Vad begränsar räckvidden på Ice's nät?

VD för Ice/Nordisk mobiltelefon i Norge angav i ett uttalande längsta räckvidd över hav till ca 6 mil.

Över tre mil måste man nog ha en rimligt bra fungerande yttre antenn som dessutom bör vara fritt och högt placerad. Vid en relativt låga frekvensen 450 MHz är kabelförluster låga och det är dessutom lätt att hitta lågförlustkabel så relativt långa antennledningar gör mycket mindre än om man kopplar tunn koax till ett 3G UMTS kort.

Slutsats: Isåkarna behöver antennkunskap. Recensioner som den jag såg från en norsk familj som hade routern i ruffen och seglade mellan Norge och Danmark  är rätt intetsägande. De ville inte hissa upp routern i masten. Tacka för det. Men de kunde ha använt en antenn i masttoppen.

Så en intressant fråga är på vilket avstånd över vatten man kan räkna med kontakt om man har en rundstrålande antenn med 3 dB förstärkning 12 meter upp och masten står vertikalt. Sedan är det nog så också att Icenet har anpassade basstationer (läs höga) för kommunikation till havs utmed vissa kuststräckor. Runt Bornholm t ex. Då Icenet anger 6 mil som max räckvidd till havs bör de anta en låg antennförstärkning, säg 3 dB, eftersom högre förstärkning är knepig att uppnå praktiskt med rundstrålande antenner på en båt. Antennerna torde förutsättas vara högt placerade. Jordytans krökning spelar roll på sex mils avstånd. HUr mycket framgår av denna uppsats, se avsnittet om radiohorisont:

http://hem.passagen.se/sk0rg/cept/vagutbr1.html

Eftersom radiohorisonten ligger 4,1 ggr roten ur höjden i meter så fås ca 13 km räckvidd vid 10 meter antennhöjd. Ska vi nå 60 km måste basttationens mast vara 130 meter upp om båtens antenn är 12 meter upp. Slutsats: Icenets master är få men höga och därmed ofta dyra, så vitt företaget inte kan hyra in sig i befintliga master. (notera hur låga 3G masterna är - räckviddsambitionen är låg)

Mellan sändar och mottagarantenn måste den strålade effekten räcka till för att det ska bli lite kräm kvar när signalen försvagats med kvadraten på avtåndet. Därav behovet av riktantenn.

MIn erfarenhet av NMT 900 och en bra antenn på toppen av ett 4 meter högt kolfibermetspö nedstucket i marken var att höjden spelade en mycket stor roll för effektiv förbindelse när man var ute i terrängen. Detta var 1987 och basstationerna få. Situationen motsvarar ice's nät.

God erfarenhet bör ha nåtts vid senaste Gotland Runt där Icenet sponsrade radiolänk till båtarna för uppdartering av position.

Ett antennkompendium anger att 6 dB förstärkning fördubblar räckvidden i en förbindelse över 450 MHz. Det motsvarar en liten yagiantenn.

http://www.p4w.com/broschyrer/antennkompendium.pdf

Ska signalerna tränga genom skog, brytas över bergknallar eller kanske studsa mot en hus eller bergvägg behövs mer förstärkning. Då kan nog yagis med många element behövas. Men stort sett kan det nog löna sig mer att få upp antennen högre, t ex i flaggstången.

Edit: Formeln ovan är intresssant för den visar att det inte går att komma längre än ca 60 km med praktiska masthöjder om det ska vara direkt sikt- och det ska det med de låga effekter uteffekter som används:

1m >   4,1 km
2m>    5,8 km
4m>     8,2 km
8m>     11,6 km
16m>    16,4 km
32m>     23 km
64m>      32,8 km
128 m>    46,4 km
256 m>     65,6 km
512m >      93 km

Önskar man dubbla räckvidden måste antennhöjden ökas fyra gånger. Dessa siffror anger avståndet till radiohorisonten från en källa.

Om båda har lika höga master behövs bara höjden 64 meter för att överbrygga 65 km istället för en mast på 256 meter om denandra sidan står på jordytan. Annorlunda uttryckt, de första metrarna användaren höjer sin antenn ger mest utslag - eftersom det flerfaldigt minskar behovet av höjd på basstationen.  Om jag ökar från två till tolv meter i min båt så minskar behovet av höjd på basstationen över 60 km från 175 till 126 meter. Och radiomasten kanske bara var 130 meter hög. Sådant bör man veta om man ska skriva en relevant rapport om praktiska erfarenheter av mobil kommunikation till havs.

Kunde man använda flera hundra watt som på amatörbandet 432 MHz kanske man kunde hoppas på spridning i atmosfären ibland. Kort sagt, jordytans krökning begränsar Icenets räckvidd.

