zijn.

2.2.2

Andere toepassingen/technologieën

Op basis van verricht Internet-onderzoek moeten we vaststellen dat we in Europa geen andere technologieën en applicaties hebben aangetroffen die feitelijk dan wel in potentie in de DECT guard band worden ingezet. Bij de vrijgave van deze band in het VK is er expliciet gesteld dat gebruik ook door andere technologieën dan GSM toegestaan is; de herbestemming gebeurde dus technologieneutraal. Navraag bij de OFCOM heeft geleerd dat alle plannen die tot dusver bekend zijn bij OFCOM in deze band echter gebaseerd zijn op GSM-technologie. Verder zijn de plannen ook allemaal gericht op lokale, mobiele spraak/data-diensten. De focus, tot op heden, op GSM-technologie laat zich verklaren uit het feit dat de frequentieband onder studie valt binnen de Europees geharmoniseerde frequentiebestemming GSM en binnen het afstembereik ligt van commercieel verkrijgbare GSM-apparatuur. Nieuwe toepassingen gebaseerd op GSM-technologie zijn dus kosteneffectief en snel te ontwikkelen en in de markt te zetten. Het wekt wellicht in eerste instantie verbazing dat er voor deze frequentieband zich geen toepassingen manifesteren die op DECT-technologie zijn gebaseerd. Dat laat zich als volgt verklaren. Ten eerste ligt deze guard band niet binnen de frequentieallocatie voor DECT (in feite ligt er nog een 1 MHz guard band tussen de GSM en DECT allocaties). Dit houdt in dat deze guard band niet binnen het afstembereik liggen van DECT-systemen. Deze kunnen dus niet op kosteneffectieve wijze worden aangewend om in deze band met nieuwe toepassingen te komen. DECT-technologie, dat aanmerkelijk eerder was gestandaardiseerd dan GSM, is bovendien al zeer volwassen. Verdere innovaties van DECT-technologie in de huidige tijd zijn niet meer realistisch6. Ten tweede, en in samenhang met het voorgaande punt, is het niet aannemelijk te stellen dat een potentiële uitbreiding van het DECT spectrum een kritische succesfactor zou zijn voor nieuwe toepassingen op basis van DECT. Immers reeds binnen het 6

Enkele jaren geleden is dit nog wel gepoogd met de op DECT & 802.11b gebaseerde HomeRF standaard. Dit is echter nooit een succes geworden.

TNO-rapport 34297

16 / 56


bestaande spectrum zijn deze mogelijkheden al lange tijd aanwezig, maar DECT is altijd geassocieerd gebleven met draadloze telefonie voor de residentiële en zakelijke sector. Er zijn geen technische beperkingen die deze frequentieband principieel ongeschikt maken voor andere toepassingen in combinatie met andere radiotechnologie dan GSM of DECT. Een nieuw concept of een reeds bestaande toepassing bestemd voor nietEuropese markten (VS en Azië) hoewel in ons onderzoek niet gevonden, zal pas in Europese landen kans maken als de marktomvang de ontwikkelings- of aanpassingskosten rechtvaardigt. Het VK biedt met een populatie van 60 miljoen en een liberaal licentieregime hiervoor al een belangrijke basis, maar deze is nog maar recentelijk ontstaan en de introductie van werkelijk nieuwe toepassingen op basis van andere radiotechnologie zal tijd kosten of waarschijnlijk zelfs pas ontstaan als ook elders in Europa deze frequentieruimte met vergelijkbare condities beschikbaar komt. 2.3

Conclusie

Mogelijkheden met de DECT guard band lijken zich op afzienbare termijn met name te richten op diverse spraak/data toepassingen gebaseerd op lv-GSM-technologie, omdat het hiermee relatief snel en op kosteneffectieve wijze in de markt kan worden geïntroduceerd. Het diverse aanbod van de huidige licentiehouders in het VK geeft een goed beeld van toepassingen die nu en in de nabije toekomst marktattractief zijn. Het liberale licentieregime in het VK, waarschijnlijk gevolgd door Nederland, en eventueel door andere Europese landen, nodigt wel uit tot nieuwe diensten/applicaties maar daar is meer tijd voor nodig en zeer waarschijnlijk een grotere potentiele markt. Harmonisatie van de nieuwe bestemming van deze band binnen Europa kan het innovatieklimaat met betrekking tot deze band sterk verbeteren.

TNO-rapport 34297

17 / 56


3 Radiotechnische aspecten van de ‘Laag vermogen’ GSM toepassing

3.1

Specificaties lv-GSM

In de standaard GSM05.05 [5] zijn specificaties voor DCS1800 pico-basisstations opgenomen. Het maximale voor dergelijke pico-basisstations bedraagt 23 dBm (200 mW). In de studie die OFCOM heeft uitgevoerd naar de mogelijkheden van toepassing van lv-GSM in de DECT guard band is uitgegaan van dit zendvermogen [4]. Ook GSM picocel producten op de markt hebben een maximaal zendvermogen van 23 dBm. Als algemeen uitgangspunt bij de analyse van de coëxistentie-issues kan voor lv-GSM uitgegaan worden van de specificaties zoals weergegeven in Tabel 3-1, die overeenkomen met de in de GSM standaard genoemde waarden. Tabel 3-1

Systeemparameters GSM pico cel systeem ( lv-GSM)

Kanaalbreedte 200 kHz Zendvermogen 23 dBm (200 mW) Ontvangergevoeligheid -104 dBm Signaal-interferentie-verhouding (C/I) 9 dB Volgens standaard GSM05.05 vers 8.5.1. (ETSI EN 300 910) [5]

3.2

Outdoor bereik lv-GSM

In een outdoor situatie waarbij een lv-GSM station bijvoorbeeld wordt geplaatst op een bedrijfsterrein, kan het maximale bereik worden behaald wanneer er zich geen gebouwen of obstakels tussen het basisstation en de terminal bevinden. In dit geval is er sprake van vrij-zicht (line-of-sight) en kan het maximale bereik worden berekend op basis van de vrije ruimte demping (free space loss). In een stedelijke omgeving zullen de radiosignalen demping ondervinden van de aanwezige bebouwing en vegetatie. Er zijn empirische modellen waarmee een voorspelling van de demping in een stedelijke omgeving kan worden gedaan. In de ITU-R P.1411 publicatie [6] wordt een model beschreven waarmee de propagatiedemping kan worden bepaald in een stedelijke omgeving waarbij er zich geen of nauwelijks obstakels bevinden tussen het basisstation en de mobiele terminal. Een ander model dat in dit kader vaak wordt toegepast is het COST 231 model [7], waarbij de demping van bebouwing op een statistische manier wordt meegenomen. Op basis van de gegevens uit Tabel 3-1 kan het bereik van een lv-GSM basisstation worden bepaald. Hierbij is de maximale afstand waarop het signaal van de mobiele terminals kan worden ontvangen door het basisstation de bepalende factor. Conform ECC Report100 [8] wordt uitgegaan van een ontvangen signaalniveau dat 3 dB boven de ontvangergevoeligheid ligt en van een body-loss van 5 dB. Op basis van deze uitgangspunten kan op met de verschillende modellen een voorspelling worden gedaan van de afstand die met lv-GSM in een outdoor situatie zou kunnen worden overbrugd. Als aanname bij de berekeningen is genomen een hoogte van het basisstation van 10m

TNO-rapport 34297

18 / 56


en voor de terminal 1,5m. In Figuur 3-1 is voor verschillende modellen de propagatiedemping als functie van afstand weergegeven in een outdoor situatie. De maximale acceptabele propagatiedemping bedraagt 120 dB (24 -5 – 3 + 104). Wanneer wordt uitgegaan van vrije ruimte demping (free space loss, FSL) leidt dit tot een afstand van circa 10 km hetgeen in de praktisch niet realistisch zal zijn. In werkelijkheid zal de maximale afstand die kan worden overbrugd, afhankelijk van de specifieke omgeving, liggen tussen: • •

250m; volgens COST 231 model voor een stedelijke omgeving en 3 km; conform ITU-R P.1411 waarbij wordt uitgegaan van vrij zicht tussen basisstation en terminal.

Het COST 231 model is in principe toepasbaar voor het voorspellen van de demping van radiosignalen in stedelijke omgevingen bij afstanden van groter dan 1 km. Voor kleinere afstanden zal dit model in veel gevallen een te hoge waarde van de propagatiedemping op leveren. In de praktijk zal het bereik van lv-GSM in een stedelijke omgeving enkele honderden meters bedragen.

Figuur 3-1

3.3

Demping van radiosignalen bij een frequentie van 1880 MHz in ‘vrije ruimte’ en ‘stedelijk gebied’.

Indoor bereik lv-GSM

Op eenzelfde manier als in de voorgaande paragraaf is gedaan voor outdoor gebruik van lv-GSM kan ook voor indoor situaties het maximale bereik worden bepaald. In ITU-R Recommendation P.1238 [9] wordt een model gegeven op basis waarvan de demping van radiosignalen in verschillende indoor-omgevingen kan worden benaderd. In figuur 3.2 is een curve weergegeven voor de demping van radiosignalen met een frequentie van 1880 MHz in een kantooromgeving, volgens het model ITU-R P.1238. Hierin is te

TNO-rapport 34297

19 / 56


zien dat door de aanwezigheid van obstakels als muren en meubilair de demping hoger zal zijn dan de demping in de vrije ruimte. In dezelfde figuur is ook de curve voor de indoor demping in een kantooromgeving weergegeven zoals die door OFCOM in haar technische studie [4] naar de interferentie en coördinatie bij de uitgifte van de DECT guard band in het Verenigd Koninkrijk werd gehanteerd. In deze studie wordt aangegeven dat deze curve overeenkomt met ITU-R Recommendation P.1238, wat echter niet het geval is. De curve zoals gehanteerd door OFCOM levert een aanzienlijk hogere voorspelde signaaldemping. In een indoor omgeving moet rekening gehouden worden met fading van het radiosignaal als gevolg van reflecties tegen objecten. Hiervoor wordt een extra marge van 10 dB [9] in acht genomen. De maximale acceptabele propagatiedemping bedraagt in een indoor omgeving 110 dB (24 – 5 – 3 – 10 + 104). Als we nagaan hoe groot het maximale bereik van lv-GSM in een kantooromgeving leidt dit tot de volgende waarden: • •

50 m volgens OFCOM (VK); 250 m volgens ITU-R P.1238.

Zoals gezegd is de curve zoals die in de OFCOM studie wordt gehanteerd een onjuiste implementatie van de ITU Recommendation. In Figuur 3-2 zijn de diverse curves voor de indoor omgeving weergegeven.

Figuur 3-2 Demping van radiosignalen bij een frequentie van 1880 MHz in indoor omgevingen.

