Проектирование базовой станции сети связи стандарта GSM в Челябинской области

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проектирование базовой станции сети связи стандарта GSM в Челябинской области

ВВЕДЕНИЕ

связь сеть радиорелейный

Сотовая связь - один из видов радиосвязи, в основе которого лежит сотовая сеть. Ключевая особенность: общая зона покрытия делится на соты, определяющиеся зонами покрытия базовых станций. Соты перекрываются и вместе образуют сеть. На идеальной поверхности зона покрытия одной базовой станции представляет собой круг, поэтому составленная из них сеть имеет вид сот с шестиугольными ячейками. В английском варианте связь называется «ячеистой» или «клеточной» (cellular).

Сеть составляют разнесённые в пространстве приёмопередатчики, работающие в одном и том же частотном диапазоне, и коммутирующее оборудование, позволяющее определять текущее местоположение подвижных абонентов и обеспечивать непрерывность связи при перемещении абонента из зоны действия одного приёмопередатчика в зону действия другого. Основные составляющие сотовой сети - это сотовые телефоны и базовые станции. Базовые станции обычно располагают на крышах зданий и вышках. Будучи включённым, сотовый телефон прослушивает эфир, находя сигнал базовой станции. После этого телефон посылает станции свой уникальный идентификационный код. Телефон и станция поддерживают постоянный радиоконтакт, периодически обмениваясь пакетами. Связь телефона со станцией может идти по аналоговому протоколу (AMPS, NAMPS, NMT-450) или по цифровому (DAMPS, CDMA, GSM, UMTS). Если телефон выходит из поля действия базовой станции, он налаживает связь с другой (англ, handover).

Сотовые сети могут состоять из базовых станций разного стандарта, что позволяет оптимизировать работу сети и улучшить её покрытие.

Сотовые сети разных операторов соединены друг с другом, а также со стационарной телефонной сетью. Это позволяет абонентам одного оператора делать звонки абонентам другого оператора, с мобильных телефонов на стационарные и со стационарных на мобильные. [6]

GSM (от названия группы Groupe Special Mobile, позже переименован в Global System for Mobile Communications) (русск. СПС-900) - глобальный цифровой стандарт для мобильной сотовой связи, с разделением канала по принципу TDMAи высокой степенью безопасности благодаря шифрованию с открытым ключом. Разработан под эгидой Европейского института стандартизации электросвязи (ETSI) в конце 80-х годов.

GSMотносится к сетям второго поколения (2 Generation), хотя на 2006 год условно находится в фазе 2,5G (1G- аналоговая сотовая связь, 2G- цифровая сотовая связь, 3G- широкополосная цифровая сотовая связь, коммутируемая многоцелевыми компьютерными сетями, в том числе Интернет).

Сотовые телефоны выпускаются для 4 диапазонов частот: 850 МЕц, 900 МГц, 1800 МГц, 1900 МГц. Существуют также, и довольно распространены, мультидиапазонные (Dual-Band, Multi-Band) телефоны, способные работать в диапазонах 900/1800 МГц, 850/1900 МГц, 900/1800/1900 МГц. [7]

Основная задача сети СПС стандарта GSM-900/1800 заключается в организации автоматической телефонной связи между подвижными абонентами, подвижными и стационарными абонентами сети связи общего пользования, а также предоставление дополнительных услуг, поддерживаемых данным стандартом. Сеть цифровой сотовой связи стандартов OSM-900/1800 является составной телекоммуникационной сетью, состоящей из подсистемы базовых станций (BSS), включающей в себя базовые станции (BTS) и контроллеры (BSC), коммутационного центра (MSC) и центра управления и обслуживания (NMC&OMC).

Основная функция подсистемы BTS- реализация связи с мобильными абонентами по радиоинтерфейсу, модуляция-демодуляция радиосигналов, кодирование-декодирование сообщений. Контроллер BSCпредназначен для распределения радиоканалов, контроля соединения абонентов, обеспечения функций хэндовера и других задач связанных с управлением и контролем радиоинтерфейсов базовых станций. Коммутационный центр MSCобеспечивает все виды соединений в своей зоне обслуживания, осуществляет коммутацию каналов и маршрутизацию вызовов, управляет функциями роуминга и предоставляет определенный набор сервисных услуг.

Центр управления и обслуживания NMC&OMCобеспечивает мониторинг сети и предоставляет программный доступ в оборудование с целью устранения неисправностей. [5]

В данном проекте рассматривается вопрос проектирования БС «Верхнеуральск» цифровой сотовой системы связи стандарта GSMпо адресу: Челябинская область, территориально-административная принадлежность города Верхнеуральск.

Основная задача проектируемой базовой станции - организация автоматической телефонной связи между подвижными абонентами, подвижными и стационарными абонентами сети связи общего пользования, а также предоставление дополнительных услуг, поддерживаемых стандартом GSM.

Также целью разработки данного проекта является развитие транспортной сети связи ОАО «МТС».

Общий процесс проектирования можно условно разделить на следующие этапы:

- Сбор исходных данных для выполнения проектных работ.

- Выбор места размещения базовой станции.

- Получение технических и коммерческих условий размещения базовой станции.

- При необходимости выполнение дополнительных изысканий: топографических, инженерно-геодезических, инженерно-геологических и т.п.

- Разработка основных технических решений, технических предложений.

Исходя из условий задания на проектирование, место расположения БС: Челябинская область, территориально-административная принадлежность г. Верхнеуральс, ул. Первомайская 26а. Данное место расположения позволит БС обеспечить радиопокрытие в г.Верхнеуральске .

Организация соединительных радиорелейных линий связи с соседними станциями: БС «Новоахуново», БС «Подольский», БС «Волковский» обеспечит связь данной БС «74-687GU» с коммутационным центром MSCОАО «МТС», а также расширит собственную транспортную сеть связи Компании, обеспечив резервирование линий и увеличение скоростей обмена данными.

Планируется применять на базовой станции основное радиотехническое оборудование фирмы «EricssonRBS6601» и « MotorolaHorizonIImacro»как хорошо зарекомендовавшее себя в аппаратном обеспечении предыдущих проектов ОАО «МТС», обеспечивающее высокий уровень надежности и функциональности при оптимальном уровне цен.

