Baz istasyonları için uygun saha seçiminde yeni bir model
Site selection for base stations based on a new method
Yazar: MERT MARANGOZ
Danışman: PROF. DR. NEBİYE MUSAOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Bilişim Enstitüsü / İletişim Sistemleri Ana Bilim Dalı / Uydu Haberleşmesi ve Uzaktan Algılama Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Günümüzde hızlı gelişen teknoloji ile birlikte, mobil haberleşme kullanıcılarının
beklentileri artmakta ve kullanıcıların farklı ihtiyaçları doğmaktadır. Bu nedenle
operatör firmaları beklentileri ve ihtiyaçları karşılayabilmek için yeni satın alınan
yada geliştirlen teknoloji ile abonelere daha yüksek hızlarda data transferi ve daha
kaliteli bir şekilde kesintisiz görüşme yapabileceklerini belirtirler.
Mobil haberleşme kalitesini, servis alınan baz istasyonu teknolojisi; servis verebilme
kapasitesi, baz istasyonu için doğru lokasyon seçimi yada transmisyon alt yapısı gibi
birçok faktör etkiler. Daha iyi hizmet verebilmek amacıyla mevcut baz istasyonuna
ait ekipmanlar gelişen teknoloji ile yerlerini yeni ekipmanlara bırakabilir fakat baz
istasyonu lokasyonu için yanlış lokasyon seçimi yapılmışsa bu sorunu çözebilmenin
tek yolu tekrardan keşif yapılarak en iyi lokasyonun belirlenmesidir. Baz istasyonu
lokasyonu için saha seçimi keşif yaparak yeni yerleşim yerlerinin kurulduğu,
kapasitenin arttırılmak istendiği, mevcut baz istasyonlarının kurulu olduğu yapılara
veya arsalara ait sözleşmesi biten yada kapsaması olmayan yerlere servis vermek için
de yapılabilir.
Baz istasyonu lokasyonları için saha seçimi şehir içinde ve kırsalda farklı
parametrelere bağlıdır. Şehir içinde sinyalin yüksek yapılardan etkilenmemesi için
baz istasyonu anteninin bölgedeki en yüksek olan yapıların çatılarına konmasına ve
kapsanacak alanın büyüklüğüne göre uygun antenin seçilmesine dikkat edilmelidir.
Bu çalışmada şehir içinde servis verecek antenin kırsaldaki gibi uzak lokasyonlara
kadar servis vermemesi için her antene 4 derece aşağı yönde eğim verilmiştir. Atoll
programının katoloğundan seçilen antenler 65 derece yatay ışınım genişliğine ve 18
derece dikey ışınım genişliğine, 15dBi anten kazancına sahip olup 900MHz,
1800MHz ve 2100MHz frekans bandlarında çalışmaktadır.
Çalışma alanı olarak deniz seviyesinden olan yükseklikleri büyük bir kısmında
farklılık gösterdiği için saha lokasyonu seçimi zor olan İstanbul'un Beykoz ilçesi
seçilmiştir. Beykoz'a ait yapıların coğrafi bilgilerini içeren veritabanı vektör formatta
hazırlanılarak oluşturulmuştur. Bilgi Teknolojileri ve İletişim Kurumu (BTK) ve
İstanbul İl Çevre Müdürlüğü'nün baz istasyonu kurulumu için belirlediği kriterlere
ve yasaklara uymayan lokasyonların üzerindeki yapılar veritabanından silinerek yeni
bir veritabanı oluşturulmuştur. BTK'nın kriterleri ve doğabilecek halk tepkisine karşı
alınan önlemler ile sağlık kurumları ve okulların bahçeleride dahil olmak üzere
merkezlerinden 350m yarıçapındaki güvelik mesafesine sahip alanın dışında baz
istasyonu kurulumu uygun görülmüştür. Saha seçimi 350m'lik yarıçapa sahip
güvenlik mesafesinin dışında kalan yapılar için yapılmıştır. Aynı zamanda İstanbul İl
Çevre Müdürlüğü'nün yaptığı yazılı açıklamaya bağlı kalınarak BTK tarafından
güvenlik mesafesine tabi tutulan eğitim ve sağlık kurumları da dahil olmak üzere
akaryakıt istasyonlarına, dolum tesislerine, kamu binalarına ve parklara baz istasyonu
kurulması yasaklandığı için bu yapıların bilgileri de baz istasyonu olarak
seçilebilecek yapılara ait olan veritabanından silinmiştir. Böylece tüm kriterlere ve
yasaklara uyan yapıların içinde olduğu veritabanında çalışılması sağlanmıştır.