Men ibland står masterna på ett berg. Är masten belägen 2100 meter över mottagaren blir räckvidden 187 km. Norrmännen med sin bergiga kust har goda förutsättningar att nå långt ut till havs med Icenet. Mindre kul i Danmark.

Även om direkt sikt råder måste som påpekats tidigare sändareffekten inkl. antennförstärkning räcka till för att överbrygga det höga avståndet. Noterar att det inte finns reglerat hur stor antennförstärkning man får använda på 450 bandet. Detta till skillnad från WLAN där PTS sätter gräns för hur mycket effekt man får skicka i en riktning, dvs antennförstärkningen får inte vara för hög.

När en förstärkning på 6 dB anges dubbla räckvidden på 450 MHz så torde detta mer att ha att göra med kompensation för låg signalstyrka pga avstånd än för bristande höjd relativt jordytan.

Nu kan i och för sig basstationerna ha antenner med riktverkan som också förstärker den mottagna signalen. Istället för en rundstrålande antenn kan basstationen ha flera antennkluster, dvs i praktiken olika basstationer för olika riktningar. Med många antennelement och fasförskjutning kan mycket smala lober erhållas. Det var digitala NMT-pionjären Radio Designs specialitet AFAIK.

Edit: Så är sa VD för ICenet i Sverige: Vi och Teracom är de enda som har sändare på alla Sveriges så kallade högmaster, (och det ger oss så stora sektorer att det knappt behövs några hand-overs).

Högmast var ordet...

Ice gav beskedet att längsta avstånd fn är 62 km. Ny teknik kan öka detta till 120 km.

Om en massa användare dyker upp nära basstationen minskas den möjliga räckvidden eftersom de avlägsna användarna inte kunner att komma avkodas. Detta är väl beskrivet i artikeln nedan som också beskriver fenomenet cellandning, ett uttryck som används för att beskriva de dynamiska förändringarna i cellstorlek för CDMA orsakade av belastningen på basstationen.

http://tier.cs.berkeley.edu/docs/wireless/cdma450.pdf
Men efter revivion B kommer C, omdöpt till UMB. Då är vi inne på LTE-nivå. Men nun är vim också inne på industripolitik och konkurrens mellan amerikanska och europeiska industriintressen. Båda sidor lobbar kraftigt, vilket en väl insatt person nyss berättade för mig här på ett kafé vid kaj på en grekisk ö.

Om UMB:

http://www.3gpp2.org/Public_html/News/R … EP2007.pdf

Ingen uppgift om täckning där, ej heller om cellstorlek versus belastning. HUr som helst kommer digitalt 450 att utvecklas kraftigt.

Hej och tack för intressant test. I Berkelyrapporten nåddes bäst resultat med en riktantenn och en runddstrålande men det var mot en enda basstation. Att kunna köra mot två och få dem att samverka är knappast möjligt i annat än fasta installationer men det är ju intressant att synergin är möjlig.

Här är klipp ur svar jag fått från Icenet (affärssidan):

Hårda begränsningen på 62 km kommer av en maximal round trip time och har med effektregleringen att göra. Basen rapporterar tillbaka till terminalen om den skall öka eller minska effekten. Då får inte fördröjningen bli för lång får då rapporterar man fel burst.

Det har funnits lite olika siffror på hur långt man kan nå med boomer mode (motsvarande extended range fast för CDMA?) och jag fick nyligen höra att både tal och data kan nå upp till 250 km. Det är naturligtvis ett extremfall rent vågutbreninsmässigt, men om vi tänker oss t.ex. en basstation som vi har i Norge där den är belägen på en ö som är ca 1000 m hög och att man sedan har en båt som har en antenn på ca 30 m över vattenytan så borde det gå att nå väldigt långt. Dock har vi i dagsläget inga planer på boomer mode för 1X carriers (som används för röstsamtal) även om det säkerligen kommer när volymerna för telefoni ökar.

CDMA som du säger mycket bra på att detektera svaga signaler, t.o.m. signaler som ligger under brusgolvet.

Skall ta och läsa CDMA-utredning du länkade. Eftersom vi är först ut med kommersiellt CDMA450 så är ju särskilt de affärsmässiga aspekterna intressanta, t.ex. kapacitetsbegränsningar (även om nätet generellt sett är lika skalbart som vilket annat nät som helst).

Slut citat Icenet

Däri nämns boomer cells som förefaller vara branschens benämning på stora celler i glesbefolkade områden. Det går att trixa med tidsluckorna. Här är en liten 0och gammal diskussion från Australien där de jämför med det analoga nätet (som väl inte hade några tridsluckor att beakta):

At that time CDMA's theoretical distance limitation was 57.5 km, and in practice it was generally down to about 45 km.