Плотность абонентов в зоне покрытия БС планируется невысокой, поэтому нужно обеспечить как можно большую площадь, покрываемую данной БС. Также необходимо обеспечить прямую видимость до БС «Паленая», БС «Ильментау», БС «Тундуш» в целях организации РРЛ. Для этого необходимо устанавливать антенное оборудование на башне высотой порядка 70 м.

Проектируемое оборудование базовой станции планируется размещать в приспосабливаемом контейнере-аппаратной. Решающими критериями при размещении внутреннего оборудования являются:

обеспечение требуемых размеров проходов для возможности эксплуатации оборудования;

прокладка кабелей и проводов по кабельростам и кабельным каналам с учетом минимальных расстояний;

выполнение требований техники безопасности при работах на базовой станции;

обеспечение технической эстетики и максимально возможного удобства обслуживания в контейнере-аппаратной.

1. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬСТВА

Разработке технического проекта должно предшествовать техникоэкономическое обоснование. ТЭО должно представлять собой глубоко, с достаточной степенью детализации разработанный материал, который может являться технико-экономической частью технического проекта, основой для определения всех параметров проектируемого предприятия, сооружения, начиная с пункта, места строительства, мощности и кончая сроками окупаемости капиталовложений.

Разработка технико-экономического обоснования (ТЭО) выполняется на основании полученных согласований мест размещения объектов связи и технических условий. Ему предшествуют формирование заданий на выполнение изысканий для разработки ТЭО и задания на разработку собственно ТЭО.

Проведение инженерных изысканий для разработки ТЭО должно обеспечивать получение необходимых и достаточных материалов (данных) о природных и техногенных условиях намечаемых вариантов мест размещения объекта строительства, определение базовой стоимости строительства, принятие принципиальных объемно-планировочных и конструктивных решений, составление схем размещения строительства, оценки воздействия объектов строительства на окружающую среду.

В процессе разработки проводится технико-экономическое обоснование создаваемого проекта строительства с необходимыми расчетами.

ТЭО выполняется в объеме, достаточном для проведения согласования предпроектной документации с органами власти, владельцами сооружений, заинтересованными организациями, принятия заказчиком (инвестором) решения о целесообразности дальнейшего инвестирования, получения от соответствующего органа власти предварительного согласования места размещения объекта, а также при предоставлении необходимой документации для приобретения определенного земельного участка (сооружения), пользования им или для приобретения права на заключение договора аренды земельного участка на торгах (конкурсах, аукционах).

В технико-экономических обоснованиях должны быть определены основные технико-экономические показатели и стоимость строительства (реконструкции) зданий и сооружений, которые в дальнейшем при разработке проектно-сметной документации не должны быть ухудшены. Сметная стоимость строительства зданий и сооружений не должна превышать их стоимости, определенной в ТЭО.

В таблице 2.1 приведены основные параметры планируемого объекта связи.

Таблица 2.1 - Основные параметры планируемого объекта

Объект инвестиций	БС+РРЛ
Высота устанавливаемой АМС (собственность МТС), м.	70
Емкость объекта (количество Е1, STM),	16
Конфигурация БС (стойка)	BTS3012 GSM900/1800 ( S211 (900М), -48V DC ), Kit
Цель инвестирования:	Расширение емкости и обеспечение радиопокрытия
БС, привязанные к фрагменту сети на момент реализации инвестиционного проекта	Ил ьментау,Тундуш, Паленая
Планируемая дата начала строительства	Октябрь 2010
Планируемая дата ввода в эксплуатацию	Декабрь 2010

Следующим этапом является планирование доходов и расходов, связанных с деятельностью базовой станции. Все данные приведены в таблице 2.2.

Текущая социально-экономическая характеристика территории за 2009 год (Златоуст):среднемесячная зарплата работников крупных и средних организаций составляет 11864,7 руб., оборот розничной торговли на душу населения равен 53927,7 руб., объем платных услуг на душу населения составляет 14494,4 руб.

Планируется покрытие части г.Златоуст, с.Медведевка, трассы М5. Сопоставимой по экономическим показателям базовой станцией является БС «Паленая», с которой планируется соединение РРЛ.

Таблица

Период расчёта проекта (год)	2010	2011	2012	2013	2014	2015	2016	2017	2018	2019
Количество месяцев работы	1	12	12	12	12	12	12	12	12	12
1 Доходы
1.1 Количество населения проживающее в зоне покрытия БС	2 000	2 020	2 040	2 061	2 081	2102	2123	2144	2166	2144
1.2 Количество потенциальных абонентов	350	368	386	405	425	447	469	492	517	543
1.3 MOU, мин	250	255	260	265	271	276	282	287	293	299
1.4 ARPU, руб.	270,0	267,3	264,6	262,0	259,4	256,8	254,2	251,7	249,1	246,6
1.5 АРРМ.руб.	1,080	1,048	1,017	0,987	0,958	0,930	0,903	0,876	0,851	0,826
1.6 Трафик, мин	87 500	1 097 775	1 175 717	1 259 193	1 348 596	1 444 346	1 546 894	1 656 724	1 774 351	1 900 330
Выручка от абонентов, тыс. руб.	28,4	1178,8	1225,4	1273,8	1324,1	1376,4	1430,7	1487,3	1546,0	1607,1
2 Расходы
2.1 Затраты на приземление трафика, доп. услуги (23,63% от выручки), тыс. руб.	6,7	278,5	289,5	300,9	312,8	325,2	338,0	351,4	365,3	379,7
2.2 Аренда каналов, тыс. руб.	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0
2.3 Операционные издержки на содержание оборудования БС (из расчёта roll-out), тыс. руб.	9,5	187,4	202,4	218,6	236,1	255,0	275,4	297,5	321,3	347,0
2.3.1 Стоимость аренды площадки БС, тыс. руб.	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0
2.3.2 Текущие платежи радиочастотному центру, тыс. руб.	0,0	64,0	69,1	74,6	80,6	87,1	94,0	101,6	109,7	118,5
2.3.3 Электропотребление оборудования, тыс. руб.	3,0	38,3	41,4	44,7	48,3	52,1	56,3	60,8	65,7	70,9
2.3.4 Техническое обслуживание БС, тыс. руб.	6,6	85,1	91,9	99,3	107,2	115,8	125,1	135,1	145,9	157,5
Итого расходы, тыс. руб.	16,2	466,0	491,9	519,6	549,0	580,2	613,5	648,8	686,5	726,6

Затраты на приземление трафика, доп.услуг (% от выручки от абонентов) взяты с учетом нормативов ОрЕх для Уральского региона. Для Челябинской области данный показатель составляет 23,63%.

