Mätrapport för verifieringsmätning Samexistens 3G/4G och GSM-R TRV 2015/ juni 2015

Transkript

1 Mätrapport för verifieringsmätning Samexistens 3G/4G och GSM-R TRV 2015/ juni 2015 Bidragande till detta dokument Trafikverket Post och Telestyrelsen, PTS Mobiloperatörerna Hi3G, Tele2, Telenor och Teliasonera Branschorganisationen Tågoperatörerna, BTO

2 Innehållsförteckning: Sammanfattning av resultatet:...3 Syfte:...4 Utförande:...4 Utrustning:...4 Antenner:...5 Mätuppställning:...6 Utvärdering av mätresultaten:...7 Körning 1 och 2:...7 Körning 3 och 4:...7 Körning 5 och 6:...7 Körning 7 och 8:...7 Sammanfattning:...8 Bilaga 1: Predikterade signalnivåer i Trafikverkets GSM-R-nät...9 Bilaga 2: Predikterade signalnivåer från 3:s nät (Hi3G) Bilaga 3: Predikterade signalnivåer från N4M:s nät Bilaga 4: Mätdata från Trafikverkets analysverktyg Bilaga 5: Underlag för rapport angående GSM-R, Mätningar i 900 bandet / Bilaga 6: Mätprotokoll förda ombord Bilaga 7: Deltagare under mätningen Sida 2 (51)

3 Sammanfattning av resultatet: Denna rapport är inget godkännande av någon skyddsutrustning, vare sig filter eller förbättrade radiomoduler, utan endast en mätning som visar resultatet under de förutsättningar som fanns just vid genomförandet av detta test. De förhållanden som rådde under denna mätning kommer troligen inte att vara representativa för de framtida förhållandena då uteffekterna höjs i mobilnäten. Man kan alltså inte dra några slutsatser i hur dessa skyddsutrustningar kommer att fungera i framtiden då mobiloperatörerna höjer uteffekten på basstationerna till de maximalt tillåtna enligt frekvenstillstånden. Nivåerna på de störande basstationerna var förhållandevis låga och har en bra bit kvar (ca db) till den maximalt tillåtna gränsen på -5 eller 0 dbm/5 MHz. Den starkaste signalen från 3G/4G-näten var ca -20 dbm/5 MHz. Radiomoduler (CAB-radio eller TiGR350R) som var anslutna med skyddsfilter, i det här fallet MIC Nordic eller Kaleus, klarade sig mycket bra. Detta stämmer också bra överens med tidigare utförda laboratorietester. De förbättrade radiomodulerna från Funkwerk och Sierra Wireless klarade sig också bra. De hade lite mera kvalitetsstörningar än de som var skyddade med filter men de höll samtalen. Referens MESA 23 samt TiGR350R, båda utan skydd, hade stora kvalitetsproblem och tappade samtal vid flera tillfällen. Det är tydligt att oskyddad utrustning tappar samtal och får dålig samtalskvalité Sida 3 (51)

4 Syfte: Genomföra fältmätning med järnvägsfordon och olika skyddsåtgärder för GSM-R terminaler, som filter och förbättrade radiomoduler, för att verifiera funktion och prestanda på dessa under verkliga förhållanden. Utförande: Natten mellan den maj skedde mätningen. Spårtid hade sökts för fyra tur- och returkörningar Solna-Upplands Väsby, de sista två körningarna gick endast till Häggvik pga. spårarbeten. Ett antal CAB-terminaler placerades i Trafikverkets konferensvagn PMV 2000 anslutna till 220V samt yttre antenn. Vagnen har antenner för 900 MHz samt GPS. Till CAB-terminalerna anslöts externa filter alternativt att den interna radiomodulen var ersatt med radiomoduler med bättre radioprestanda. En MESA 23 var referens och hade inget skydd inkopplat. Tåget åkte sträckan Solna Upplands Väsby 2 gånger samt sträckan Solna Häggvik 2 gånger och olika filter och radiomoduler testades under de olika turerna. Längs sträckan hade mobiloperatörerna 3 och N4M, tillfälligt under natten, ökat till max uteffekt på fyra basstationer UMTS900 respektive driftsatt 19 celler LTE900 med simulerad last som ger full uteffekt. Dock medförde inte detta att någon uppmätt signal kom upp till den nivå som frekvenstillstånden maximalt tillåter. (Bilaga 2 och 3) Trafikverkets GSM-R-nät hade predikterad signalnivå enligt bifogade kartor. (Bilaga 1) Under körningarna spelades hela 900 MHz frekvensspektrum in och signalerna positionsbestämdes med GPS samt tidsstämplades. (Bilaga 5) Under körningarna skedde följande: 900 MHz spektrum och position spelades in ( MHz) samtalen loggades i Trafikverkets analysverktyg GEM varje radiooperatör loggade och noterade händelser under mätningen Utrustning: Instrument för spektruminspelning samt positionering 3 st MESA 23 med nätaggregat 1 st Sagem TiGR med kassett och nätaggregat (handhållen terminal) 1 st skyddsfilter MIC Nordic, AFGR902 (dual bandpass 7 MHz) 1 st skyddsfilter Kaleus, DDF9007F1V1-1 (dual bandpass 7 MHz) 1 st förbättrad radiomodul Funkwerk, MT5E (uppfyller ETSI TS ) 1 st förbättrad radiomodul Sierra Wireless, HPRM1-E (uppfyller ETSI TS ) 4 st SIM-kort för Trafikverkets GSM-R-nät Sida 4 (51)