TNO-rapport 34297

20 / 56


In de praktijk zal het maximale bereik van lv-GSM circa 250m bedragen. Deze afstand geldt voor communicatie op dezelfde verdieping. Bij iedere overgang naar een andere verdieping komt hierbij de demping van een verdiepingsvloer (‘floor penetration loss’). In ITU-R P.1238 wordt voor een kantooromgeving een demping van 15 dB voor de eerste verdiepingsvloer en voor iedere volgende vloer een extra demping van 4 dB opgegeven (bij frequenties tussen 1800 en 2000 MHz). Het bereik over meerdere verdiepingen zal dus kleiner zijn. In Figuur 3-3 is een indicatie weergegeven van het bereik van een lv-GSM basisstation over verschillende verdiepingen. Het lv-GSM systeem bevindt zich op de begane grond en een indicatie van het bereik op de verschillende verdiepingen is aangegeven. Hieruit kan worden opgemaakt dat met een lv-GSM basisstation dekking kan worden gerealiseerd over meerdere verdiepingen, met name wanneer gebouwen een niet al te grote omvang hebben. Voor de dekking is het in veel gevallen niet noodzakelijk om op iedere verdieping een basisstation te plaatsen. Het realiseren van voldoende transmissiecapaciteit om ook in piekuren te voorzien in de communicatiebehoefte kan hiervoor echter wel aanleiding geven.

Figuur 3-3 Indicatie van de dekking van een lv-GSM basisstations over meerdere verdiepingen.

3.4

Conclusie

Op basis van de GSM standaard, GSM picocel apparatuur die op de markt is en uitgangspunten die gehanteerd worden in coëxistentiestudies (met name van de OFCOM in het Verenigd Koninkrijk) kan worden opgemaakt dat onder ‘lv-GSM’ GSM basisstations worden verstaan met een maximaal zendvermogen van 23 dBm. Met lv-GSM kunnen op basis van een zendvermogen van 23 dBm picocellen worden gerealiseerd met een maximale celstraal van: • •

Outdoor: 250 m (stedelijke omgeving) tot 3 km (geen obstakels); Indoor: 250 m in een kantooromgeving.

Op basis van deze maximale waarden voor celstraal in de verschillende omgevingen is een zinvolle toepassing van lv-GSM in de praktijk mogelijk.

TNO-rapport 34297

21 / 56


OFCOM heeft (als spectrum management bureau in het Verenigd Koninkrijk) een studie [4] uitgevoerd naar de mogelijkheden voor ‘laag vermogen’-toepassingen in de DECT guard band. Het in deze studie gehanteerde propagatiemodel geeft voor de indoor omgevingen te hoge voorspellingen voor de demping van radiosignalen, doordat de implementatie van het algemeen gehanteerde ITU model [9] niet op een juiste manier is gedaan. Hiermee zijn de berekeningsresultaten voor het maximale indoor bereik en indoor coëxistentiescenario’s uit de studie van OFCOM niet bruikbaar.


22 / 56

TNO-rapport 34297

23 / 56


4 Coëxistentie met gelicenseerde GSM toepassingen

4.1

Inleiding

Zoals in de onderstaande figuur is weergegeven grenzen de twee delen van de DECT guard band die in deze studie centraal staan aan het spectrum waarvoor licenties zijn uitgegeven ten behoeve van GSM-netwerken. Het is van belang om interferentie op deze systemen te vermijden om de commerciële dienstverlening niet te verstoren. In deze paragraaf zal aandacht besteed worden aan de voorwaarden waaronder interferentie van toekomstige lv-GSM op de GSM-systemen in het gelicenseerde spectrum in voldoende mate kan worden beperkt.

Figuur 4-1 Frequentiegebieden waar coëxistentie-issues tussen systemen in het huidige gelicenseerde GSM spectrum en toekomstige lv-GSM systemen in de DECT guard band kunnen spelen.

4.2

Uitgangspunten

In dit hoofdstuk zullen we de coëxistentie onderzoeken van lv-GSM-systemen, die gebruikt worden in de DECT Guard band, met gelicenseerde GSM in de aangrenzende band. We zullen hierbij een aantal aannames doen, zoals hieronder weergegeven. Laag vermogen GSM: • Zendvermogen 23 dBm Dit is te beschouwen als een (de facto) standaard voor “lv-GSM”. 23 dBm is een waarde die in de GSM standaard genoemd wordt voor picocel basisstations en er van verschillende fabrikanten apparatuur op de markt is met dit zendvermogen. Vandaar dat in de coëxistentie-analyses voor lv-GSM van dit zendvermogen is uitgegaan. • Antennehoogte maximaal 10 meter bij outdoor gebruik Bij een dergelijke antennehoogte blijft het bereik van de lv-GSM systemen in de DECT Guard Band beperkt en is er sprake van lokaal gebruik. GSM in de gelicenseerde banden Voor het gelicenseerde GSM-systeem nemen we de volgende systeemparameters aan, als typisch voor een outdoor GSM cel: • Zendvermogen 30 dBm • Antenneversterking 12 dBi • Antennehoogte 30 m.

TNO-rapport 34297

24 / 56


De verdere parameters voor zowel lv-GSM als GSM in gelicenseerde banden zijn zoals weergegeven in Tabel 3-1.

4.3

Scenario

Interferentie tussen systemen in aangrenzende frequentiebanden ontstaat doordat zenders niet alleen signaal uitzenden in het eigen kanaal, maar ook vermogen lekken naar naastliggende kanalen. Het vermogen dat onbedoeld wordt uitgezonden in naastliggende kanalen uit zich als interferentie op de ontvangst van systemen die hiervan gebruikmaken. De meest ongunstige situatie treedt op wanneer bij de mobiele terminal het gewenste signaal, in dit geval van het 'gelicenseerde' GSM basisstation, erg zwak is terwijl het signaal van het lv-GSM station relatief sterk is. In de praktijk betekent dit dat de afstand van de mobiel tot het basisstation groot is of dat er sprake is van een hoge demping van het signaal door gebouwen. In de onderstaande figuur is deze situatie schematisch weergegeven.

Figuur 2 Scenario waarbij lv-GSM interferentie veroorzaakt op de ontvangst van 'gelicenseerde' GSM.

In een “worst case” benadering wordt er vanuit gegaan dat het gewenste signaal net boven de gevoeligheid van de ontvanger uitkomt. De GSM-standaard specificeert een minimale verhouding tussen de sterkte van het gewenste signaal ten opzichte van het internerende signaal waarbij er een goede ontvangst mogelijk is. Op basis van de GSM systeemspecificaties kan, gebruikmakend van de propagatiemodellen (zie paragraaf 3.2), worden berekend welke afstand het interfererende lv-GSM basisstation minimaal moet staan, zodat er geen storing wordt veroorzaakt op de ontvangst van het gewenste signaal door de mobiele terminal. Storing is te voorkomen door de geografische afstand tussen stoorder en ontvanger te vergroten, maar ook door de scheiding in frequentie te vergroten. Dit laatste kan gedaan worden door een of meer kanalen aan de rand van de DECT guard band aan de zijde van het spectrum in gebruik voor gelicenseerde GSM niet uit te geven voor lv-GSM, maar als “guard channel” te handhaven. Om inzicht te krijgen in de mogelijkheden om de DECT guard band uit te geven voor ongecoördineerd gebruik ten behoeve van lvGSM is dit interferentiescenario nader geanalyseerd. We bekijken hier de volgende mogelijkheden voor wat betreft de instelling de grootte van de guard band tussen het

TNO-rapport 34297

25 / 56


spectrum voor gelicenseerde GSM en de DECT guard band waarin in de toekomst mogelijk lv-GSM zal worden ondergebracht: A. geen guard band; B. een guard band ter grootte van 1 GSM-kanaal (200 kHz); C. een guard band ter grootte van 2 GSM-kanalen (400 kHz). Het invoeren van nog ruimere guard band levert weinig winst op in de protectie van de gelicenseerde GSM-gebruikers, aangezien de signaalsterkte van het storende signaal nauwelijks meer afneemt bij een grotere frequentiescheiding dan twee kanalen. Een gedetailleerde beschrijving van de interferentieberekening is te vinden in de appendix A7. Bij de berekening kiezen we nadrukkelijk voor een worst-case benadering. De factoren waar dit met name voor geldt, zijn de volgende: •

•

•

•

We gaan uit van het geval dat de inkomende signaalsterkte op het gelicenseerde GSM systeem net boven de gevoeligheid van de ontvanger ligt. In de praktijk zal het ontvangen signaal in veel gevallen boven de ontvangergevoeligheid liggen. We gaan ervan uit dat de lv-GSM terminal zijn zendvermogen op maximaal zet, namelijk 23 dBm. Dit is slechts zo wanneer de mobiel zich aan de celrand bevindt. Het zal dan ook vaak voorkomen dat het zendvermogen hieronder blijft. De bovengrens voor de minimum afstand die volgt uit de storingsberekening gaat uit van een directzicht-verbinding tussen stoorder en ontvanger. Direct zicht zal echter zeker niet in alle gevallen bestaan. De afstand berekend met het ITU-R P.1411 model [6] geeft hierdoor als resultaat een bovengrens aan de interferentie-afstand. Lv-GSM systemen in de DECT guard band zullen naar verwachting veelal indoor worden toegepast. Dit geeft een grotere ontkoppeling en dus een lagere interferentie.

Voor deze elementen van de berekening kan dus in werkelijkheid een gunstiger situatie gelden, dat wil zeggen een situatie waarin de kans op storing kleiner zal zijn dan dat de berekeningen aangeven. Interferentie door lv-GSM vanuit de DECT guard band in de gelicenseerde GSM banden kan optreden zowel aan de kant van het basisstation als die van het mobiele station. Omdat bij beide gevallen andere parameters gelden (zoals frequentie en ontvangstgevoeligheid, maar ook het toepassingsscenario dat indoor of outdoor kan zijn), bekijken we deze twee gevallen afzonderlijk.

4.4

Storing op de GSM Uplink

We bekijken hier storing van de lv-GSM op de ontvanger van het basisstation van het gelicenseerde GSM systeem (de zogenaamde uplink). Deze storing zal het grootst zijn op het kanaal dat in de frequentieruimte het dichtst bij de DECT guard band ligt. Dit is het kanaal met als centrumfrequentie 1782,0 MHz.

7

Appendix A is in dit concept nog niet opgenomen.