Стоимость аренды площадки БС равна нулю, так как планируется установка АМС на собственной земле.

Затраты на энергопотребление оборудования взяты также с учетом нормативов ОрЕх для Уральского региона. Для Челябинской области данный показатель составляет 35,49 тыс. руб. в год.

Текущие платежи радиочастотному центру в первый год равны нулю, так как с момента подачи заявки до получения разрешения проходит 1 год. Далее они рассчитываются на основе данных, предоставляемых отделом организационноправового обеспечения

Расходы на техническое обслуживание (ТО) также нормированы и складываются из расходов на обслуживание следующих составляющих (тыс.руб. в год):

- ТО системы кондиционирования и отопления - 16,9;

- ТО пожарной охранной сигнализации - 3,4 *

- ТО системы передачи БС (РРЛ, РМР, АФУ)

1) ТО РРЛ -16,9;

2) ТО АФУ -16,9;

- ТО АМС (башни на грунте) свыше 50 м- 24,7 ;

- Итого на техническое обслуживание - 78,8 тыс. руб. в год „

Следующим этапом является планирование доходов и расходов, связанных с деятельностью радиорелейных линий. Все данные приведены в таблице 2.3. Здесь учитывается экономия, возникающая в результате отказа от расходов по аренде канала (между БС «Куса» и БС «Телецентр» в г. Златоуст, схема соединений и интеграция РРЛ в транспортную сеть подробно будет рассмотрена в разделе 5)

Таблица

Период расчёта проекта (год)	2010	2011	2012	2013	2014	2015	2016	2017	2018	. 2019
Количество месяцев работы	1	12	12	12	12	12	12	12	12	12
1 Доходы
1.1 Количество каналов Е1	5	7	8	9	16	16	16	16	16	16
1.2 Протяжённость, км	70,00	70,00	70,00	70,00	70,00	70,00	70,00	70,00	70,00	70,00
1.3 Годовая плата за аренду (тариф 40,04 тыс.руб. в мес.), тыс.руб.	200,20	3531,53	4237,83	5005,94	9344,42	9811,64	10302,23	10817,34	11358,20	11926,11
Итого доходы, тыс. руб.	200,20	3531,53	4237,83	5005,94	9344,42	9811,64	10302,23	10817,34	11358,20	11926,11
2 Расходы
2.1 Плата за частотные присвоения для РРЛ (тариф 936 руб. в год на 1 передатчик), тыс. руб.	0,16	2,02	2,18	2,36	2,55	2,75	2,97	3,21	3,46	3,74
Итого расходы, тыс. руб.	0,16	2,02	2,18	2,36	2,55	2,75	2,97	3,21	3,46	3,74

Годовая плата за аренду каналов взята из расчета того, что каналы арендованы у ЗАО "Компания ТрансТелеКом" по тарифу 40,04 тыс. руб. в месяц за один канал.

Принято, что стоимость аренды каналов будет расти на 5% ежегодно.

Платежи радиочастотному центру за частотные присвоения для РРЛ рассчитаны исходя из пункта «Станции радиорелейных и тропосферных линий связи - за каждое частотное присвоение для каждого передатчика по максимально разрешенной выходной мощности до 1 Вт включительно». Тариф для Челябинской области - 936 руб.

Далее следует расчет инвестиций в проект (СарЕх). Все данные приведены в таблице 2.4.

Все расходы на капитальные инвестиции рассчитаны с учетом актуальных цен и тарифов на оборудование, работы и т.п.

С учетом вышеупомянутых доходов и расходов на данный проект основные финансовые показатели сведены в таблицу 2.5.

Таблица 2.5 - Финансовые показатели проекта (тыс.руб.)

Период, год	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	Итого
Прибыль до вычета расходов по процентам,уплаты налогов и амортизационных отчислений (EBITDA)		212	4 242	4 969	5 758	10117	10 605	11 117	11 653	12214	12 803	83 689
Денежный поток (Cash flows)	(8 417)	212	4 242	4 969	5 758	10117	10 605	11 117	11 653	12214	12 803	75 272
Дисконтированный денежный поток (DiscountedCashflows)	(8 417)	184	3 208	3 267	3 292	5 030	4 585	4 179	3 809	3 472	3165	25 774
Чистая приведённая стоимость (NPV)	(8 417)	(8 233)	(5 025)	(1 758)	1 534	6 564	11 149	15 328	19137	22 609	25 774

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дисконтированный денежный поток рассчитывается по формуле (2.1)

CF

DCF- --------,

(! + <%)"

где DCF- дисконтированный денежный поток ;

CF- денежный поток в данном периоде ;

С_д - ставка дисконтирования (15%) ' п - номер периода.

Чистая приведённая стоимость рассчитывается по формуле (2.2)

NPV„=NPV^+DCF„₉ (2.2)

где NPV_n_j- чистая приведённая стоимость в предыдущем периоде;

DCF_n- дисконтированный денежный поток в данном периоде.

Чтобы рассчитать срок окупаемости проекта, необходимо найти период, когда чистая приведенная стоимость из отрицательной области переходит в положительную. Сети мобильной связи разделены на географические области, называемые “сотами”, каждая из которых обслуживается базовой станцией. Мобильные телефоны являются абонентским каналом связи с сетью. Система спланирована для обеспечения постоянного контакта мобильных телефонов с сетью, по мере того как пользователи перемещаются от одной соты к другой.

Для связи друг с другом, мобильные телефоны и базовые станции обмениваются радиосигналами. Уровень данных сигналов тщательно оптимизируется для удовлетворительной работы сети. Они также жестко регулируются для предотвращения интерференции с другими системами радиосвязи, используемыми, например, аварийными службами, такси, а также радио и телевидением.

На рисунке 3.1 изображен пример покрытия базовой станции с учетом рельефа, леса, зданий и других местных предметов.