5 Antenner: Antennerna är 0dBd antenner, typ Kathrein , monterade på taket på PMV2000 vagnen. Isolationen mellan antennerna uppmättes till mellan db beroende på mellan vilka antenner man mätte. Detta är tillräckligt för att inte telefonerna ska påverka varandra. Kabelförlusten för dessa tre antenner är ca 2 db vid 900 MHz. Antennen för spektrummätningen är placerad längre bort på taket, 6 meter från övriga antenner, och har ännu bättre isolation. Den antennen är en 0 dbd antenn med en kabelförlust (ca 16 meter RG224 antennkabel) på ca 5 db vid 900 MHz Sida 5 (51)

6 Mätuppställning: Fältmätning med PMV2000 Körning Sträcka Antenn 1 Antenn 2 Antenn 3 Antenn 4 1 Solna-Upplands Väsby Referens MESA MESA 23 med bandpassfilter (MIC Nordic) MESA 23 med Funkwerk förbättrad radiomodul PTS Spektruminspelning 2 Upplands Väsby-Solna Referens MESA MESA 23 med bandpassfilter (MIC Nordic) MESA 23 med Funkwerk förbättrad radiomodul PTS Spektruminspelning 3 Solna-Upplands Väsby Referens MESA MESA 23 med bandpassfilter (Kaleus) MESA 23 med Sierra förbättrad radiomodul PTS Spektruminspelning 4 Upplands Väsby-Solna Referens MESA Solna-Häggvik TiGR350R i kassett med MIC Nordic filter Häggvik-Solna TiGR350R i kassett med MIC Nordic filter MESA 23 med bandpassfilter (Kaleus) MESA 23 med Sierra förbättrad radiomodul MESA 23 med Sierra förbättrad radiomodul MESA 23 med Sierra förbättrad radiomodul MESA 23 med Funkwerk förbättrad radiomodul MESA 23 med Funkwerk förbättrad radiomodul PTS Spektruminspelning PTS Spektruminspelning PTS Spektruminspelning 7 Solna-Häggvik TiGR350R i kassett utan filter MESA 23 med Sierra förbättrad radiomodul MESA 23 med Funkwerk förbättrad radiomodul PTS Spektruminspelning 8 Häggvik-Solna TiGR350R i kassett utan filter MESA 23 med Sierra förbättrad radiomodul MESA 23 med Funkwerk förbättrad radiomodul PTS Spektruminspelning Sida 6 (51)