Yüksek lisans tez çalışmasında, geliştirilen "Obje Oluşturma Aracı" uygulamasıyla
her baz istasyonunun etrafında 300m yarıçapında daireler çizilmiştir. Böylece her
yapı potansiyel baz istasyonu lokasyonu olarak belirlenmiş olup kapsama alanının
300m yarıçapında olması istenmiştir. Geliştirilen "Saha Seçme Aracı" uygulaması ile
birbiriyle kesişen 300m yarıçapındaki daireler arasından deniz seviyesinden olan
yüksekliği ile bina yüksekliği toplamı en yüksek olan yapılar baz istasyonu
lokasyonu olarak seçilmiştir ve kesişen daireler arasından baz istasyonu lokasyonu
olarak belirlenen daire filtrelenerek diğer daireler silinmiştir. Bu şekilde birbirini
kesmeyen 300m yarıçapındaki daireler kullanılarak Beykoz'da yapıların bulunduğu
lokasyonlarda kapsama sağlanacak şekilde saha seçimi yapılmıştır.
Seçilen sahalara kurulacak olan baz istasyonu teknolojisi olarak Türkiye'ye gelmesi
planlanan Long Term Evolution (LTE) teknolojisi belirlenmiştir. Şehir içinde LTE
teknolojisine ait her baz istasyonunun etrafında 300m yarıçapındaki bir alana yeterli
sinyal seviyesinde servis verecek şekilde belirlenen 190 tane saha ile Beykoz'da
yapıların bulunduğu yerlerin neredeyse tamamında kapsama sağlanmıştır. RF
kapsamalar Atoll programında Stanford University Interim (SUI), Standard
Propagation Model (SPM), COST-Hata ve Okumura-Hata modellerinin 900MHz,
1800MHz ve 2100MHz frekans bandlarında hesaplatılarak yapıların bulunduğu
bölgelerin neredeyse tamamında kapsama sağlandığı gösterilmiştir.

Abstract:
Nowadays expectations of mobile communication users increase and different
demands are existed by rapid growing technology. Therefore operator firms denote
more high data transfer speed and a better quality for uninterrupted communication
with new purchased technology or developed technology on the existing base station
in order to respond to expectations and demands of users.
Lots of factors kind of base station technology; service capacity, choosing the right
base station location or transmission infrastructure affect mobile communication
quality. Moreover existing base station equipments can be replaced with new
equipments by growing technology. However if wrong site selection is executed for
signalling, the only solution of this problem is finding the best location by a
successful survey. The site selection for base stations can be applied to new
settlements, locations that have low base station capacity; end of contracts; poor or
no signal coverage.
In mobile communication, cell is the area that has a RF signal coverage in order to
provide communication of subscribers. Regions in the city are divided into cells.
Each cell has a coverage range. If the coverage ranges of the cells are ranked from
largest to smallest, they are respectively: Macro cells, micro cells and pico cells. In
this study, cells which have 300m coverage range radius and 10Watt transmitter
power, has been used as in the micro cells but base stations located on the roof top of
the buildings as in the macro cells. Therefore coverage areas of the transmitters have
micro cells with down tilts or macro cells with more transmitter powers in the city.
Surveys of base station locations depends on different parameters in the city and
rural. In the city, attention should be paid to locate base stations to the roof tops of
highest buildings by the engineers for the signalling that is not obstructed by the
other high buildings. Moreover suitable antenna selection for coverage area in the
city should be considered. In this study in order to not to serve long distances as in
the rural, antennas have 4 degree down tilt in the city. Each antenna was selected
from catalog from Atoll program that has 65 degree beamwidth in horizontal pattern,
18 degree beamwidth in vertical pattern and 15dBi antenna gain in 900MHz,
1800MHz and 2100MHz frequency bands. Moreover the antenna height was set to
5m on the roof top of the buildings.