Базовую станцию «Уреньга» планируется установить в Челябинской области, к юго-западу от города Златоуст в его территориально-административной принадлежности на хребте Уреньга. Данное место расположения позволит БС обеспечить радиопокрытие вдоль автодорог в сторону г. Миасс и г. Сатка (Федеральная автомобильная дорога М5 «Урал» -- автомобильная дорога федерального значения). Также будет обеспечено покрытие вдоль автодороги в сторону г. Златоуст иве. Медведевка.

Рисунок 3.2 - Фото со спутника относительно г. Златоуст и с. Медведевка На рисунке 3.2 видно месторасположение базовой станции относительно г. Златоуст, с. Медведевка и трассы М5. Планируемые направления секторов должны обеспечить отличное радиопокрытие вдоль трассы М5 в районе БС, а также обеспечится хороший уровень сигнала в с. Медведевка, так как БС «Уреньга» будет установлена на возвышенности, а село Медведевка расположено на склоне, обращенном к БС, и между ними относительно равнинная местность.



Рисунок 3.3 - Фото со спутника с указанием направлений РРЛ

Организация соединительных радиорелейных линий связи с соседними станциями: БС «Паленая», БС «Ильментау», БС «Тундуш» обеспечит связь данной БС «Уреньга» с коммутационным центром MSCОАО «МегаФон», а также расширит собственную транспортную сеть связи Компании, обеспечив резервирование линий и увеличение скоростей обмена данными. Так как БС «Уреньга» планируется установить на хребте, то видимость до вышеуказанных станций будет относительно несложно обеспечить. Как уже указывалось в разделе 2 проекта, данные РРЛ обеспечат основную экономическую отдачу за счет отказа от аренды дорогостоящих каналов. Схема соединений и интеграция РРЛ в транспортную сеть подробно будет рассмотрена в разделе 5.

Рисунок 3.4 - Фото со спутника с указанием проезда и электроснабжения

БС «Уреньга» планируется разместить на опушке леса. На рисунке 3.5 изображен общий вид данной опушки, на рисунке 3.6 - фото со спутника. ОАО «МегаФон» приняло участие в строительстве кафе «Уреньга» (см. рисунок 3.4), к которому была построена линия электропередач через специально организованную просеку. Просека проходит как раз через вышеуказанную опушку. Тем самым к месту размещения БС были обеспечены необходимые пути подъезда, а также электроснабжение. Так как данное место достаточно ровное и имеет необходимую площадь для строительства БС, то отсутствует необходимость в дополнительной вырубке леса, что является трудносогласуемым с местными властями процессом.

Рисунок 3.5 - Фото опушки на местности

Рисунок 3.6 - Фото опушки со спутника



Рисунок 3.7 - Рельеф местности на фото со спутника

На рисунке 3.7 изображено фото со спутника, на котором наглядно показан рельеф местности. Как видно из рисунка, планируемая БС располагается на возвышенности, трасса М5 уходит вниз в обе стороны от хребта, обеспечивая хороший уровень сигнала на всем ее протяжении в окрестности БС. Также на данном рисунке видно, что обеспечивается прямая видимость до БС «Паленая». Профили трасс всех трех РРЛ будут подробно рассмотрены в разделе 5 данного проекта. Таким образом, проектируемая БС обеспечивает требуемое покрытие, РРЛ, и к ней подведены существующие пути проезда и электроснабжение.

2. РАСЧЕТ РАДИОПОКРЫТИЯ БАЗОВОЙ СТАНЦИИ

Главными характеристиками сотовой сети являются с технической точки зрения:

- частотно-территориальное планирование;

- максимальная нагрузка.

Поэтому проектирование сотовой сети связано в первую очередь с этими двумя аспектами.

При этом (на стадии обоснования проекта) возникает конфликт из-за противоположности направлений решения задачи с точки зрения техники и экономики, ведь наращивание пропускной способности требует увеличения затрат на оборудование, которые строго ограничиваются. В таком случае приходится искать оптимальное решение, балансируя статистическими критериями при анализе нагрузки на каждую отдельно взятую соту и используя эмпирические модели распространения радиоволн в реальных условиях.

Ниже представлен один из возможных вариантов расчета зоны покрытия отдельно взятой базовой станции. Получение действительно точных данных при таком сильном масштабировании уже считается сложной задачей, а анализ сети в целом вообще на данный момент является лишь частично решенной задачей.

Эмпирическая модель Хата часто применяется при расчете зоны покрытия базовой станции, так как она рекомендована Международным Консультативным Комитетом по Радиосвязи (МККР) и довольно проста в применении. Эта модель позволяет вычислить потери на радиотрассе для конкретной местности и параметров базовой станции.

В компании «МегаФон» используется программный пакет ASSET3G, позволяющий автоматизировано планировать и оптимизировать радиопокрытие сети для технологий 2G/3G.

В данном программном продукте для расчетов в режиме «StandartMacrocell» используется именно модель Хата (ETSIHata) с несколькими дополнительными режимами, обеспечивающими гибкость и точность при расчетах.

Средний уровень потерь на радиотрассе, следуя эмпирической модели Хата, определяется следующим образом:

L= 69,55 + 26,16 lg(/) -13,82 \g{H_hs) + [44,9 - 6,5 5 lg(tf*)] lg(r) ++ a(hj- a(U_r) + a(b) + a(H_bs,f), (дБ),

где f- [100;3000]-частота, (МГц);

H_b = [30; 300] - высота базовой станции, (м);

г = [1; 100] - расстояние между базовой станцией и абонентской станцией, (км); h= [1;3] - высота абонентской станции, (м);

a(h_as) = (\-U)f3_t+u(/3₂F_]+^F₂)

- коэффициент, учитывающий высоту антенны абонентской станции (U= 0 для небольшого или среднего города, U= 1 для большого города);

л, = (0.7 - l.llg (f))has+1.56 lg(/) - 0.8,	(4.3)
= 1.1-8.29 lg2(1.54 hj,	(4.4)
=4.97-3.21g2(l 1.75 hj,	(4.5)
3004l_/4 + 3004'	(4.6)
/42 " /4 + 3004 '	(4.7)
a(C/r) = (l-t/r)([l-2r/r]y|+4Ј/r^)	(4.8)

- коэффициент, учитывающий характер местности {U=0 для сельской местности, U_г = 0.5 для пригорода, U= 1 для города);

г =4.781g²(/)-18.33 lg(/) + 40.94,a{b) = 25lg(6) - 30 -

- коэффициент, отражающий влияние плотности застройки, b= [3;50], (%) - - коэффициент, учитывающий сферичность Земли (вводится, если 0,2Ro< г <0,8Ro, где Ro- расстояние прямой видимости).