TNO-rapport 34297

26 / 56


In Tabel 4-1 staan de resultaten van de storingsberekening (uitgewerkt in appendix A). De tabel geeft voor verschillende groottes van de guard band (0, 1 of 2 kanalen van 200 kHz) de minimum afstand waarop het lv-GSM mobieltje geen storing veroorzaakt op het gewenste GSM signaal zoals dat bij het gelicenseerde GSM-basisstation binnenkomt. De twee verschillende propagatiemodellen geven ieder een andere afstand aan: de een voorspelt veel demping en levert zo een ondergrens van deze afstand, en de ander gaat uit van vrij zicht (line-of-sight en dus weinig demping) en levert een bovengrens voor deze onderlinge afstand die moet worden gehanteerd om storing te voorkomen. Tabel 4-1: Minimale afstanden lv-GSM mobiel tot gelicenseerd basisstation

Minimale afstand lv-GSM mobiel tot gelicenseerd GSM basisstation A Geen guard band

B 1 kanaal guard band

C 2 kanalen Guard band

Propagatiemodel ITU 1411 (bovengrens)

Ca 3 km

Ca 400 m

Ca 200 m

Propagatiemodel COST 231 (ondergrens)

Ca 150 m

Tientallen meters

Tientallen meters

Deze waarden kunnen we vergelijken met de celrand van het gelicenseerde GSMsysteem, dat dus bij een afstand tot de lv-GSM mobiel weergegeven in de tabel niet gestoord wordt. De celrand-radius is grofweg 3 maal groter dan de waarden in kolom “A” uit de tabel. Merk echter op dat een typische GSM-gebruiker niet per se op de celrand zal zitten. In die zin zijn de waarden in de tabel hoe dan ook waarden voor een worst-case scenario. Hoe dichter bij het BS hij komt, hoe dichter ook de DECT GB mobiel bij dat BS mag komen zonder dat hij storing veroorzaakt.

4.5

Storing op de GSM Downlink

We bekijken hier storing van een lv-GSM basisstation op de ontvanger van het mobiele station van het gelicenseerde GSM systeem (de zogenaamde downlink). Deze storing zal het grootst zijn op het kanaal dat in de frequentieruimte het dichtst bij de DECT Guard Band ligt. Dit is het kanaal met als centrumfrequentie 1877,0 MHz. In de tabel staan de resultaten van de storingsberekening (uitgewerkt in appendix A). De tabel geeft voor iedere instelling van de guard band (0, 1 of 2 guard channels) de minimum afstand waarop het lv-GSM basisstation geen storing veroorzaakt op het gewenste GSM signaal zoals dat bij het gelicenseerde GSM mobiele station binnenkomt. Net als in de vorige paragraaf leveren verschillende propagatie-aannames weer waarden voor de ondergrens en de bovengrens aan deze afstand. Verder dienen hier nog twee scenario’s te worden geïdentificeerd: een scenario waarbij het lv-GSM systeem indoor ontplooid wordt en een scenario voor outdoor gebruik. Deze twee ontplooiingsscenario’s geven verschillende waarden voor de minimale afstand tussen stoorder en ontvanger, zoals af te lezen uit Tabel 4-2.

TNO-rapport 34297

27 / 56


Tabel 4-2: Minimale afstand van lv-GSM basisstation tot gelicenseerd GSM mobiel station

Minimale afstand van lv-GSM basisstation tot gelicenseerd GSM mobiel station A B C Geen 1 kanaal 2 kanalen guard band guard band guard band Propagatiemodel FSL (bovengrens indoor)

4000

120

40

Propagatiemodel ITU 1238 (ondergrens indoor)

250

25

10

Propagatiemodel ITU 1411 (bovengrens outdoor)

1500

300

180

Propagatiemodel COST (ondergrens outdoor)

130

20

10

4.6

Effecten van migratie GSM naar volgende generatie technologie

Indien in de huidige GSM-ruimte in de toekomst andere technologieën zullen worden ingezet, dan is de vraag reëel in hoeverre de bezetting van de DECT guard band consequenties kan hebben voor een nieuwe technologie en de daarop gebaseerde dienst. Een uitvoerige beantwoording van deze vraag valt buiten het bestek van deze vraag. Indien in de toekomst een relatief breedbandige technologie (UMTS, daarmee vergelijkbaar of breedbandiger) in de huidige GSM-banden wordt ingezet, moet men rekening houden met een grotere gevoeligheid voor de relatief smalbandige storing vanuit de DECT guard band, een en ander afhankelijk van de gemaakte technologiekeuze. Indien men zal kiezen voor UMTS-technologie in de huidige GSM banden, kunnen we op grond van ECC Report 0828 stellen dat een guard band met een breedte van 2 GSM kanalen adequaat is. Het is wel aan te bevelen om bij een hernieuwde technologieneutrale uitgifte van het GSM spectrum hier aandacht aan te schenken.

4.7

Conclusies

Bij de introductie van low-power GSM-systemen in de DECT guard band kan interferentie op GSM-systemen in de aangrenzende gelicenseerde band niet volledig worden uitgesloten. De interferentie kan echter in voldoende mate worden beperkt zodanig dat de introductie van lv-GSM nauwelijks effect heeft op de systemen in de aangrenzende gelicenseerde band. Er is alleen sprake van mogelijke interferentie op GSM systemen die gebruik maken van kanalen aan de grens van het gelicenseerde spectrum, en treedt enkel op onder ongunstige omstandigheden.

8

ECC Report 082 “Compatibility study for UMTS operating in within the GSM900 and GSM1800 frequency bands”, May 2006

TNO-rapport 34297

28 / 56


Om bij de introductie van lv-GSM storing op systemen in het aangrenzende gelicenseerde spectrum te voorkomen is het aan te raden een guard band te hanteren. Met een guard band ter grootte van 2 kanalen (2×200 kHz) kan de interferentie zodanig worden beperkt dat slechts in bijzonder ongunstige scenario's effect kan zijn van toekomstige lv-GSM. Praktisch gezien kan een guard band van 2 kanalen als voldoende beschouwd worden op interferentie te voorkomen. We merken op dat de licentiehouder van de kanalen aan de rand van de gelicenseerde GSM-band de twee guard kanalen wel zou kunnen inpassen in zijn huidige frequentieplanning. Deze licentiehouder is T-Mobile. De twee kanalen zouden dan onder dezelfde voorwaarden worden vergeven als de andere DECT Guard band kanalen, maar dan slechts aan een specifieke licentiehouder. Tegen een dergelijke constructie bestaat vanuit frequentietechnisch oogpunt geen bezwaar. Indien in de toekomst UMTS-technologie in de GSM-banden zou worden geïntroduceerd, dan is de hiervoor genoemde guard band van 2 kanalen eveneens toereikend. Het is wel aan te bevelen om bij een hernieuwde technologieneutrale uitgifte van het GSM spectrum hier aandacht aan te schenken.

TNO-rapport 34297

29 / 56


5 Coëxistentie met DECT-toepassingen

5.1

Inleiding

Zoals in de onderstaande figuur is weergegeven grenst de bovenste ‘DECT guard band’ aan de eigenlijke DECT band (1880 tot 1890 MHz). Het is van belang om na te gaan of er voorwaarden moeten worden verbonden aan de toepassing in de DECT guard band die de coëxistentie met DECT-systemen moeten borgen.

Figuur 5-1: Frequentiegebied waar coëxistentie-issues tussen DECT-systemen en toekomstige lv-GSM systemen in de DECT guard band kunnen spelen

5.2

Uitgangspunten

DECT staat voor Digital Enhanced Cordless Telephone en is een Europese standaard voor digitale draadloze telefonie opgesteld door ETSI (European Telecommunication Standards Institute). De standaard is primair bedoeld voor draadloze spraakcommunicatie in de huisomgeving en binnen bedrijven. Naast spraaktelefonie ondersteunt de DECT standaard ook mogelijkheden voor datatransmissie, paging en short-message functionaliteit. DECT maakt gebruik van de frequentieband van 1880 tot 1900 MHz. Deze 20 MHz bandbreedte is verdeeld in 10 frequentiekanalen. Ieder kanaal is opgedeeld in 24 tijdsloten: 12 tijdsloten voor up-link en 12 tijdsloten voor down-link transmissie (TDD). Per DECT basisstation kunnen dus maximaal 12 gelijktijdige spraakverbindingen worden gerealiseerd, hiermee is DECT een veel toegepaste technologie als draadloos netwerk voor bedrijfstelefonie waar veel gelijktijdige gesprekken plaatsvinden. Tabel 5-1

Systeemparameters DECT

Frequentieband Totaal beschikbaar spectrum Maximaal zendvermogen (EIRP) Maximaal bereik Bandbreedte per kanaal Aantal kanalen Duplex methode

1880 – 1900 MHz 20 MHz 250 mW 300 m 1728 kHz 10 TDD

DECT systemen zijn uitgerust met Dynamic Channel Selection (DCS), een mechanisme dat voor iedere verbinding automatisch het kanaal en tijdslot selecteert dat de beste

TNO-rapport 34297

30 / 56


transmissiekwaliteit oplevert. Wanneer de kwaliteit van een verbinding afneemt, bijvoorbeeld doordat het ontvangen signaalniveau daalt of het interferentieniveau toeneemt, kan het DCS-mechanisme er voor zorgen dat wordt overgeschakeld naar een ander kanaal. Op deze manier wordt voor iedere verbinding het beste kanaal geselecteerd, met een voldoende hoge signaal-interferentie-verhouding. 5.3

Scenario

Om de coëxistentie van de DECT Guard band met DECT te onderzoeken, moeten twee gevallen bekeken worden: storing door DECT en storing op DECT. Dit doen wij in de volgende secties. Het ECC Report 100 [8] is volledig toegewijd aan het onderzoeken van de coëxistentie van GSM en DECT. We zullen hier dan ook uitvoerig naar verwijzen. 5.3.1

Storing door DECT op GSM

Waar DECT beschikt over een mechanisme om een kanaal te zoeken dat het minst door storing belemmerd wordt, beschikt GSM in de DECT guard band niet over een dergelijke mogelijkheid. Het ECC-rapport noemt er wel één, namelijk de mogelijkheid van een “intra-cell handover”. Dit zou betekenen dat binnen de cel overgestapt kan worden naar een carrier die op een grotere frequentie-separatie van de DECT-band ligt. Echter, deze afstand is maar zeer beperkt als alleen carriers binnen de DECT Guard band beschikbaar zijn. Bovendien is een dergelijke intra-cell handover niet in het algemeen mogelijk met een picocel apparatuur nu beschikbaar op de markt, aangezien die slechts 1 GSM-kanaal gelijktijdig gebruiken. We zullen hier dan ook kijken naar het geval waarin een intra-cel handover niet mogelijk is. Ook deze situatie wordt in het betreffende rapport behandeld (m.n. in sectie 4.4.6.2). Storing door DECT op GSM hangt af van of het GSM-basisstation binnen of buiten gemonteerd is. We bekijken deze twee situaties hier dan ook afzonderlijk. Scenario: indoor lv-GSM ECC Report 100 definieert een Minimum Separation Distance op dezelfde manier als bij de bespreking van de coëxistentie met GSM: een GSM-mobieltje bevindt zich op de rand van de cel, ontvangt dus een minimale signaalsterkte, waaruit een maximaal stoorniveau volgt, en op basis van het maximum zendvermogen van de stoorder kan dan een minimum afstand berekend worden, de MSD. Voor een dergelijk mobieltje dat opereert rond op de gevoeligheidsgrens is er wel een probleem (MSD ligt dan op maar liefst 47m); dit kan opgelost worden door het minimum gewenste signaalniveau op te hogen en dus effectief de celstraal te verkleinen. Bij een verhoging van 30 dB en een aangenomen overprestatie van DECT-apparatuur (die hierdoor minder uitstraalt buiten de haar toegewezen band); metingen aan DECT-apparatuur bevestigen dat dit een realistische aanname is, zoals te zien in figuur 1 van ECC Report 100 wordt de MSD tot een acceptabel niveau teruggeschroefd, namelijk 4 meter. Deze afstand is voor indoor en outdoor propagatie-omstandigheden gelijk. Bij een dergelijke ophoging van het signaalniveau is de celstraal van een lv-GSM-systeem indoor nog steeds 80 meter, wat redelijk is: gegeven de beperkte capaciteit van een dergelijk GSM-systeem (slechts 7 gebruikers gelijktijdig) en de dichtheid van gebruikers in een kantoor zal zeer zelden een groter gebied bestreken moeten worden.