7 Utvärdering av mätresultaten: Ur Trafikverkets analysverktyg kan man samla in de radioparametrarna som rapporteras till GSM-R nätets centrala system. (Bilaga 4) Det som är mest intressant är de röda staplarna som anger samtalskvalitet (RXQuality), en skala mellan 0-7 där 7 är sämst. Vid RXQuality 6-7 tappar man normalt samtalet. Den signalnivå (RXLev) som rapporteras från GSM-R terminalenoch presenteras av analysverktyget kan vara lägre än den predikterade, basstationen reglerar uteffekten till lägsta behövliga för att minska störningar. Från PTS spektruminspelning kan man se signalnivåerna i 900 MHz-bandet ( MHz) Där signalerna från 3G/4G-näten är starka är också där GSM-R terminalerna får kvalitetsstörningar och tappar samtal. Körning 1 och 2: Referens MESA 23 har en hel del kvalitetsstörningar och tappar samtalet vid N4M:s basstation i Silverdalen i ena riktningen. MESA 23 med MIC Nordic filter har betydligt mindre kvalitetsstörningar och dom som förekommer är troligen från andra GSM-R basstationer. Inga tappade samtal. MESA 23 med Funkwerk förbättrad radiomodul har något mera kvalitetsstörningar än den med filter. Inga tappade samtal Körning 3 och 4: Referens MESA 23 har även denna gång en hel del kvalitetsstörningar och tappar samtalet vid N4M:s basstation i Silverdalen i båda riktningar. MESA 23 med Kaleus filter har betydligt mindre kvalitetsstörningar och dom som förekommer är troligen från andra GSM-R basstationer. Inga tappade samtal. MESA 23 med Sierra Wireless förbättrad radiomodul har något mera kvalitetsstörningar än den med filter. Inga tappade samtal. Körning 5 och 6: TiGR350R i kassett med MIC Nordic filter har få kvalitetsstörningar och dom som förekommer är troligen från andra GSM-R basstationer. Inga tappade samtal. MESA 23 med Sierra Wireless förbättrad radiomodul har få kvalitetsstörningar. Inga tappade samtal. MESA 23 med Funkwerk förbättrad radiomodul har få kvalitetsstörningar. Inga tappade samtal. Körning 7 och 8: TiGR350R i kassett utan skyddsfilter, har mycket kvalitetsstörningar och det är på gränsen att den tappar samtal vid ett par tillfällen. Den klarar att hålla samtalen pga. att den har en dämpning av signalen i övergången mellan kassett och radio på ca 5 db. Inga tappade samtal Sida 7 (51)

8 MESA 23 med Sierra Wireless förbättrad radiomodul har få kvalitetsstörningar. Inga tappade samtal. MESA 23 med Funkwerk förbättrad radiomodul har något få kvalitetsstörningar. Inga tappade samtal. Sammanfattning: Nivåerna på de störande basstationerna är förhållandevis låga och det är en bra bit kvar till den maximalt tillåtna gränsen på -5 eller 0 dbm/5 MHz. Den starkaste signalen från 3G/4G-näten är ca -20 dbm/5 MHz, vilket är långt ifrån det maximalt tillåtna. CAB-radio eller TiGR350R i kassett som är anslutna med skyddsfilter, i det här fallet MIC Nordic eller Kaleus, klarar sig mycket bra. Detta stämmer också bra överens med tidigare gjorda laboratorietester. De förbättrade radiomodulerna från Funkwerk och Sierra Wireless klarar sig också bra. Dom har lite mera kvalitetsstörningar än de som är skyddade med filter men dom håller samtalen. Referens MESA 23 samt TiGR350R, båda utan skydd, har stora kvalitetsproblem och tappar samtal vid flera tillfällen. Resultatet ifrån analysverktyget stämmer bra med noteringarna i mätprotokollen förda ombord Sida 8 (51)

9 Bilaga 1: Predikterade signalnivåer i Trafikverkets GSM-Rnät Sida 9 (51)

10 Predikterade signalnivåer i dbm Sida 10 (51)

11 Bilaga 2: Predikterade signalnivåer från 3:s nät (Hi3G) Effekthöjningar för fältprover Under natten mellan den maj kommer effekten tillfälligt att höjas på följande siter: 3 SW2048 Tureberg Uppskattning av effekt längs banvallen efter effekthöjning: ca -20dBm/5MHz Koordinater för effekthöjd basstation: / Sida 11 (51)

12 3 SW2305 Häggvik Uppskattning av effekt längs banvallen efter effekthöjning: ca -20dBm/5MHz Koordinater för effekthöjd basstation: / Sida 12 (51)

13 3 SW2320 Rotsunda Från dagens nivå kommer höjningen att vara: 3 db Uppskattning av effekt längs banvallen efter effekthöjning: ca -25dBm/5MHz Koordinater för effekthöjd basstation: / Sida 13 (51)