Исходные данные для расчёта РРЛ

а)Тип станций, используемых для строительства РРЛ, и их технические характеристики: диапазон частот f_Hч- f_Byмощность передатчика Р_Пер, чувствительность приёмника Р_РЧ,коэффициент усиления антенн G_A, ослабление сигнала в фидерах W₀трактов передачи и приёма.

б)Требование к качественным характеристикам каналов РРЛ.

в)Число интервалов в РРЛ полной протяжённости.



Требования к качественным характеристикам каналов РРЛ

Качественными характеристиками каналов цифровых РРЛ являются достоверность передачи ()д или эквивалентная ей вероятность ошибки Рош ⁼ 1 -<2д при передаче дискретных сигналов.

Достоверность передачи дискретных сигналов определяется отношением числа правильно принятых двоичных символов к общему числу символов, переданных за определённый (обычно нормируемый) промежуток времени (сеанс связи).

Потеря достоверности Р₀щ⁼ ^ -Ј?д при передаче бинарной информации с установленной скоростью (например, 1200 бит) не должна превышать нормированное значение Рош.ном.(например, 10'⁴) в течение Н% (например, 95%) времени сеанса передачи. При этом потеря надёжности должна составлять менее 5% Т%<5% на линию полной протяжённости.

Порядок расчёта РРЛ

По топографической карте выбираются места развертывания РРЛ на планируемой трассе РРЛ.

Снимается профиль местности и строится в масштабе длин и высот чертёж профиля местности на интервалах РРЛ.

Рассчитывается медианное ослабление радиоволн W_MEAi(без учёта замираний) на каждом интервале РРЛ.

Определяется величина медианной мощности сигнала на входе приёмника Рпр.медл каждого интервала.

Рассчитывается величина мощности сигнала, требуемая на входе приёмника для обеспечения связи на линии с заданным качеством, т. е. реальная чувствительность приёмника Р_РЧ,

По величине запаса д,- определяется потеря надёжности по замираниям на интервалах по графикам зависимости Т_{ % = f(W₃= qj

Формулируется вывод о пригодности интервалов РРЛ для обеспечения связи в линии с заданным качеством. Если Т,% <Т(%доп то связь на заданном интервале будет обеспечена с заданным качеством.

Расчёт ослабления радиоволны на интервале РРЛ

Расчёт медианного ослабления на интервалах РРЛ

Расчёт сводится к определению ослабления радиоволн в свободном пространстве W_Cbи ослабления, вносимого рельефом местности W_P.

W_MEAi=W_CBi+W_Pi.

Величина ослабления радиоволн в свободном пространстве W_CBiопределяется выражением.

W_cm[dE] =122 + 201_ЕИ. _ч

Величина ослабления сигнала рельефом местности W_Plопределяется после построения профиля интервала.

Влияние земной поверхности на распространение радиоволн на интервалах РРЛ

Распространение радиоволн непосредственно над земной поверхностью может привести к ряду нежелательных явлений:

- экранированию приёмников РРС от источника излучения (передатчика) рельефом или другими местными предметами (лес, строения и др.);

- появлению отражённых волн от земной поверхности и их интерференции с прямой волной.

Экранирование источника излучения местностью приводит к уменьшению уровня сигнала в точке приёма, т. е. дополнительному ослаблению по сравнению с распространением радиоволн в свободном пространстве. Для характеристики степени экранирования вводится понятие минимальной зоны, существенной для распространения. Под этой зоной понимают отверстие в экране с минимальным радиусом p_min,при котором поле в точке приёма равно полю свободного пространства, что имеет место при разности хода прямого и отражённого лучей АСВ-АВ=А/6.

В данном случае радиус минимальной зоны определяется как

р_ш1п=ЛлШ(1-К),

где X - длина рабочей волны;

R- длина интервала;

К - относительное расстояние до точки отражения, являющейся серединой препятствия.

В этой зоне, т. е. когда просвет Н между линией прямой видимости и рельефом местности в любой точке интервала больше p_mimуровень поля в точке приёма будет равен полю при распространении в свободном пространстве, т. е. экранированием местности можно пренебречь. В противном случае, когда H<p_min, экранирующее действие местности необходимо учитывать.

По этому критерию осуществляется классификация интервалов. Интервал считается открытым, если величина просвета в любой точке интервала больше критической Н₀ = p_min,

Интервал считается полуоткрытым, если хотя бы в одной точке интервала условие не выполняется, но линия прямой видимости не пересекает рельеф местности и местных предметов, т. е. выполняется условие 0<Н<Н₀.

Интервал считается закрытым (рисунок 5.7), если хотя бы в одной точке интервала линия прямой видимости пересекает препятствия (местные предметы), т. е. при условии Н<0.

Рисунок 5.10 - Профиль местности РРЛ «Уреньга-Ильментау»

Величину ослабления радиоволн в свободном пространстве Westрассчитаем по формуле (5.8).

W_CB,[dE] = 122 + 201g4[--7 = 122 + 20lg^lZ ₌ 140,45 дБ.

Относительное расстояние до точки отражения, являющейся серединой препятствия

Радиус минимальной зоны определим из (5.9)

Anin=-К) = Л- 0,043 * 35837 * 0,32(1 - 0,32) = 10,56 м

Так как просвет в точке отражения существенно больше данного радиуса, то интервал РРЛ является открытым.

Эффективный коэффициент отражения от поверхности Земли в области отражения Ф_эфв соответствии с таблицей 5.1 примем равным 0,3

Ослабление рельефом определим в соответствии с выражением (5.11).

W_n= 101g(l+ Ф1ф - 2Ф_зфcos^-h²) =101g(l+ 0,3² - 2 * 0,3cosЦ0,41²) = -2,54дЈ.(5.28)

Медианное ослабление Wmfjhнайдем из выражения (5.7)

W_Mm= WcBi+ W_P, =140,45 - 2,54 = 137,91 дБ.(5.29)

Мощность передатчика составляет 25 дБм, ослабление в фидерах передатчика и приемника равно 0,5 дБ, усиление приемной и передающей антенн составляет по 40,5 дБ.