Analog AMPS, by contrast, has no theoretical limit except for the earth's curvature. In practice, it is limited by both power and terrain, but with a 3 Watt car-mounted analog phone it is not uncommon to get distances of 150 km. The vehicle must be stationary at the top of a hill, but this is how many farmers use their phones in rural areas.

The theoretical limit of CDMA is set by a key signal-processing chip in the base-station which has the job of searching incoming signals for codes from the surrounding handsets. Radio signals take a finite time to travel distance, and so there's always a round-trip delay in signals reaching handsets and returning to the base-station.

The expected maximum delay is known as the 'search-window', and the chip is programmed to search only during this time for the individual handset codes. The less time the signal processor spends searching, the better, because it has other things to do in processing the codes.

In the US, where analog remains to fill in the long-range coverage requirements of Nevada, Arizona, Colorado, Texas, etc. a CDMA window corresponding to 57 kilometres is deemed to be adequate. But not for Australia where AMPS must disappear.

What Nortel (the Telstra contractor) proposes to do here is to add extra chips (up to three) in their base-stations, each designed to hunt for incoming codes in a series of delayed search-windows. They hope, therefore, to have base-stations which can handle signals from transmitters up to 200 kilometres away.

So far this has only been laboratory simulation. However the idea was recently tested in America over a 100 kilometre link, but using a different radio frequency (the PCS band of 1.9GHz).

Of course, the other requirement for distance and coverage, is that of power. Both the handsets and base-stations need power to span these increased distances - although new sensitive receivers make this less of a problem than before.

Most CDMA handsets output 0.2 Watts at their maximum, but in city areas they average of one-tenth this - which is why they get excellent battery life and are potentially less harmful to humans. Qualcomm does make a 2 Watt CDMA wireless local-loop unit which can be carried in a briefcase and used in a vehicle.

But even with the best possible electronics it is doubtful whether a tiny 0.2 Watt conventional handset could transmit signals over a 100 km, and it remains doubtful whether even the 2 Watt CDMA version will reach 200 km over land -- but it may work over water.

Then they need to test whether these 'boomer cells' can interwork with conventional town and city cells. CDMA phones have a 'near-far' problem, which makes it difficult for handsets close to the base-station to work with those at a distance, and Nortel's boomer cells will increase these problems exponentially.

Artikeln diskuterar inte antennförstärkning. Vill man kan man naturligtvis öka riktverkan och tiodubbla skenbara uteffekten - i fasta installationer.

Hur som helst finns möjligheter att öka räckvidden t ex i fjällområden eller över hav men i vanliga områden som skärgård och mörka Småland och Värmland räcker nog 62 km. Når man inte fram då med sin D35 får man satsa på bättre antenner och mindre förluster i kablarna upp.

För de tillfällen då en D50 hade räckt hade det ju varit bra om man kunde använda ett sådant också men jag har ingen lust att betala dubbla abonnemang - och jag antar att det inte finns några kombiabonnemang D50 plus D35.

Ska bli kul att höra resultaten av test med två riktantenner. Själv siktar jag på någon rimligt praktisk riktantenn för mobilt bruk plus en rundstrålande.

PS

Boomer cell är Nortels benämning. De anger möjliga räckvidder på 240 km över vatten och 130 km över land.

Det fanns linjära effektförstärkare på NMT-tiden. De ska inte användas i CDMA. En riktantenn är däremot bra, både för mottagning och sändning. Läs här:

http://www.moonraker.com.au/techni/cdma-range.htm

Mer om CDMA och räckvidd:

http://www.moonraker.com.au/techni/CDMA.HTM

Hmm, intressant synpunkt. Kvar står dock att min reella transmissionhastighet upp- och ned, nu uppmätt under flera dagar både vid hög- och låglast på nätet via TCP, har dubblerats och ibland tredubblats.

Har fått utförliga svar från Icenet (tackar än en gång) och vill gärna återge valda delar här. Mina modifieringar är angivna med // medan kommentar anges med *

"1X mobiltelefoni har en max räckvidd på 125 km. EVDO Rel 0 har max räckvidd 62 km. EVDO Rev A med Boomer mode har max räckvidd på 250 km, annars 62 km. De gamla D-20 samt D-10 modemen kommer alltså förbli begränsade vid 62 km. "

"Vid de tester jag själv utfört så har vi kommit 190 km på Östersjön och då fått ca 130 kbps på både upp- och nedlänk. Detta på basstationen på Gotland med antennhöjd på 200 meter (har jag för mig) samt mottagarantennen i toppen av min segelbåt på 16 meter. Mottagarantennen är en vanlig dipol med 2.1 dBi riktverkan samt en extra båtantenn monterad på pushpit där bak. Det är även den båten vi hade en webbkamera på under Gotland Runt. Övriga båtar med webbkamera på Gotland Runt hade också antenn i masttoppen (vilket blir en förutsättning på grund av jordens krökning). En kul notis (för oss!) är att en mobiltelefon från /xxx/ slutade fungera redan vid Almagrundet!!! (dit ser man från Sandhamn)."