14 3 SW2335 Stora Väsby Uppskattning av effekt längs banvallen efter effekthöjning: ca -25dBm/5MHz Koordinater för effekthöjd basstation: / Sida 14 (51)

15 Bilaga 3: Predikterade signalnivåer från N4M:s nät N4M signalstyrka vid GSM-R fältprov maj 2015 Kartorna visar var N4M kommer att generera signalstyrka >= -23 dbm/5 MHz genom att tillfälligt aktivera LTE900-celler som är avstängda enligt restriktionerna i tillståndsvillkoret. -17 dbm c c -13 dbm -19 dbm c -16 dbm c c -15 dbm -16 dbm c -19 dbm -19 dbm -21 dbm -17 dbm -18 dbm -16 dbm -18 dbm Sida 15 (51)

16 -13 dbm -12 dbm -21 dbm -17 dbm -23 dbm -17 dbm Sida 16 (51)

17 Bilaga 4: Mätdata från Trafikverkets analysverktyg. Mesa23 med MIC filter körning 1-2 So-Upv-So Spår U2/N2 IMEI kl 22:05-22: Sida 17 (51)

18 Mesa23 med Funkwerk körning 1-2 So-Upv-So Spår U2/N2 IMEI kl 22:05-22: Sida 18 (51)

19 Mesa23 Referens körning 1 So-Hel Spår U2 IMEI kl 22:05-22: Sida 19 (51)

20 Mesa23 Referens körning 1-2 Hel-Upv-Hel Spår U2/N2 IMEI kl 22:14-22: Sida 20 (51)

21 Mesa23 Referens körning 2 Hel-Udl Spår N2 IMEI kl 22:40-22: Sida 21 (51)

22 Mesa23 med Kaelusfilter körning 3-4 So-Upv-So Spår U2/N2 IMEI kl 22:51-23: Sida 22 (51)

23 Mesa23 Sierra körning 3-4 So-Hgv-So Spår U2/N2 IMEI kl 22:51-23: Sida 23 (51)

24 Mesa23 Referens körning 3 So-Udl Spår U2 IMEI kl 22:51-22: Sida 24 (51)

25 Mesa23 Referens körning 3-4 Udl-Upv-Hel Spår U2/N2 IMEI kl 22:56-23: Sida 25 (51)

26 Mesa23 Sierra körning 5-6 So-Hgv-So Spår U2/N2 IMEI kl 23:53-00: Sida 26 (51)

27 Mesa23 med Funkwerk körning 5-6 So-Hgv-So Spår U2/N2 IMEI kl 23:53-00: Sida 27 (51)

28 TigR350 med MIC filter körning 5-6 So-Hgv-So Spår U1 IMEI kl 23:53-00: Sida 28 (51)

29 TigR350 utan filter körning 7-8 So-Hgv-So Spår U1 IMEI kl 00:24-00: Sida 29 (51)

30 Mesa23 Sierra körning 7-8 So-Hgv-So Spår U1 IMEI kl 00:24-00: Sida 30 (51)

31 Mesa23 med Funkwerk körning 7-8 So-Hgv-So Spår U2 IMEI kl 00:24-00: Sida 31 (51)

32 Bilaga 5: Underlag för rapport angående GSM-R, Mätningar i 900 bandet /12 Mätning uppsatt av Henrik Tibbling (PTS) Mätning utförd av Patrik Thornemo (PTS) Underlaget skrivet av Henrik Tibbling(PTS) Utrustning: R&S TSMW Romes 4.71 Kathrein (monterad på tågtak) 16 meter RG214 med N kontakter Uppmätt förlust i kabel och kontakter: Inte möjlig då antenn sitter svåråtkomlig. Estimerad kabelförlust mellan TSMW och antenn är 5 db@900 MHz inklusive kontakter. Polarisation: Notera att mätningar är gjorda med vertikalpolariserad antenn, eventuell kompensation för polarisationsförlust +/-45 till 0 grader (typ 2,6 db) är inte gjord Följande mätvärden har kompenserats enligt nedanstående i graferna: LTE RSSI (5 MHz): Rapporterat mätvärde+2,2db (3 MHz-5 MHz)+5 db(kabelförlust) 2,14 db (antenngain) = rapporterat mätvärde + 5,06 db LTE RSRP +25 db: Rapporterat mätvärde + 25 db (skillnad mellan % last för 5 MHz kanal+mimo) + 5 db(kabelförlust)-2,14 db(antenngain) = rapporterat mätvärde + 27,86 db W-CDMA Ptotal oavsett kod (5 MHz): Rapporterat mätvärde+5 db(kabelförlust) -2,14 db(antenngain) = Rapporterat mätvärde + 2,86 db W-CDMA RSCP 927,6 MHz: Rapporterat mätvärde+5 db(kabelförlust) -2,14 db(antenngain) = Rapporterat mätvärde + 2,86 db GSM-R RxLevDL starkaste BCCH (200 khz): Rapporterat mätvärde+5 db(kabelförlust) -2,14 db(antenngain) = Rapporterat mätvärde + 2,86 db Sida 32 (51)