Определим величину медианной мощности сигнала на входе приёмника Рпр.медл ^из выражения (5.1)

Р пр(0=Р пер ~ Wфлер. + Gamер+ G_AnEp- W_ФПР - W(t)_MЕД =

= 25-0,5 + 40,5 + 40,5-0,5-137,91 =-32,91 (дБ).

В технической документации на РРЛ Pasolinkприводятся нормы реальной чувствительности приёмника Р_РЧ в децибелах по отношению к 1 мВт (дБм), при которой обеспечивается норма на вероятность ошибки Т_ош = 10'³ . Данный показатель (BER) равен минус 81 дБм.

Определим запас высокочастотного уровня сигнала q_tна интервале по формуле (5.6)

Qi⁼Рпр.медi~ Ррч ⁼ --32,91 +81 =48,09 дБ.(5.31)

По величине запаса д, определим потери надёжности по замираниям на интервалах по графикам зависимости 7) % = f(W₃= q,)(рисунок 5.2)

Интерполировав графики зависимостей, можно утверждать, что для q,- порядка 45 дБ 7) % будет составлять менее 0,1 %.

Таким образом, рассчитанная радиорелейная линия в полной мере обеспечивает связь на данном интервале с заданным качеством и высоким уровнем надежности.

Профиль местности на интервале РРЛ изображен на рисунке 5.11.

На данном профиле слева изображена БС «Уреньга», справа - БС «Паленая».

Рабочая частота данной РРЛ составляет 18 ГГц. Соответственно, длина рабочей волны составляет ~1,7 см.

Длина данного интервала равна 9971 м. Расстояние до середины максимального препятствия - 3800 м. Просвет в точке отражения от этого препятствия - 90 м.

Рисунок 5.11 - Профиль местности РРЛ «Уреньга-Паленая»

Величину ослабления радиоволн в свободном пространстве Wcbiрассчитаем по формуле (5.8).

Относительное расстояние до точки отражения, являющейся серединой препятствия

Радиус минимальной зоны определим из (5.9)

Эффективный коэффициент отражения от поверхности Земли в области отражения Ф_эф в соответствии с таблицей 5.1 примем равным 0,3

Wpi= 101g(l+ Ф1_ф -2Ф_эфcos^/г²) = 101g(l+ 0,3² -2-0,3cos^24,9²) = 1,34 дБ.

W_Mm- W_CBi+ W_Pi-137,54 + 1,34 = 138,88 дБ.(5.37)

Мощность передатчика составляет 23 дБм, ослабление в фидерах передатчика и приемника равно 0,5 дБ, усиление передающей антенны 44,9 дБ, усиление приемной антенны составляет 38,9 дБ.

Prip(t) -- РПЕР -- WcD.ITEP.+ GaJIEP+ GjjjEP ~~ WФ ПР. - ЩОмед ~

= 23- 0,5 ++ 38,9 - 0,5 - 138,88 = -33,08 (дБ).

В технической документации на РРЛ Pasolinkприводятся нормы реальной чувствительности приёмника Р_РЧ в децибелах по отношению к 1 мВт (дБм), при которой обеспечивается норма на вероятность ошибки Т_ош = 10'³ . Данный показатель (BER) равен минус 80 дБм.

Определим запас высокочастотного уровня сигнала

q-- Рпр.медi~ Ррч --33,08 + 80 -- 46,92 дБ,

По величине запаса определим потери надёжности по замираниям на интервалах по графикам зависимости 7) % = f(W₃= q) (рисунок 5.2)

Интерполировав графики зависимостей, можно утверждать, что для q_tпорядка 45 дБ 7) % будет составлять менее 0,1 %.

Таким образом, рассчитанная радиорелейная линия в полной мере обеспечивает связь на данном интервале с заданным качеством и высоким уровнем надежности.

3.ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ БАЗОВОЙ СТАНЦИИ

Как уже упоминалось в разделе 3, базовая станция «Уреньга» будет снабжаться электроэнергией от проходящей в непосредственной близости линии электропередач.

Потребителями электроэнергии являются технологическое оборудование, кондиционер для съема тепловыделений в аппаратной, освещение, аппаратура охранно-пожарной сигнализации и электроприборы.

Основные электропотребители размещаются в аппаратной БС.

Расчетная единовременная мощность оборудования БС не превышает 10 кВт.

Коэффициент мощности основных приемников БС должен быть не менее 0,9. Коэффициент мощности необходимо учитывать при проектировании электросетей. Низкий коэффициент мощности ведёт к потерям электроэнергии в электрической сети. Чтобы увеличить коэффициент мощности, используют компенсирующие устройства. Неверно рассчитанный коэффициент мощности может привести к избыточному потреблению электроэнергии и снижению КПД электрооборудования, питающегося от данной сети.

Монтаж и заземление электрооборудования и проводок выполняются в соответствии с требованиями нормативных документов, требований изготовителей оборудования.

Электроснабжение БС запроектировано от трехфазной сети переменного тока частотой 50 Гц напряжением 380/220 В по одному вводу. В соответствии с имеющимися возможностями электроснабжение БС осуществляется по схеме, соответствующей потребителям III категории надежности электроснабжения по классификации ПУЭ. Реальная надежность электроснабжения БС, соответствующая требованиям для потребителей II категории, обеспечивается наличием в составе оборудования БС источников бесперебойного питания.

В качестве вводно-распределительного устройства будет применен вводнораспределительный щит (ВРЩ) со счетчиком прямого включения СЭТ4-1М, розетками и автоматическими выключателями, который обеспечивает прием, распределение и защиту кабелей электропитания. Для обеспечения бесперебойного питания технологического оборудования предусмотрены источники бесперебойного питания ACTURAFlex48330-50 в комплекте с необслуживаемыми аккумуляторными батареями. Время автономной работы оборудования БС при пропадании напряжения от внешнего источника не менее 4-х часов.

Внутренние электропроводки в аппаратной БС выполняются кабелями NYMс прокладкой в пластиковых электротехнических коробах. Сечение коробов выбрано в зависимости от количества кабелей.