*Boomermode är nog mest användbart över öppet vatten eller kanske i trädfri fjällterräng. vad sådana celler finns kommer väl att framgå av täckningskartan antar jag.

"I förra veckan seglade jag över till Åland och hade lite mer än halvvägs över havet 1.5 Mbps nedlänk och 0.75 Mbps upplänk (enligt bredbandskollen). Strax innan infarten till Mariehamn var hastigheten 0.5 Mbps nedlänk och 0.25 Mbps upplänk. Det finns signal i Mariehamn, men vi har inte Boomer mode påslaget i det området så man kommer över 62 km-gränsen. Dock fungerade mobiltelefonen (vår C-10) om man gick upp på berget! "

*finner bara telefonen T-10 bland produkterna. telefonin går alltså över ett annat protokoll än data, så räckvidderna är inte de samma. Boomermode är en mjukvaruapplikation i basstationerna, ingen ändring behövs i modemen. Som nämnts tidigare i tråden innebär boomermode att basstationen medger längre tid för signal att gå fram.

Här min fråga om signalstyrka:

*Hur mäts egentligen signalstyrka i CDMA? Är det signalens avkodbarhet som anges, liksom för GPS? Den signalstyrka jag läser i access manager, är det basstationens i min mottagare eller hur basstationen hör mig?

"Signalstyrka mäts på två sätt. Det ena är RX power (kallas även för RSSI, Received Signal Strength Indicator, eller Io) och mäter den samlade effekten inom kanalens bandbredd. Detta är den sammanlagda effekten från alla olika sändare och kanaler. Det andra sättet att mäta signalstyrka kallas Ec/Io (där Ec är signalstyrkan på pilotkanalen) och mäter relationen mellan signalstyrkan på pilotkanalen och RX Power. Ett sorts signal-brus-förhållande alltså. Det är detta förhållande som bestämmer vilken datahastighet du får (eller DRC rate, Data Rate Control "“ ett protokoll radionätet använder för att bestämma den ögonblickliga överföringshastigheten). Du hittar båda dessa värden i D-50 debug-fönstret (håll musen över menu och sen skriver du ##debug). Signalstyrkan mäts i modemet. Hur basstationen uppfattar dig ser du på vilken utsänd effekt du har (har för mig att den finns i D50 debug fönstret också, men inte i D35). Basstationen reglerar alltid ner effekten på modemet så att den precis hör modemet. Sänder modemet uppåt 23 dBm så ligger man nära gränsen för att inte längre ha en fungerande upplänk."

*Om riktantenn och signalstyrka:

"En riktantenn förstärker den önskade signalen samtidigt som den diskriminerar (undertrycker) andra signaler. Detta ökar signal-brus-förhållandet vilket ökar den DRC-rate man får. Detta givet att den önskade signalen och störande signaler inte kommer från samma håll.

Men eftersom en riktantenn alltid förstärker signaler som kommer i den riktning antennen pekar, så förstärks även signalen jämfört med brusgolvet. Vilket innebär att man vid låga signaler får bättre täckning och högre datahastighet.

Om den mottagna signalstyrkan är stark, tex RX power > -80, så kommer en riktantenn att öka datahastigheten om man har många störande signaler som kommer "från sidan eller bakifrån". Dessa undertrycks då och signal-brusförhållandet blir bättre. Finns det bara en, och endast en, ren signal från en basstation med stark signalstyrka så kommer inte datahastigheten att bli bättre.

Alltså: Det är förhållandet mellan nyttosignal och interferens plus brus som bestämmer vilken hastighet man får. Och inte den absoluta signalstyrkan."

*Om dubbla antenner och polarisationsdiversitet:

*Inspirerad av Berkeleyrapporten jag länkat till prövade en användare att ansluta en groundplane till RX uttaget på sin D35. På primäruttaget har han en stor yagi. Länkhastigheten dubblades. Han uppger, att support kollat och sett att han faktiskt var uppkopplad mot två olikbelägna basstationer, en för var antenn. Rätt intressant, att basstationerna kan hantera detta mot en användare. Stämmer med vad man läser om handover i CDMA. Finns det någon teknisk kommentar till detta vore det intressant.