TNO-rapport 34297

31 / 56


Scenario: lv-GSM met een outdoor antenne Interferentie van DECT op GSM wordt in dit geval in [8] wel aangemerkt als kritisch, wanneer het mobiele GSM-station zich in een indoor-ruimte begeeft waar ook een DECT-systeem actief is. Echter, op basis van de storingsberekeningen waarvan de resultaten op een rij staan in het rapport (sectie 4.4.6[8]) concluderen we dat een lvGSM-systeem geen storing zal ondervinden van een indoor DECT-systeem, mits aan één van de volgende voorwaarden voldaan is: •

• • •

Het DECT basisstation (BS) mag niet te zwaar met verkeer beladen zijn. De foutcorrectie van een GSM-mobiel kan interferentie aan tot twee tijdsloten per frame, ofwel precies de interferentie veroorzaakt door een DECT handset. Een basisstation met meer dan één gelijktijdige gebruiker bezet meer dan twee tijdsloten per frame. Afstand tussen de GSM-mobiel en DECT BS is groter dan 17 meter Afstand tussen de GSM-mobiel en DECT BS is groter dan 9 meter, terwijl de GSM-mobiel zich op een dusdanige afstand van de celrand bevindt dat signaalsterkte 30 dB boven minimum is. Afstand tussen de GSM-mobiel en DECT BS is groter dan 1 meter, terwijl de GSM-mobiel zich op een dusdanige afstand van de celrand bevindt dat signaalsterkte 30 dB boven minimum is (de effectieve celgrootte van het GSMsysteem wordt hierdoor kleiner) en een GSM-kanaal lager of gelijk aan 1878,4 MHz gebruikt wordt.

Laag vermogen GSM gebruikt in de DECT Guard Band is dus niet per definitie vrij van storing door DECT-systemen. Echter, zij kan wel storingsvrij gemaakt worden door te voldoen aan minimaal 1 van bovenstaande condities. Wij schatten dit in als haalbaar. 5.3.2

Storing op DECT door GSM

Bij de analyse van storing op DECT nemen we aan dat het DECT-systeem indoor gebruikt wordt en dat het uitgerust is met het DCS-systeem zoals hierboven beschreven. Storing op DECT is te voorkomen door middel van het DCS systeem; Wanneer storing geaccepteerd moet worden tot 10 dB boven gebruikelijk niveau (celstraal is dan nog steeds groter dan 40 meter) dan moet het lv-GSM systeem op een afstand staan van minimaal 4 meter om schadelijke storing te voorkomen. In dat geval zijn de DECTkanalen F6(laag) t/m F0(hoog)9 vrij van schadelijke interferentie. ECC Report 100 concludeert voor outdoor gebruik van lv-GSM dat er geen sprake is van onacceptabele storing op DECT. Het rapport komt tot deze conclusie voor het geval van een gewone GSM macrocel, met een zendvermogen van 54 dBm. Wanneer het maximale zendvermogen in de DECT guard band ingesteld wordt op slechts 23 dBm zal deze conclusie dus zeker gelden.

9

DECT-kanalen lopen vanaf F9(laagste kanaal) door tot F0 (hoogste kanaal).

TNO-rapport 34297

32 / 56


5.4

Conclusie

Storing op DECT wordt voor een groot gedeelte voorkomen door het DCSmechanisme, waardoor het DECT-systeem bij te grote interferentie automatisch een storingsvrij kanaal op kan zoeken. Verder is het niet erg waarschijnlijk dat in hetzelfde gebouw waar al een DECT-systeem geïnstalleerd is, parallel daaraan een lv-GSMsysteem geïnstalleerd zal worden. Zelfs wanneer dit wel gebeurt, dan concludeert rapport 100 dat storing op DECT voorkomen kan worden door het lv-GSM basisstation op voldoende afstand van het DECT-basisstation te plaatsen. De celstraal van het DECT-systeem wordt dan gereduceerd tot (minimaal) 40 meter; DECT-systemen die een grotere celstraal vereisen zijn zeer onwaarschijnlijk, en voor die zeldzame gevallen kan een oplossing gezocht worden in het bij- of verplaatsen van basisstations. We voorzien in de praktijk geen serieuze problemen wat betreft de impact van lv-GSM op DECT-systemen. Storing van DECT op de lv-GSM-systemen zal beperkt zijn tot een acceptabel niveau. Bij de uitgifte van de frequentieruimte in de DECT guard band voor lv-GSM zouden toekomstige gebruikers kunnen worden gewezen op mogelijke interferentie van DECT-systemen en maatregelen die kunnen worden genomen om coëxistentie te verbeteren.

TNO-rapport 34297

33 / 56


6 Coëxistentie met draadloze microfoons

6.1

Inleiding

De frequentieband van 1785 tot 1800 MHz is in Europees verband geharmoniseerd voor laag vermogen draadloze audioverbindingen. In de praktijk betreft dit draadloze microfoons en hoofdtelefoons. Zoals in de onderstaande figuur is aangegeven grenst het de frequentieband waarin de laag vermogen audioverbindingen zijn ondergebracht aan de DECT guard band. Er tussen in bestaat een scheiding van 100 kHz. Een interferentierisico dat ontstaat bij het in gebruik nemen van de DECT guard band voor lv-GSM is dat ten gevolge van draadloze microfoons interferentie optreedt op de ontvangst van de basisstations van de GSM picocellen. In deze paragraaf zal hierop nader worden ingegaan.

Figuur 6-1 Mogelijke interferentie van laag vermogen audioverbindingen (microfoon) in de band 1785 – 1800 MHz op toekomstige lv-GSM systemen.

6.2

Uitgangspunten

In ERC Report 63 ‘Introduction of radio microphone applications in the frequency range 1785 – 1800 MHz’ [10] worden de resultaten van een studie beschreven waarin de condities voor coëxistentie van draadloze microfoons en GSM1800 zijn vastgesteld. De radiomicrofoons zoals die worden toegepast in deze frequentieband zijn veelal voor professioneel gebruik en gebruiken een breedbandige signaal om draadloze audioverbindingen met een hoge kwaliteit te realiseren. De meest toegepaste kanaalbreedte is 200 kHz. Een aanverwante toepassing is zogenaamde ‘in ear monitoring’ waarbij een artiest in een oortelefoon het geluid van zijn optreden krijgt teruggekoppeld. Deze systemen kunnen zowel indoor als outdoor worden gebruikt. Voor wat betreft de laag vermogen draadloze audioverbindingen zijn in de ERC studie de volgende specificaties gehanteerd: Tabel 6-1

Systeemparameters radio microfoons [10]

Frequentieband Totaal beschikbaar spectrum Maximaal zendvermogen (EIRP) Kanaalbreedte Aantal kanalen

1785 – 1800 MHz 15 MHz 17 dBm (50 mW) 200 kHz (analoog) of 300 kHz (digitaal) 75 (analoog) of 50 (digitaal)

TNO-rapport 34297

34 / 56


De specificaties voor radio microfoons zijn conform ETSI Standaard 300 422 [11] en de verdere relevante systeemparameters zijn te vinden in ERC Report 63 [10]. 6.3

Scenario

In de coëxistentie studie die door ERC is uitgevoerd [10] is vastgesteld hoe groot de wederzijdse interferentie tussen GSM1800 en draadloze microfoons zal zijn wanneer deze op korte afstand van elkaar worden gebruikt. Hieruit zijn condities vastgesteld waaronder coëxistentie mogelijk wordt geacht. De uiteindelijke conclusie die uit het ERC Report 63 naar voren komt is dat de interferentie van draadloze audio-apparatuur op GSM aanleiding geeft tot een ongunstigere interferentiesituatie dan andersom. Om de interferentie van draadloze microfoons op GSM1800 basisstations ook bij kleine onderlinge afstanden (circa 10 m) voldoende te beperken wordt geconcludeerd dat een frequentiescheiding van 700 kHz noodzakelijk is. Uit de bevindingen van ERC Report 63 blijkt dat, om de interferentie van GSM1800 op laag vermogen audioverbindingen ook voor kleine onderlinge afstanden (circa 25 m) in voldoende mate te beperken, een frequentiescheiding van 300 kHz gehanteerd zou moeten worden. In de praktijk zal deze 300 kHz scheiding in veel gevallen voldoende zijn om de interferentie die GSM1800 terminals (mobieltjes) op de draadloze microfoonapparatuur te voorkomen. Alleen bij onderlinge afstanden van minder dan 25 m kan er een interferentie-effect optreden. Dit geldt dan alleen voor het eerste kanaal uit het frequentieblok van de laag vermogen draadloze audioverbindingen. Voor de andere kanalen is de frequentiescheiding 300 kHz of groter. Het storingspotentieel betreft dus 1 van de 75 kanalen in geval van analoge laag vermogen audioverbindingen. Voor digitale laag vermogen verbindingen heeft de interferentie van GSM1800 effect op 1 van de 50 kanalen. De digitale laag vermogen audiosystemen hebben echter een robuustere vorm van transmissie en zijn minder gevoelig voor interferentie. 6.4