Цветовая маркировка электропроводки должна быть выполнена в соответствии с требованиями п. 2.1.31 ПУЭ.

Электроосвещение

В соответствии с РД 45.162-2001 в аппаратной БС предусмотрено рабочее и аварийное освещение.

Для рабочего освещения на потолке аппаратной устанавливаются два светильника, каждый на 2 люминесцентные лампы. Освещенность помещения - не менее 200 люкс.

Выключатели рабочего освещения устанавливаются около двери БС на высоте 1500 мм от уровня пола.

Заземление и молниеэащита

В соответствии с требованиями ПУЭ должно быть предусмотрено защитное и рабочее заземление электроустановок БС. В целях безопасности обслуживающего персонала все металлические нетоковедущие части электрооборудования, которые могут оказаться под напряжением в результате нарушения изоляции, должны быть надежно заземлены. Для этого предусматривается шина медная (PGND), к которой проводом ПВЗ 1x25 подключаются технологическое оборудование, кабельные лотки и шина РЕ шита ВРЩ.

Для обеспечения заземления и молниезащиты АФУ используется проектируемый заземлитель системы молниезащиты, основными элементами которого являются уголки 50x50x5 L=5000 мм, сталь С245. Уголки забиваются в землю на глубину 5,7 м. К заземлителю системы молниезащиты при помощи сварки присоединяется проектируемый контур системы молниезащиты, представляющий из себя полосу 4x40 и башмаки башни полосой 4x40.

Для обеспечения заземления оборудования БС используется проектируемый заземлитель системы защитного заземления, основными элементами которого являются уголки 50x50x5 L=3000 мм, сталь С245. Уголки забиваются в землю на глубину 3,7 м.

После забивки уголков до проектной глубины их верхние части соединяются между собой полосой 4x40 на сварке на глубине 0,5 м от уровня земли.

К заземлителю системы защитного заземления отдельными полосами 4x40 при помощи сварки присоединяется рама контейнера.

В соответствии с "Инструкцией по молниезащите зданий, сооружений и промышленных коммуникаций" СО 153-34.21.122-2003 проектом предусматривается молниезащита БС, которая обеспечивает защиту от прямых ударов молнии и от наведения и заноса высокого потенциала по кабелям (антенным фидерам).

К контуру заземления и молниезащиты АФУ на сварке крепятся шины заземления, представляющие собой стальные пластины с приваренными болтами. Кроме того шины заземления устанавливаются рядом с вводом в аппаратной БС. Контуры соединяются с трубостойками секторных антенн.

Аналогично заземляется трубостойка антенны РРС.

Защита от наведения и заноса высокого потенциала по кабелям (антенным фидерам) выполняется заземляющими комплектами из комплекта поставки оборудования. Заземляющие комплекты устанавливаются при подходе к антеннам, перед вводом в аппаратную, а также в середине кабелей (фидеров) по высоте.

Светоограждение

Светоограждение проектируемой башни выполняется в соответствии с РЭГА-РФ-94 "Руководство по эксплуатации аэродромов Российской Федерации" и РД45Л 62-2001 "Ведомственные нормы технологического проектирования. Комплексы сетей сотовой и спутниковой подвижной связи общего пользования".

Для обеспечения требуемой надежности электроснабжения системы светоограждения проектом предусмотрено использование устройства питания заградительных огней типа УЗО в комплекте с безуходной аккумуляторной батареей.

На башне предусматривается установка шести сигнальных фонарей в два яруса, первый на отметке ~40 м и второй на отметке ~70 м.

Кабель питания прокладывается по башне, вдоль трассы антенных фидеров. Разводка электропитания к фонарям осуществляется через ответвительные коробки с наборными зажимами.

Организация эксплуатации

Граница эксплуатационной ответственности между потребителями и энергоснабжающей организацией устанавливается по взаимной договоренности сторон на основании "Акта по разграничению балансовой принадлежности и эксплуатационной ответственности электроустановок и сооружений".

Потребитель должен обеспечить исправность своих электроустановок.

Потребителю не разрешается подключать электрическую нагрузку сверх разрешенной в технических условиях, а также увеличивать номинальные значения токов плавких предохранителей и других защитных устройств, определенных проектом. Не разрешается изменять электрические схемы и осуществлять замену аппаратов на другие с завышенными номинальными токами.

Потребителю не разрешается включать в розеточную сеть электроприборы с нарушенной изоляцией.

Все электрооборудование должно удовлетворять требованиям ГОСТ и быть промышленного изготовления.

Для обеспечения техники безопасности при эксплуатации электроустановок к обслуживанию допускается специально обученный и подготовленный в соответствии с "Межотраслевыми правилами по охране труда", персонал.

Энергосбережение

В проекте применено энергоэффективное оборудование, соответствующее требованиям государственных стандартов и других нормативных документов.

Отопление и кондиционирование

Для снятия теплоизбытков, выделяющихся от работающей аппаратуры, в аппаратной применяется сплит-система MitsubishiMSC-12NV. Допустимая температура воздуха, при которой возможно использование кондиционера, от минус 40 °С до плюс 55 °С.

В составе кондиционера имеется электронагреватель мощностью 1,0 кВт, который используется в холодный период.

Кондиционер устанавливается на стене штатными крепежными приспособлениями, входящими в комплект поставки оборудования.

4.СТРОИТЕЛЬСТВО БАЗОВОЙ СТАНЦИИ

Заключительным этапом проектирования является строительство базовой станции на основании проведенных расчетов и изысканий. Как правило, данной работой для операторов сотовой связи занимаются организации-подрядчики на основании составленного оператором технического задания.

Рассмотрим подробно структуру и состав оборудования проектируемой БС. Блок-схема типовой БС приведена на рисунке 7.1. БС может иметь раздельные антенны на передачу и на прием (рисунок 7.1 соответствует этому случаю). Другая особенность - наличие нескольких приемников и такого же числа передатчиков, позволяющих вести одновременную работу на нескольких каналах с различными частотами.