33 Följande 7 signaler redovisas i detta underlag med färger enligt nedan, med bandbredd och ursprung för signalen redovisat: GSM-R RxLevDL starkaste BCCH (200 khz), ROMES: Mottagen nivå i scanner för starkaste GSM-R signalen (dbm) GSM-R RxLevDL uppkopplat(200 khz), GEM: Mottagen nivå i GSM-R terminal (dbm) GSM-R RxQualDL uppkopplat, GEM: Kvalitet nedlänksignal hos GSM-R terminal (0-7) W-CDMA Ptotal oavsett kod (5 MHz), ROMES: Mottagen nivå i scanner (inklusive interferens, trafik och effekt från andra koder) för kanal 2938 (dbm) W-CDMA RSCP 927,6MHz, ROMES: Mottagen nivå i scanner av pilotsignalen, 3,84 MHz (dbm) LTE RSSI (5 MHz), ROMES: Mottagen nivå i scanner (inklusive interferens, trafik och effekt från andra celler) med en centerfrekvens på 936,2MHz (dbm) LTE RSRP+25dB (5 MHz), ROMES: mottagen nivå i scanner (dbm) för den starkaste signalen RSRP på kanal 3562 centerfrekvens 936,2MHz. Signalen är flyttad +25dB för att visa den totala nivån i en 5 MHz kanal inklusive full last på bägge MIMO grenarna. Övriga noteringar: Bakgrund till att visa LTE RSPR +25 beror på en för låg samplingsrate på signalen LTE RSSI (5 MHz), därför ger LTE RSPR +25 en bättre bild av hur signalen varierar över tid. Anledning till att LTE RSPR +25 och LTE RSSI (5 MHz) skiljer sig åt vissa perioder beror på att N4M inte körde simulerad last på alla basstationer längs sträckan. Kompensation för antennförstärkning på 2,14 dbi har gjorts enligt tidigare förklaring, dock bör det tilläggas att denna förstärkning inte gäller när man är nära en operatörsmast, beroende på att infallande vinkel mot antenn blir >> 0 grader vilket ger lägre förstärkning. Ingen kompensation för detta är gjort i graferna. Henrik Tibbling Sida 33 (51)

34 Sida 34 (51)

35 Sida 35 (51)

36 Sida 36 (51)

37 Sida 37 (51)

38 Sida 38 (51)

39 Sida 39 (51)

40 Bilaga 6: Mätprotokoll förda ombord Sida 40 (51)

41 Sida 41 (51)

42 Sida 42 (51)

43 Sida 43 (51)

44 Sida 44 (51)

45 Sida 45 (51)

46 Sida 46 (51)

47 Sida 47 (51)

48 Sida 48 (51)

49 Sida 49 (51)

50 Sida 50 (51)

51 Bilaga 7: Deltagare under mätningen Deltagare på tåget Namn Företag Förare Swedtrac Patrik Thornemo PTS Bo Bergström Trafikverket Kjell Israelsson Trafikverket Jon Malmström SL Erik Alriksson SL Per-Johan Wedell Green- Cargo Peter Östling Green-Cargo Karl-Arne Markström Transitio (ÅF) Håkan Tillander N4M Tillgängliga under natten Namn Joakim Lundqvist Henrik Andersson Jonas Lindh Företag Hi3G N4M Trafikverket Sida 51 (51)