Conclusie

Tussen het onderste deel van de DECT guard band (1782,1 – 1784,9 MHz) waarin de up-link voor GSM zou worden ondergebracht en het spectrumblok waarin laag vermogen draadloze audioverbindingen zijn ondergebracht (1785 – 1800 MHz) bevindt zich 100 kHz frequentiescheiding. Deze 100 kHz frequentiescheiding is niet voldoende om interferentie tussen beide systemen volledig uit te sluiten. Wanneer draadloze microfoonapparatuur en GSM1800 terminals dicht bij elkaar in de buurt komen (binnen enkele tientallen meters) kan er wederzijdse interferentie optreden. In de praktijk zou dit kunnen voorkomen wanneer er binnen een zelfde gebouw (bijvoorbeeld een schouwburg of conferentiecentrum) zowel lv-GSM als draadloze microfoons voorkomen. Dit is dan alleen het geval wanneer voor lv-GSM het hoogste kanaal in het frequentieblok (1794,7 – 1984,9 MHz) wordt toegepast en tegelijkertijd op korte afstand een draadloze microfoon wordt gebruikt die het laagste kanaal (1785,0 – 1785,2 MHz) staat ingesteld. De kans dat deze situatie optreedt, is klein en indien er interferentie optreedt, kan deze verholpen worden door voor een van de twee systemen een ander kanaal te gebruiken. Indien voor het gebruik van lv-GSM een zekere coördinatie wordt toegepast, bijvoorbeeld in de vorm van een licht licentieregime, kan rekening worden gehouden met mogelijke aanwezigheid van laag vermogen audioverbindingen. Op plaatsen waar het gebruik van draadloze microfoons voor de

TNO-rapport 34297

35 / 56


hand licht zouden de bovenste kanalen in de DECT guard band kunnen worden vermeden voor lv-GSM. Het hanteren van een guard band tussen het spectrum voor lvGSM en laag vermogen draadloze audioverbindingen zou dan kunnen worden vermeden.


36 / 56

TNO-rapport 34297

37 / 56


7 Coördinatie binnen de DECT guard band

7.1

Inleiding

Zoals eerder in dit rapport aangegeven ligt de toepassing van lv-GSM systemen in de DECT guard band in de praktijk het meest voor de hand. Vandaar dat op basis van deze technologie zal worden nagegaan wat de interferentierisico’s tussen verschillende gebruikers zijn wanneer zij in de toekomst dergelijke systemen zullen ontplooien. 7.2

Uitgangspunten

De analyse zal worden uitgevoerd op basis van 2 scenario’s die leiden tot een ongunstige interferentiesituatie: - outdoor scenario, bijvoorbeeld campus of bedrijventerrein; - indoor scenario, bijvoorbeeld kantorencomplex. Voor de systeemspecificaties van lv-GSM wordt uitgegaan van de waarden zoals weergegeven in Tabel 3-1. 7.3

Laag vermogen GSM indoor interferentiescenario

Het inzetten van lv-GSM in kantoorcomplexen en andersoortige bedrijfscomplexen is een toepassingmogelijkheid waarvoor in de praktijk bijzondere interesse bestaat. Een scenario dat zich hierbij voor kan doen is het toepassen van lv-GSM in grote kantoorgebouwen waarin meerdere bedrijven zijn ondergebracht. In dit geval zou er bijvoorbeeld op iedere verdieping een lv-GSM basisstation geplaatst kunnen worden. Zoals in hoofdstuk 3 is aangegeven, bedraagt het maximale bereik van een lv-GSM in een kantooromgeving circa 250 m. Deze afstand zal in veel gevallen voldoende zijn om met één basisstation een verdieping van een kantorencomplex te voorzien van indoor GSM dekking. Om te kunnen voldoen aan de behoefte aan transmissiecapaciteit (ook tijdens piekuren), kan het nodig zijn om op verdiepingen extra basisstations te installeren. Hierbij kan er vanuit gegaan worden dat bij de installatie de frequentiekanalen van de verschillende lv-GSM basisstations op een zodanige manier gebeurt dat onderlinge interferentie wordt voorkomen. Interferentiesituaties kunnen optreden wanneer in een gebouw ongecoördineerd lvGSM basisstations worden geplaatst. In Figuur 7-1 is schematisch de situatie aangegeven waarbij lv-GSM basisstations recht boven elkaar zijn geplaatst op de verschillende verdiepingen in een kantoorgebouw. Voor deze situatie is nagegaan op welke verdieping hetzelfde frequentiekanaal als op de begane grond kan worden toegepast, zonder dat er hinderlijke interferentie optreedt.

TNO-rapport 34297

38 / 56


Figuur 7-1 Laag vermogen GSM, een mogelijk indoor interferentiescenario

Figuur 7-2 geeft, voor een GSM terminal op de begane grond, de verhouding weer tussen de sterkte van het gewenste signaal en het interferentieniveau dat wordt ontvangen van lv-GSM basisstations op hogere verdiepingen. Hierbij is er vanuit gegaan dat de interfererende signalen op hetzelfde kanaal worden uitgezonden als het gewenste signaal. Voor een goede ontvangst is een minimale signaal-interferentieverhouding van 9 dB nodig (het interferentieniveau moet minimaal 9 dB onder het niveau van het gewenste signaal liggen). In de onderstaande figuur is te zien dat wanneer op de eerste verdieping dezelfde frequentie wordt toegepast als op de begane grond, dit resulteert in een signaal-interferentie-verhouding van 5 dB, wat betekent dat het interferentieniveau te hoog is. Voor de tweede verdieping is de uiteindelijke signaalinterferentie-verhouding circa 9 dB en zou daarmee net voldoende zijn. Wanneer de frequentie wordt herhaald op de derde verdieping zal de signaal-interferentieverhouding groter zijn dan circa 13 dB. Hetzelfde frequentiekanaal kan in dit geval dus zonder problemen worden herhaald binnen het zelfde gebouw wanneer er 2 verdiepingen tussen zitten.

TNO-rapport 34297

39 / 56


Figuur 7-2 Signaal-interferentie-verhouding op de begane grond ten gevolge van het gebruik van dezelfde frequentie op de 1ste, 2de en 3de verdieping. Laag vermogen GSM basisstations recht boven elkaar.

Wanneer lv-GSM basisstations binnen een gebouw volledig ongecoördineerd worden geïnstalleerd is het niet vanzelfsprekend dat zij recht boven elkaar worden geplaatst. In Figuur 7-3 is een vergelijkbaar indoor scenario weergegeven waarbij de interfererende lv-GSM basisstations op de hogere verdiepingen niet recht boven het basisstation op de begane grond hangen.

Figuur 7-3 Laag vermogen GSM, een mogelijk indoor interferentiescenario

TNO-rapport 34297

40 / 56


Ook voor deze situatie is de interferentie op een mobiele terminal die zich op de begane grond beweegt bepaald. Figuur 7-4 geeft een indicatie van de signaal-interferentieverhouding bij de mobiele terminal. In deze figuur is te zien dat wanneer de terminal zich onder het interferende basisstation van een andere verdieping bevindt, dit leidt tot een hoog interferentieniveau en daarmee een lage signaal-interferentie-verhouding. Recht onder het storende basisstation is de situatie het meest ongunstig en wordt de interferentie sterker dan het gewenste signaal. Wanneer hetzelfde frequentiekanaal op hogere verdiepingen wordt gebruikt geeft dit enige verbetering maar de signaalinterferentie-verhouding is in een groot gebied minder dan de 9 dB die benodigd is voor een goede ontvangst.

Figuur 7-4 Signaal-interferentie-verhouding op de begane grond ten gevolge van het gebruik van dezelfde frequentie op de 1ste, 2de en 3de verdieping. Laag vermogen GSM basisstations niet recht boven elkaar.

De interferentie van lv-GSM basisstations op andere verdiepingen kan worden verminderd door kanalen te kiezen die in frequentie voldoende ver uit elkaar liggen. Een frequentiescheiding van 1 kanaal geeft circa 20 dB extra demping en 2 kanalen circa 50 dB. Uit figuur 7.4 valt op te maken dat met een frequentieseparatie van 2 kanalen de interferentie grotendeels kan worden teruggedrongen. Binnen een gebouw is een zorgvuldige coördinatie, van de posities waarop lv-GSM basisstations worden geplaatst en keuze van de frequenties, nodig om een interferentievrije situatie te bewerkstelligen. Wanneer dit binnen een gebouw door één partij geschied is zal dit in de praktijk zonder problemen mogelijk zijn. In gevallen waarbij verschillende partijen onafhankelijk van elkaar binnen een gebouw lv-GSM basisstations implementeren kan dit wel tot problemen leiden.

TNO-rapport 34297

41 / 56


7.4

Laag vermogen GSM outdoor interferentiescenario

Een interessante toepassingsmogelijkheid van lv-GSM is het realiseren van picocellen waarmee op een bepaald terrein mobiele communicatie gerealiseerd kan worden in de vorm van een privaat netwerk. Bedrijfsterreinen of een campus zijn voorbeelden van omgevingen waarbinnen lv-GSM in de praktijk toepassing zou kunnen vinden. In dergelijke gevallen zou de situatie zich voor kunnen doen dat verschillende bedrijven, onafhankelijk van elkaar lv-GSM basisstations op hun bedrijfsterrein plaatsen. Dit kan tot het scenario leiden waarbij het signaal van het eigen basisstation bij een mobiele terminal zwak wordt ontvangen, terwijl het signaal van een ‘vreemd’ basisstation relatief sterk is. Dit scenario is schematisch weergegeven in Figuur 7-5.

Figuur 7-5 Laag vermogen GSM in een mogelijk outdoor interferentiescenario

Om interferentie tussen verschillende systemen te voorkomen zal er een minimale afstand in acht moeten worden genomen tussen de plaatsen waarop hetzelfde kanaal kan worden gebruikt. In de praktijk zal rekening gehouden moeten worden met een minimale separatie van enkele honderden meters in een stedelijke omgeving tot meerdere kilometers in een ruraal gebied. 7.5

Conclusie

In de voorgaande paragrafen is door middel van de analyse van enkele scenario’s geconstateerd dat zowel bij indoor als bij outdoor gebruik van low-power GSM er zich reëel situaties kunnen voordoen waarbij systemen elkaar onderling storen. Bij het openstellen van de DECT guard band voor ongecoördineerd gebruik ten behoeve van lv-GSM, bestaat het risico dat in de praktijk storingsproblemen tussen de toekomstige gebruikers in de DECT guard band zullen optreden. Met name wanneer er veel interesse bestaat voor de toepassing van dit soort systemen en er een groot aantal systemen zullen worden ontplooid is de kans op onderlinge storing groot. Storing kan in zekere mate worden voorkomen wanneer een partij die een nieuw lvGSM-systeem installeert vooraf onderzoekt welk kanaal er op de specifieke locatie nog beschikbaar is. Dit kan gebeuren door gedurende een bepaalde tijd het spectrum in de DECT guard band te monitoren om te zien of er al andere systemen in de buurt actief zijn.