Одноименные приемники и передатчики имеют общие перестраиваемые опорные генераторы, обеспечивающие их согласованную перестройку при переходе с одного канала на другой; конкретное число Nприемопередатчиков зависит от конструкции и комплектации БС. Для обеспечения одновременной работы Nприемников на одну приемную и Nпередатчиков на одну передающую антенну между приемной антенной и приемниками устанавливается делитель мощности на Nвыходов, а между передатчиками и передающей антенной - сумматор мощности на Nвходов (комбайнер/дуплексер). Приемник и передатчик имеют ту же структуру, что и в подвижной станции, за исключением того, что в них отсутствуют ЦАП и АЦП, поскольку и входной сигнал передатчика, и выходной сигнал приемника имеют цифровую форму. Возможны варианты, когда кодеки (либо только кодек речи, либо и кодек речи, и канальный кодек) конструктивно реализуются в составе центра коммутации, а не в составе приемопередатчиков БС, хотя функционально они остаются элементами приемопередатчиков.

Рисунок 7.1 - Блок-схема типовой базовой станции

Блок сопряжения с линией связи осуществляет упаковку информации, передаваемой по линии связи на ЦК, и распаковку принимаемой от него информации. Для связи БС с ЦК обычно используется радиорелейная или волоконно-оптическая линия, если они не располагаются территориально в одном месте.

Контроллер БС (компьютер) обеспечивает управление работой станции, а также контроль работоспособности всех входящих в нее блоков и узлов.

Для обеспечения надежности многие блоки и узлы БС резервируются (дублируются), в состав станции включаются автономные источники бесперебойного питания (аккумуляторы).

Как уже упоминалось выше, проектируемая БС «Уреньга» будет оборудована макро-базовой станцией внутреннего исполнения EnerGBTS3012 компании Huawei, которая соответствует новейшим технологиям GSM, включая алгоритм компенсации и снижения интерференции (ICC), интеллектуальное отключение и пространственное разнесение. Использование данных технологий позволяет уменьшить внутричастотные и межчастотные помехи, мультиплексирование частот и увеличить эффективность использования спектра. Данная BTS эффективно поддерживает ультравысокую конфигурацию и достигает той же самой пропускной способности сети с меньшим количеством объектов и более коротким периодом строительства.

Структурная схема оборудования базовой станции изображена на рисунке 7.2. Блок BTS3012 обеспечивает работу трех сот по азимутам 170°, 260° и 335° соответственно.

На проектируемой башне устанавливаются по две приемопередающие панельные антенны GSM-900 Kathrein730691 на каждое вышеупомянутое направление.

Также на башне устанавливаются внешние модули (ODU) комплектов Pasolink-7G, Pasolink-13G, Pasolink-18Gфирмы NECвместе с соответствующими антеннами РРС.

Проектируемые антенны БС и антенны РРС крепятся на проектируемых трубостойках, располагаемых на АМС.

Между антеннами БС и приемопередающим блоком BTS3012 устанавливаются усилители LGPТМА DD-900.

Шесть проектируемых ВЧ фидеров от антенн БС и три радиокабеля от наружных блоков РРС прокладываются по проектируемой фидерной трассе до кабельного ввода и далее через кабельный ввод в контейнер-аппаратную до оборудования БС и РРС.

Кабели от шести антенн БС подключаются к разъемам Tx/Rxи Rxсоответствующих блоков BTS-3012.

Радиокабели от наружных блоков РРС (ODU) подключаются к разъемам соответствующих внутренних блоков (IDU). Внутренние блоки по интерфейсу Е1 соединяются с цифровым кроссом DDF. Цифровой кросс соединяется с BTS-3012 и далее через блок синхронизации, передачи и управления (TMU) происходит соединение с приемопередающими модулями БС.

Оборудование электропитающих установок через блок аварийной сигнализации ЕАС-1 соединяется с BTS-3012 посредством интерфейса RS485.

5.БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Электромагнитное излучение

Развитие систем связи с подвижными объектами (ССПО) неизбежно сопряжено с облучением электромагнитным полем (ЭМП), создаваемых базовыми станциями (БС), как технического персонала, так и проживающего вокруг места размещения БС населения. К этому следует добавить и облучения ЭМП абонентскими станциями (АС) пользователей сотовых телефонов. В связи с особенностями размещения БС, а это, как правило, на крышах жилых зданий в наиболее густонаселенных районах городах, возникает задача определения такого расстояния от места расположения БС, при котором воздействие ЭМП на организм человека можно считать безопасным.

Электромагнитные поля классифицируются по частотным диапазонам или длине волны. Электромагнитный спектр радиочастотного диапазона условно разделен на четыре частотных диапазона: низкие частоты (НЧ) - менее 30 кГц, высокие частоты (ВЧ) - 30 кГц...30 МГц, ультравысокие (УВЧ) - 30...300 МГц, сверхвысокие частоты (СВЧ) - 300 МГц...300 ГГц.

В целях защиты населения от воздействия ЭМП радиочастот (РЧ), создаваемых передающими радиотехническими объектами (ПРТО), устанавливаются санитарно-защитные зоны (СЗЗ) и зоны ограничения застройки (303):

- санитарно-защитная зона (СЗЗ) - это площадь непосредственно примыкающая к БС, на внешней границе которой уровень электромагнитного поля на высоте два метра от поверхности земли равен предельно допустимому уровню электромагнитного поля. Санитарнозащитная зона устанавливается с учетом перспективного развития объекта и населенного пункта и отсчитывается от антенны'

- зона ограничения застройки (303) - это территория, где на высоте более двух метров от поверхности земли превышаются предельно допустимые нормы. Внешняя граница 303 определяется по максимальной высоте верхнего этажа зданий вокруг БС, где уровень электромагнитного поля не превышает предельно допустимый уровень.

Планировка и застройка в зоне действующих и проектируемых ПРТО должна осуществляться с учетом границ СЗЗ и 303. В санитарно-защитной зоне и зоне ограничения застройки запрещается строительство жилых зданий всех видов, стационарных лечебно-профилактических и санаторно-курортных учреждений, учебных заведений всех видов, интернатов всех видов и других зданий, предназначенных для круглосуточного пребывания людей.

При воздействии внешнего переменного ЭМП (в частности, излучение от БС) на организм людей, происходит частичное поглощение ЭМП организмом человека. Распределение поглощенной энергии ЭМП внутри тела зависит от электрических свойств ткани (диэлектрической проницаемости и проводимости) формы и размеров человеческого тела, а также от соотношения этих размеров с длиной волны излучения. Отрицательное возде...