"Det här är två saker. Att sätta även en extern antenn på RX-porten ökar den så kallade diversitetsvinsten. Detta förutsätter att den nya, extra externa antennen har bättre mottagning än den gamla. Ett bra diversitetsarrangemang ökar den mottagna signalen med 3 till 6 dB, vilket, beroende på olika faktorer, motsvarar en hastighetsökning på det dubbla eller mer. Diversitet får man genom att ha två eller fler mottagarantenner. Dessa kan monteras skilda i avstånd (ger rums- eller rymddiversitet) eller nära varandra men olika vridna (ger polarisationsdiversitet). Det sistnämnda använder vi på basstationerna där båda antennerna sitter inbyggda i samma skal. Använder man en yagi och vill komplettera med en omniantenn (tex vår båtantenn med 2.1 dBi riktverkan eller magnetfotsantenn med 5.6 dBi förstärkning, denna måste dock sitta på ett jordplan vilket inte båtantennen måste) så skall yagin sitta på tx/rx-porten och omniantennen på rx-porten. Vill man göra det ännu bättre sätter man upp två yagiantenner. Helst lite skilda i avstånd men framför allt bör man laborera med att vinkla dem olika (tex +- 45 grader jämfört med spröten rakt upp).

* Lite googlande visar att 45 graders snedvinkling +/- används allmänt vid basstationer för att få polarisationsdiversitet. Finns en bra kathrein site om detta. Att bara kröka sprötet på en jordplansantenn 45 grader är nog ingen bra idé, även jordplanet måste vinklas. dessutom kommer antennen inte att bli lika rundstrålande eftersom en del v effekten kommer att gå ne di marken. 

http://www.kathrein-scala.com/tech_bull … arized.pdf

"Det andra du kommer in på kallas Soft Handoff (i cdma terminologi, Handover i UMTS sammanhang) och innebär att terminalen kommunicerar samtidigt med flera olika basstationer. Detta ökar kapaciteten och möjliggör mobilitet. Det används på både upp- och nedlänk i vår 1X-mode (den vi kör mobiltelefoni över) samt i vanlig UMTS. För EVDO rev 0 har man soft handoff på upplänken, men inte på nedlänken. I Rev A finns inte soft handoff på varken upp- eller nedlänk. Dock så kallar man det för Virtual Soft Handoff och är det som möjliggör en snabb överkoppling till nästa basstation. Generellt ger en soft handoff lägre datahastighet. Detta dels genom att man vid Soft handoff har lika signalstyrka från flera basstationer samtidigt (vilket innebär att interferensen blir högre och därmed lägre datahastighet) samtidigt som man får en anings avbrott vid själva överkopplingsögonblicket (tydligt märkbart för Rel 0, men mindre märkbart för Rev A). Om man ligger i Soft handoff ser man i D-50 debug-fönstret genom att flera celler är i Active Set (man ser flera PN-koder och Ec/Io i samma färg längst upp"¦, ursäkta har inte bilden tillräckligt exakt för en bättre beskrivning). En riktantenn kan göra att man undviker soft handoff och förbättrar hastigheten.

Uttalandet om Soft Handoff (Soft Handover) är lika giltigt för UMTS och HSDPA/ HSUPA"

*Min slutsats av allt detta är att de täckningstester som görs av bl a Ny Teknik, Mobil och ATL allt för mycket utgår från förutsättningarna för 3G. Där begränsas ju räckvidden mest av tidsluckorna. Bra antenner kan öka räckvidd och datahastighet men inte längre än under fyra mil. För cmda450 förhåller det sig annorlunda och det tar testerna inte hänsyn till eftersom man aldrig använder antenner avpassade för de avstånd signalerna kan gå. Något resonemang om testresultat kontra täckningskarta har jag inte sett, de åker bara omkring och ser om de får kontakt. Praktexempel på taffligt test (gå tillbaka till artikeln):

http://di.se/Nyheter/?page=/Funktioner/ … komNyheter

Det vore bra om Ice net sitens egen mastletningsfunktion inkluderade info om det rör sig om en boomercell. Det finns en del områden utmed Östersjökusten där mastletningsfunktionen visar avstånd på 7-8 mil, t ex utanför Nynäshamn och Norrlandskusten. Finner dock inget över tio mil. Det kan alltså gå att komma längre än vad kartan visar -om båtmasten är tillräckligt hög.

Sisådär nu är man förvirrad på en högre nivå. Alltid kul att haja lite om förutsättningarna för de grejor man använder. Brukar funka bättre då.