TNO-rapport 34297

42 / 56


Een meer technische oplossing ter vermindering van interferentie tussen verschillende gebruikers zou ook een optie zijn, waarbij de lv-GSM apparatuur zelf gaat zoeken naar het kanaal waarop het minste interferentie aanwezig is. Dit zou betekenen dat de lvGSM apparatuur met een vergelijkbare functionaliteit zou zijn uitgerust als het Dynamic Channel Selection (DCS) mechanisme zoals dat in DECT systemen is geïmplementeerd. Voor zover bekend is er momenteel op de markt geen lv-GSM apparatuur beschikbaar met deze functionaliteit. Alhoewel er voor GSM wel publicaties bestaan over concepten als Adaptive Channel Allocation of Autonomous Adaptive Frequency Assignment, zijn deze technieken niet in de GSM standaard opgenomen of in apparatuur geïmplementeerd. Deze optie ter voorkoming van interferentie is dus vooralsnog theoretisch en kan niet worden beschouwd als oplossing die op korte termijn praktisch inzetbaar zal zijn. Gezien de aard van toepassing en de interferentierisico’s die er bestaan is het aan te bevelen om voor de toepassing van lv-GSM in de DECT guard band geen geheel vergunningsvrij regime te hanteren. Om interferentie tussen de verschillende gebruikers te voorkomen en een basis te bieden voor coördinatie zou dgET kunnen kiezen voor een licht licentie regime (light licensing). Dit zou er uit kunnen bestaan dat licenties voor de inzet van lv-GSM op aanvraag worden verstrekt, waarbij de aanvrager de locatie van gebruik aangeeft en het aantal kanalen dat benodigd is. Vanuit een register waarin de informatie van eerder uitgegeven licenties wordt bijgehouden kan worden nagegaan welk ander lv-GSM gebruik er in de buurt van de specifieke locatie is, en welke kanalen nog vrij zijn om te worden toegewezen. Hiermee heeft de overheid een coördinerende rol, ten einde een goede basis van coëxistentie tussen de verschillende gebruikers te bewerkstelligen. De gebruikers hebben op hun beurt een voldoende mate van zekerheid op betrouwbare inzet van lv-GSM communicatie. Het Agentschap Telecom kan vaststellen welke vorm van light licensing hier het beste past. Indien de overheid een dergelijke coördinerende rol, uit hoofde van de vigerende beleidsuitgangspunten, niet op zich wil nemen, zou de verantwoordelijkheid ook bij de operators/gebruikers gelegd kunnen worden. Dit is ook hetgeen wordt nagestreefd in het Verenigd Koninkrijk, waar de operators werken aan een ‘code of industry’ waarin zij een regeling beschrijven hoe zij het gebruik in de DECT guard band onderling gaan coördineren teneinde een effectieve coëxistentie te bewerkstelligen. In de Nederlandse situatie is het niet bij voorbaat duidelijk dat lv-GSM-systemen enkel door commerciële operators worden toegepast. Het zou ook denkbaar zijn dat grotere bedrijven of organisaties, los van een commerciële operator, hun eigen lv-GSM-systemen inzetten. In dit geval kan het lastiger worden om met al deze partijen tot overeenstemming te komen over de onderlinge coördinatie van het laag vermogen GSM gebruik.

TNO-rapport 34297

43 / 56


8 Technologie- en dienstenneutrale bestemming

8.1

Inleiding

Belangrijke uitgangspunten voor de uitgifte van frequentieruimte zijn volgens de Nota frequentiebeleid 2005: • toepassingsonafhankelijkheid; • technologieneutraliteit; • zo veel mogelijk licentievrij (tenzij er duidelijke redenen zijn die een licentieregime noodzakelijk maken. Het streven van dgET is om deze uitgangspunten ook zoveel mogelijk toe te passen bij de uitgifte van de DECT guard band. In dit hoofdstuk zullen de verschillende aspecten rond de toepassings- en technologieneutrale uitgifte van het beschikbare spectrum in de DECT guard band nader worden beschouwd.

8.2

Toepassingsonafhankelijkheid

Wanneer er sprake is van een toepassingsneutrale bestemming van de DECT guard band zou dit in de praktijk uiteindelijk kunnen leiden tot zeer uiteenlopende systemen voor geheel verschillende doeleinden. In principe zouden toepassingen uiteen kunnen lopen van bijvoorbeeld draadloze afstandsbedieningen, portofoonapparatuur, datacommunicatiesystemen, alarmering, telemetrie en mogelijk nog meer andere systemen. Wanneer wordt gekozen voor een toepassingsonafhankelijke bestemming van de DECT guard band zou een regelgevingskader moeten worden opgesteld waarbij de interferentie tussen de verschillende systemen tot een acceptabel niveau wordt beperkt. Dit zou kunnen zijn in de vorm van een maximum dat wordt gesteld aan het uitgezonden vermogen, zodanig dat er verscheidene laag vermogen systemen kunnen worden ingezet. In de praktijk zal dit betekenen dat de systemen een zeker niveau van interferentie zullen moeten kunnen tolereren, en robuustheid in transmissie bevatten. De limiet aan het uitgezonden vermogen op een gedegen manier vast te stellen is het nodig om inzicht te hebben in de toepassingen en technologieën die voor de betreffende frequentieband relevant zijn. Om de voorwaarden vast te stellen waaronder een verscheidenheid aan toepassingen (waarvan op dit moment nog geheel onduidelijk is wat deze zouden kunnen zijn) gezamenlijk in de DECT guard band kunnen coëxisteren, zouden op basis van ontplooiingsscenario’s en technische aannames sharingsanalyses moeten worden uitgevoerd. Op dit moment is de gehele situatie rond mogelijke toepassingen, scenario’s en technische parameters nog volstrekt onduidelijk, zodat het vaststellen van gefundeerde protectiecriteria nauwelijks mogelijk is. In de praktijk zou een bepaald maximaal vermogen kunnen worden vastgelegd zodanig dat laag vermogen toepassingen mogelijk zijn, echter zonder enige garantie op interferentievrij opereren. De transmissierobuustheid van de systemen moet een basis bieden voor een effectieve werking in een ‘interfererende omgeving’. Deze manier van frequentie-uitgifte is met name geschikt voor laag vermogen toepassingen die werken op basis van ‘best effort’ en niet zo zeer voor (communicatie-) systemen die zijn

TNO-rapport 34297

44 / 56


bedoeld voor het leveren van diensten met een hoge kwaliteits- en betrouwbaarheidseisen. In een dergelijk regime zou lv-GSM naar verwachting niet optimaal kunnen functioneren, omdat het systeem niet ontworpen is voor een omgeving die wordt gekarakteriseerd door een verscheidenheid aan licentievrije gebruikers die werken op basis van laag vermogen in combinatie met transmissie robuustheid.

8.3

Technologieneutraliteit

Hoewel voor de DECT guard band de toepassing van lv-GSM het meest waarschijnlijk is, moet om recht te doen aan technologieneutraliteit ook rekening gehouden worden met andere systemen. Zoals eerder is geïdentificeerd zou een laag vermogen versie van CDMA-2000 een techniek zijn die mogelijk in de DECT guard band zou kunnen worden ingezet. Er zijn geen concrete indicaties gevonden die er op wijzen dat er ook andere systemen in de praktijk toepassing zullen vinden in de DECT guard band. Wanneer er wordt uitgegaan van toepassingen die vergelijkbaar zijn met lv-GSM (spraak en data diensten indoor of outdoor picocellen) zal de praktische ontplooiing niet bij andere technologieën niet wezenlijk afwijken. Uiteindelijk zal dit leiden tot dezelfde typen interferentiescenario’s waarbij echter wel de systeemparameters gelden voor de specifieke radiotechnologie die wordt toegepast. Om na te gaan onder welke condities een technologieneutrale uitgifte van de DECT guard band mogelijk is, is het van belang de voorwaarden voor coëxistentie zowel binnen deze band als met radiotoepassingen in de aangrenzen de banden na te gaan. Coëxistentie met radiotoepassingen in de aangrenzende frequentiebanden Eerder in dit rapport is specifiek voor lv-GSM de coëxistentie met de radiodiensten in aangrenzende banden in kaart gebracht. Het ging hierbij specifiek om: • GSM-systemen in gelicenseerd spectrum; • Laag vermogen draadloze audioverbindingen (draadloze microfoons); • DECT. Basis voor het vaststellen van de condities voor het in gebruik nemen van de DECT guard band was de bescherming van de diensten in deze banden tegen een te hoog interferentieniveau van de in te voeren systemen. Uiteindelijk is hiervoor van belang hoe groot het vermogen is dat door de toekomstige systemen in de DECT guard band buiten het betreffende spectrum blok wordt uitgezonden. Door eenduidige limieten te stellen aan het vermogen dat buiten het spectrumblok van de DECT guard band wordt uitgezonden, kunnen technologieneutrale voorwaarden worden opgesteld. Onafhankelijk van de technologie die wordt toegepast in de DECT guard band dient aan deze voorwaarden te worden voldaan, wat betekent dat onacceptabele interferentie op radiodiensten in het aangrenzende spectrum wordt voorkomen. Coëxistentie tussen verschillende technologieën in de DECT guard band Zoals eerder in dit rapport werd aangegeven zullen er in de praktijk, ondanks het lage zend vermogen van de ‘lv-GSM’ systemen die naar verwachting in de DECT guard band zullen worden toegepast, situaties kunnen voorkomen waarbij onderling interferentie optreedt. Wanneer er naast (of in plaats van) lv-GSM ook systemen die zijn gebaseerd op een andere technologie in de DECT guard band zullen worden toegepast zal dit niet anders zijn. Mogelijk dat de afstanden waarop systemen elkaar onderling kunnen storen wat anders liggen en zal het effect van frequentiescheiding

TNO-rapport 34297

45 / 56


afwijkend zijn. Toch zal er een noodzaak blijven bestaan tot een zekere mate van coördinatie tussen verschillende partijen die laag vermogen communicatiesystemen willen inzetten in de DECT guard band. In het geval de overheid (in het bijzonder Agentschap Telecom) de coördinerende rol voor de DECT guard band op zich neemt, kunnen in een licht licentie regime de coëxistentierichtlijnen voor verschillende technieken in acht worden genomen. Bij een aanvraag of melding van de inzet van een laag vermogen communicatiesysteem zouden afhankelijk van de locatie, en de technologie de mogelijkheden kunnen worden nagegaan. Voor de verschillende technologieën zullen dan de randvoorwaarden voor inzet vooraf dienen te worden vastgesteld (in de vorm van minimale onderlinge afstand of scheiding in frequentie). Deze zouden iets afwijkend kunnen zijn voor de verschillende technologieën vanwege de afwijkende radiotechnische karakteristieken van de verschillende systemen. Met deze aanpak kan een zo technologieneutraal mogelijk regime worden bereikt. Ook hier zou de verantwoordelijkheid bij de operators/gebruikers kunnen worden gelegd. De haalbaarheid van een consensus tussen operators/gebruikers over een coördinatieprocedure zal zich in de praktijk moeten bewijzen.