Engineers can work for days to determine site locations without any site selection
tools. Therefore lots of work will be delayed and there will not be enough time to
finish them. If the study area has a varying altitude measurement, the site selection
tool can prove that it is able to calculate the best site location for coverage in a region
with any elevation values. Consequently, Beykoz province which is on the Anatolian
side of Istanbul in North-West Turkey was considered for the study area beacuse it is
hard to select a site for a base station in varying altitude and also crowded
population. The major problem in achieving ideal signaling between mobile phones and base stations is inaccurate site selection due to the altitude and population of the
region. Therefore altitude and number of buildings are the key parameters. If site
selection is inaccurate and determined without reference to any previous parameters,
the connection between mobile phones and base stations can be often interrupted and
calls can drop. Moreover base stations have serious costs, and communication firms
do not want to invest in the analysis of non built up area in rural or regions with no
population.
Database of the built up area with geographic informations of locations of buildings
in Beykoz was prepared in vector format. Forbidden locations for base stations were
deleted from database depending on criterions and prohibitions of Information and
Communications Technologies Authority (ICTA) and Istanbul Provincial Directorate
of Environment. Furthermore in this study, the safety distance which is calculated
from given formula by International Radiation Protection Association (IRPA) in
bylaw of ICTA, was calculated 32.47m. The calculated safety distance depends on
broadcast direction of the antennas, the device output power, antenna gain and the
limit value of the electric field as from antennas. In this study, 10Watt device output
power, 15dBi antenna gain and 3V/m electric field limit value which is determined
by ICTA, is lower than the other countries for more health in Turkey was used in
order to calculate safety distance. In addition to safey distance criterion of ICTA, the
public response around of the schools and hospitals is very important for acceptance
of base station approval. Therefore safety distance was consiedered again for
precaution for public response and it was determined to 350m. The buildings inside
the circles that have 350m radius from center of heath institutes and school, were
deleted from the database because of safety distance criterions of ICTA and public
response. Moreover the given press release by Istanbul Provincial Directorate of
Environment prohibits to install base stations to educational institutions, heath
institutions, filling stations, public buildings and parks. In order to using database
without any detected prohibitions, existing database was updated by deleting
forbidden places which was determined by ICTA and Istanbul Provincial Directorate
of Environment.
In this study, circles with 300m radius were determined for a good coverage around
of each base station in the city by developed "Creating Object Tool" and "Site
Selection Tool" applications. "Creating Object Tool" application drew circles with
300m radius to the center of buildings in the database. Therefore each building is
dedicated to potential base station location before the site selection. "Site Selection
Tool" application compared each building with the other buildings in the database.
Comparision was occured by elevation criterion and coverage criterion. Elevation
criterion depended on sum of altitude of each building with their floor height in the
database. Coverage criterion that denoted circles with 300m coverage radius,
depended on intersection of each circles. This criterion started to compare highest
object to lowest object. Each object which was entered into the comparision, was
determined as a focus object. The highest focus object were selected and other circles
were eleminated in the intersected circles that focus object was in. Finally 190
buildings were selected for base station location by the calculation of "Site Selection
Tool" application.
In mobile communication, coverage singal level indicators are very important to
show coverage map. In this study, signal levels were ordered respectively from the
best signal level to the worst signal level as dark blue, blue, dark green, green, open
green, yellow, orange and finally red colors. If generally blue, green and yellow color
tones are existed on the coverage map, mostly uninterrupted communication and data
transfer can be provided. However if red tones are existed on the coverage map,
comunication and data transfer can be interrupted by the signal qualty.
According the expectation of subscribers and also global competation, Long Term
Evolution (LTE) technology is expected to come to Turkey. Thence, in this study,
Long Term Evolution (LTE) technology was chosen on selected 190 site. In Atoll
program, Standford University Interim (SUI), Standard Propagation Model (SPM),
COST-Hata and Okumura-Hata models were calculated in 900MHz, 1800Mhz and
2100MHz frequency bands. As a result almost in the whole Beykoz, radio frequency
(RF) coverage was provided by good signal levels with LTE technology.