8.4

Conclusie

Toepassingsonafhankelijkheid Er zijn momenteel nog geen concrete aanwijzingen voor behoeften in de markt die een toepassingsonafhankelijkheid rechtvaardigen. Er zijn derhalve weinig of geen aanknopingspunten wat betreft toepassingen, scenario’s en diverse relevante radiotechnische parameters. Daarmee is tevens geen basis aanwezig voor het vaststellen van coëxistentiecriteria. Toepassingsonafhankelijkheid zou niettemin kunnen in de vorm van een maximaal uitgezonden vermogen. Dit leidt tot een ‘ISM’ band waarin systemen met inherente robuustheid en best-effort karakter goed kunnen functioneren. Laag vermogen GSM is niet ontwikkeld voor een dergelijke omgeving en zal hierin niet effectief kunnen functioneren. Vooralsnog bevelen we niet aan om de DECT guard band volledig toepassingsonafhankelijk uit te geven. Technologieneutraliteit Uit het onderzoek is gebleken dat voor de DECT guard band lv-GSM-technologie op afzienbare termijn het meest realistisch is. Er zijn geen concrete aanwijzingen gevonden voor andere technologieën. De regelgever kan eenduidige limieten stellen aan de randen van het DECT guard band spectrumblok. De limieten zijn onafhankelijk van de toegepaste technologie, d.w.z. bepaald door de bescherming van de radiodiensten in het aangrenzende spectrum. Coëxistentie tussen verschillende technologieën in de DECT guard band kan geregeld worden door middel van onderlinge coördinatie. De overheid kan een licht licentie regime overwegen op basis van inzetregels die voor de verschillende technologieën op basis van radiokarakteristieken de minimale onderlinge afstand en/of frequentiescheiding bepalen. De verantwoordelijkheid voor de coördinatie zou ook bij de operators/gebruikers kunnen worden gelegd. Dit zou echter nader moeten worden uitgewerkt.


46 / 56

TNO-rapport 34297

47 / 56


9 Conclusies en aanbevelingen Gebruiksmogelijkheden van de DECT guard band lijken zich op afzienbare termijn voornamelijk te richten op diverse spraak/data toepassingen gebaseerd op lv-GSMtechnologie, omdat het hiermee relatief snel en op kosteneffectieve wijze in de markt kan worden geïntroduceerd. Het liberale licentieregime in steeds meer Europese landen nodigt wel uit tot nieuwe diensten/applicaties maar daar is meer tijd voor nodig en zeer waarschijnlijk een grotere potentiële markt. Harmonisatie van de nieuwe bestemming van deze band binnen Europa kan het innovatieklimaat m.b.t. tot deze band sterk verbeteren. Uit eigen berekeningen, op basis van uitgangspunten die ook door OFCOM zijn gehanteerd en uitgaande van courante pico-GSM-apparatuur op de markt, kan worden geconcludeerd dat een zinvolle ontplooiing van lv-GSM-netwerkjes mogelijk is, dat wil zeggen dat de verwachte maximale celgroottes een zinvolle toepassing van lv-GSM in de praktijk mogelijk maken. Bij de introductie van lv-GSM-systemen in de DECT guard band kan interferentie op GSM-systemen in de aangrenzende gelicenseerde band niet volledig worden uitgesloten. De interferentie kan echter in voldoende mate worden beperkt zodanig dat de introductie van lv-GSM nauwelijks effect heeft op de systemen in de aangrenzende gelicenseerde band. Om bij de introductie van lv-GSM, storing op systemen in het aangrenzende gelicenseerde spectrum te voorkomen is het aan te raden een guard band te hanteren. Met een guard band ter grootte van 2 kanalen (2×200 kHz) kan de interferentie zodanig worden beperkt dat slechts in bijzonder ongunstige scenario's effect kan zijn van toekomstige lv-GSM. Indien in de toekomst UMTS-technologie in de GSM-banden zou worden geïntroduceerd, dan is de hiervoor genoemde guard band van 2 kanalen eveneens toereikend. Het is wel aan te bevelen om bij een hernieuwde technologieneutrale uitgifte van het GSM spectrum hier aandacht aan te schenken. We voorzien in de praktijk geen serieuze problemen wat betreft de impact van lv-GSM op DECT-systemen. Storing van DECT op de lv-GSM-systemen zal beperkt zijn tot een acceptabel niveau. Bij de uitgifte van de frequentieruimte in de DECT guard band voor lv-GSM zouden toekomstige gebruikers kunnen worden gewezen op mogelijke interferentie van DECT-systemen en maatregelen die kunnen worden genomen om coëxistentie te verbeteren. Wanneer draadloze microfoonapparatuur, werkzaam in de 1785-1800 MHz band en GSM1800 terminals dicht bij elkaar in de buurt komen, kan er bij specifieke frequentieinstellingen wederzijdse interferentie optreden, ondanks de bestaande 100 kHz separatie. De kans dat deze situatie optreedt is klein en indien er interferentie optreedt, kan deze verholpen worden door voor een van de twee systemen een ander kanaal te gebruiken. Indien voor het gebruik van lv-GSM een zekere coördinatie wordt toegepast, bijvoorbeeld in de vorm van een licht licentieregime, kan rekening worden gehouden met mogelijke aanwezigheid van laag vermogen audioverbindingen. Op plaatsen waar het gebruik van draadloze microfoons voor de hand ligt zouden de bovenste kanalen in

TNO-rapport 34297

48 / 56


de DECT guard band kunnen worden vermeden voor lv-GSM. Het hanteren van een guard band tussen het spectrum voor lv-GSM en de laag vermogen draadloze audioverbindingen zou dan kunnen worden vermeden. Bij het openstellen van de DECT guard band voor ongecoördineerde toepassing van verschillende lv-GSM systemen bestaat het risico dat in de praktijk storingsproblemen tussen deze systemen zullen optreden, zowel bij indoor als outdoor gebruik. Met name in geval van grootschaliger inzet (populariteit) is de kans op onderlinge storing groot. Er zijn bepaalde technische of procedurele maatregelen denkbaar, maar de praktische toepasbaarheid van die maatregelen is beperkt. Het is derhalve aan te bevelen om voor de toepassing van lv-GSM in de DECT guard band geen geheel vergunningsvrij regime te hanteren maar een licht licentieregime (light licensing) met wellicht een coördinerende rol voor de overheid, teneinde een goede basis van coëxistentie tussen de verschillende gebruikers te bewerkstelligen. De gebruikers hebben op hun beurt een voldoende mate van zekerheid op betrouwbare inzet van lv-GSM communicatie. Het is ook denkbaar en tevens beter in lijn met de huidige beleidsuitgangspunten van de regelgever, dat de verantwoordelijkheid zoveel mogelijk bij de operators/gebruikers wordt gelegd, zoals dat in het VK ook het geval is. Nagegaan zou moeten worden in hoeverre het Britse model ook in de Nederlandse situatie toepasbaar is. Er zijn geen concrete aanwijzingen voor behoeften in de markt die om een toepassingsonafhankelijke uitgifte vragen. Een toepassingsonafhankelijke uitgifte zou in principe kunnen in de vorm van EIRP-limieten, enisgzins vergelijkbaar met de 2,4 GHz ISM band maar lv-GSM-systemen zullen hierin niet effectief kunnen functioneren. Vooralsnog bevelen we niet aan om de DECT guard band volledig toepassingsonafhankelijk uit te geven. In de DECT guard band is laag vermogen GSM-technologie op afzienbare termijn het meest realistisch en zijn er geen concrete aanwijzingen gevonden voor andere technologieën. De regelgever kan eenduidige technologie-onafhankelijke limieten stellen aan de randen van het DECT guard band spectrumblok. Coëxistentie tussen verschillende technologieën in de DECT guard band kan geregeld worden door middel van onderlinge coördinatie. Zoals eerder hier aangegeven kan de overheid een licht licentie regime overwegen op basis van inzetregels. De verantwoordelijkheid voor de coördinatie zou ook bij de operators/gebruikers kunnen worden gelegd, zoals eerder opgemerkt. Dit zou echter nader moeten worden uitgewerkt.

TNO-rapport 34297

49 / 56


10 Referenties [1] Nationaal Frequentie Register, Agentschap Telecom, www.nationaalantenneregister.nl. [2] “Welcome To Your Office Network”, artikel in IET Engineering & Technology, december 2006 [3] “Enterprise FMC: New UK GSM Allocation Opens Door to Market Entrants”, marktoverzicht van de firma Current Analysis, beschikbaar op het internet onder http://www.privatemobilenetworks.com/site_system/sites_current/pmn/local_docu ments/current_analysis.pdf [4] “Low-power concurrent use in the spectrum bands 1781.7 – 1785 MHz paired with 1876.7 – 1880 MHz, interference scenarios, coordination between licensees and power limits”, OFCOM, juli 2005 [5] “Digital cellular telecommunications system (Phase 2+); Radio transmission and reception (GSM 05.05 version 8.5.1 release 1999)”, ETSI 300 910, 2000 [6] “Propagation data and prediction methods for the planning of short-range outdoor radiocommunication systems and radio local area networks in the frequency range 300 MHz to 100 GHz”, ITU-R Recommendation P.1411-3, 2005 [7] “Digital mobile radio towards future generation systemen”, COST 321 final report, 1998 [8] “Compatibility between certain radio communications systems operating in adjacent bands, evaluation of DECT / GSM 1800 compatibility”, ERC Report 100, Februari 2000. [9] “Propagation data and prediction methods for the planning of indoor radiocommunication systems and radio local area networks in the frequency range 900 MHz to 10 GHz”, ITU-R Recommendation P.1238-4, 2005 [10] “Introduction of radio microphone applications in the frequency range 1785 – 1800 MHz”, ERC Report 63, Mei 1998. [11] “Electromagnetic compatibility and Radio spectrum Matters (ERM); Wireless microphones in the 25 MHz to 3 GHz frequency range”, ETSI EN 300 422, 2000.


50 / 56

TNO-rapport 34297

51 / 56


A

Storingsberekeningen We bekijken hier storing van de DECT Guard band op de ontvanger van het gelicenseerde GSM systeem. Deze storing zal het grootst zijn op het kanaal dat in de frequentieruimte het dichtst bij de DECT Guard Band ligt. Dit zijn de kanalen met als carrierfrequenties 1782,0 MHz en 1877,0 MHz, voor respectievelijk de uplink en de downlink. Het gelicenseerde GSM systeem is het meest kwetsbaar voor storing wanneer het gewenste inkomende signaal van de zender het zwakst is. In een “worst case” benadering zullen we dan ook moeten kijken naar het geval waarin het gewenste signaal net boven de gevoeligheid van de ontvanger uitkomt. In zo’n geval zal de signaalsterkte ofwel door grote afstand ofwel door sterke blokkering verminderd zijn. Bij zo een minimum signaalsterkte bij de ontvanger valt vervolgens met de minimale “carrier-tointerference ratio” uit de GSM-standaard af te leiden wat het maximale stoorniveau is. Ook schrijft de standaard de afval voor van de signaalsterkte als functie van frequentieseparatie van de carrierfrequentie. Hierdoor kan men berekenen wat het maximale signaalniveau van de stoorder mag zijn in de DECT Guard Band op verschillende frequentie-afstanden van de hierboven genoemde carrierfrequenties van het gelicenseerde GSM-systeem. Uit het maximum uitgestraalde vermogen van de stoorder leidt men dan het minimum benodigde padverlies af. In formulevorm ziet deze berekening er als volgt uit:

C ⎛ ⎞ PLmin = PInterferer − ⎜ S Victim + dBVictim − ⎟ + dBf −offset , I Victim ⎠ ⎝ waarin de verschillende variabelen de volgende betekenis en waarde hebben zoals weergegeven in onderstaande tabel. Tabel A.1: toelichting variabelen Variabele/ Betekenis Parameter

Waarde

Referentie

PLmin

Minimum vereist padverlies van het storende signaal

Te berekenen

N.v.t.

PInterferer

Maximum uitgestraalde vermogen van de stoorder (EIRP)

23 dBm

zie H4

dBVictim

“Useful Signal”; een bruikbaar signaal ligt een aantal dB boven de gevoeligheid

3 dB

ERC100[8], Appendix 2, Sectie 2.1

SVictim

Gevoeligheid van de ontvanger

[5], Sectie 6.2

(C/I)Victim

Minimaal vereiste Carrier to Interference ratio van de ontvanger

-102 dBm (MS) of 104 dBm (BS) 9 dB

dBf-offset

Gain van het stoorder-signaal op een gegeven frequentie-separatie (200, 400 of 600 kHz, resp.) van de carrier

-21,8 dB / 51,8 dB / 60,8 dB

ERC100[8], Appendix 2, Tabel 2

[5], Sectie 6.3

TNO-rapport 34297

52 / 56


Met behulp van een propagatiemodel kan dan op basis van het aldus berekende padverlies een minimale afstand tussen stoorder en ontvanger worden uitgerekend. Propagatiemodellen zijn er in vele soorten, ieder met een eigen set aannames en benaderingen. In hoofdstuk 4 worden de modellen beschreven die we hier zullen gebruiken. We bekijken hier de noodzaak tot een guard channel tussen de gebruikers in de DECT Guard Band en de gelicenseerde GSM-band. Zo een Guard channel komt terug in de variabele dBf-offset in de formule hierboven. Wanneer er geen guard channel wordt ingesteld, is de frequentie-separatie van de carriers 200 kHz, en anders een veelvoud daarvan. We bekijken drie mogelijkheden voor wat betreft de instelling van zo een guard channel: A. geen guard channel, oftewel een frequentie separatie van 200 kHz; B. een guard channel ter grootte van 1 vrij GSM-kanaal, oftewel een frequentie separatie van 400 kHz; C. een guard channel ter grootte van 2 vrije GSM-kanalen, oftewel een frequentie separatie van 600 kHz. Het invoeren van een nog ruimer guard channel levert weinig winst op in de protectie van de gelicenseerde GSM-gebruikers, aangezien de signaalsterkte van het storende signaal nauwelijks meer afneemt op grotere afstanden dan 600 kHz ([8], Appendix 2, Tabel 2). Voor de drie gevallen A, B en C kunnen we uitrekenen wat de minimale afstand van de DECT Guard Band stoorder moet zijn tot de gelicenseerde GSM-ontvanger, zodat ook het signaal een gelicenseerde zender die zich maximaal verwijderd heeft van bijbehorende ontvanger, geen storing ondergaat. Voor uplink van het gelicenseerde GSM-systeem gelden andere parameters en propagatiemodellen dan voor de downlink; de resultaten zijn hieronder daarom in twee afzonderlijke tabellen weergegeven. Voor storing op de uplink gebruiken we twee propagatiemodellen: een moet geïnterpreteerd worden als bovengrens aan deze afstandlimiet (ITU-R P.1411, zie H4), en een als ondergrens (COST 231, zie H4). De resultaten staan in tabel A.2. Tabel A.2

Indicatie van de minimale afstand van DECT GB mobiel tot gelicenseerd GSM basisstation (in meters) zodat het gelicenseerde GSM-systeem ook bij maximale verwijdering van zender en ontvanger geen storing ondervindt (A) Geen guard band

(B) 1 kanaal guard band

(C) 2 kanalen guard band

Propagatiemodel ITU 1411 (bovengrens)

3000

400

180

Propagatiemodel COST 231 (ondergrens)

150

25

15

Deze waarden kunnen we vergelijken met de celstraal van het gelicenseerde GSM systeem, dat dus bij een afstand zoals weergegeven in de tabel niet gestoord wordt. De celrand-radius is 3 maal groter dan de waarden in de kolom voor mogelijkheid “A” in de tabel. Merk echter op dat een typische GSM-gebruiker niet per se op de celrand zal zitten. In die zin zijn de waarden in de tabel hoe dan ook waarden voor een worst-case

TNO-rapport 34297

53 / 56


scenario. Hoe dichter het mobiel het BS nadert, hoe dichter ook de DECT GB mobiel bij dat BS kan komen zonder dat hij storing veroorzaakt. Voor storing op de downlink voegen we twee propagatiemodellen toe aan de twee die hierboven al genoemd staan, aangezien er hier ook gekeken moet worden naar indoor gebruik. De afstand zoals voorspeld mbv het ene propagatiemodel kan weer geïnterpreteerd worden als bovengrens aan de afstandlimiet (Free-Space-Loss, zie H4), en de andere als ondergrens (ITU 1238, zie H4). De resultaten staan in tabel A.3. Tabel A.3

Indicatie van de minimale afstand van DECT GB basisstation tot gelicenseerd GSM mobiel (in meters) zodat het gelicenseerde GSM-systeem ook bij maximale verwijdering van zender en ontvanger geen storing ondervindt. (A) Geen guard band

(B) 1 kanaal guard band

(C) 2 kanalen guard band

Propagatiemodel FSL (bovengrens indoor)

4000

120

40

Propagatiemodel ITU 1238 (ondergrens indoor)

250

25

10

Propagatiemodel ITU 1411 (bovengrens outdoor)

1500

300

180

Propagatiemodel COST (ondergrens outdoor)

130

20

10


54 / 56

TNO-rapport 34297

55 / 56


B

Coexistentie met iBurst

B.1

iBurst10 iBurst is een door Arraycom ontwikkeld en door Kyocera vermarkt broadband wireless systeemconcept, geschikt voor breedbandig mobiel internet. Het systeem werkt met vast opgestelde basisstations die breedbandige connectiviteit bieden aan vaste, nomadische en mobiele terminals binnen hun dekkingsgebied. De transmissietechniek is gebaseerd op High Capacity Spatial Division Multiple Access (HC-SDMA) technologie en als zodanig in 2005 als radio interface gestandaardiseerd (ATIS 0700004-2005). De IEEE 802.20 werkgroep heeft in 2006 HC-SDMA geadopteerd. De heen/terugwaartse transmissie is gebaseerd op TDD. De transmissiebandbreedte bedraagt 5 MHz. Het systeem opereert in de frequentiebanden 1.79, 1.81 en 2.31 GHz (afhankelijk van nationale frequentieplan). Aankondigingen van iBurst roll outs in Azië, Zuid-Afrika, Canada en tevens in Europa (Noorwegen). Een belangrijk onderscheidend aspect ten opzicht van andere broadband wireless technologieën is de door Arraycom gepatenteerde smart adaptive antenne technologie waarmee een hogere spectrumefficiëntie wordt bereikt in vergelijking met conventionele antennesystemen. Het patroon van de antenneconfiguratie van het basisstation met maximaal 12 antenne-elementen kan dynamisch worden aangepast om verbindingen naar individuele terminal stations te optimaliseren en eventuele interferentie door ‘nulling’ te onderdrukken. In Nederland is in 2006 permissie verleend voor de ontplooiing van iBurst systemen in de 1785-1790 MHz band. TNO heeft niet de beschikking gehad over detailgegevens met betrekking tot de frequentietoewijzing.

B.2

Beschouwing coëxistentie Zoals in de inleiding van dit rapport is aangegeven is de coëxistentie van iBurst met low power GSM systemen niet in detail onderzocht. Derhalve volstaan we hier met een indicatieve beschouwing. Het onderste deel van de DECT guard band (1782,1 – 1784,9 MHz) wordt benut voor de up-link voor lv-GSM. Indien iBurst in de 1785-1790 MHz (met TDD schema) wordt ondergebracht kunnen we bij een te smalle guardband tussen beide systemen verwachten dat er, afhankelijk van de onderlinge geografische positionering interferentieproblemen kunnen ontstaan. De lv-GSM terminals kunnen enerzijds instralen op een iBurst basisstation en op iBurst terminals. Anderzijds kunnen iBurst terminals storen op een lv-GSM basisstation. Wat betreft de impact van lv-GSM op iBurst is het denkbaar (echter niet zeker) dat het iBurst basisstation in staat is de storing van een lv-GSM mobiel adequaat te onderdrukken. De iBurst terminals zijn voor zover wij weten niet uitgerust met adaptieve antennetechnologie. Hier moet in ieder geval rekening worden gehouden met storing op iBurst terminals van dichtbijzijnde lv-GSM terminals.

10

Bronnen: global.kyocera.com en www.wikipedia.com

TNO-rapport 34297

56 / 56


Wat betreft de impact van iBurst op lv-GSM is storing op een lv-GSM basisstation zeker denkbaar en mogelijk problematisch omdat het lv-GSM basisstation niet is uitgerust met specifieke protectiemaatregelen. Het is derhalve zaak dat de wederzijdse succeptibiliteit preciezer wordt vastgesteld en dat op basis daarvan wordt vastgesteld welke guard band tenminste noodzakelijk is om in de meeste praktische scenario’s de risico’s op (wederzijdse) storing te minimaliseren. Een nadere inschatting van de grootte van deze guard band kunnen wij op basis van de beschikbare gegevens nog niet maken.

Herbestemming van de "DECT guard band" Frequentietechnisch onderzoek

Recommend Documents