Проект сети 4G

Для начала необходимо определить максимально допустимые потери на линии (МДП). Рассчитываются они как разность между эквивалентной изотропной излучаемой мощностью передатчика (ЭИИМ) и минимально необходимой мощностью сигнала на входе приемника сопряженной стороны, при которой в канале связи обеспечивается нормальная демодуляция сигнала в приемнике с учетом всех потерь.

Принцип расчета МДП изображен на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3. Принцип расчета МДП

Расчет МДП выполняем по следующей формуле:

(2.11)

где - эквивалентная излучаемая мощность передатчика;

- чувствительность приемника;

- коэффициент усиления антенны передатчика,

: DL = 18 дБ, UL = 0 дБ;

- потери в фидерном тракте передатчика, DL = 0,3 дБ;

- запас на проникновение сигнала в помещение для сельской местности, = 8 дБ;

- запас на помехи определяется по результатам моделирования системного уровня в зависимости от нагрузки в соседних сотах; значение соответствует нагрузке в соседних сотах 70%.

: DL = 6,4 дБ; UL = 2,8 дБ;

- запас на затенение,

- выигрыш от хэндовера. Значение выигрыша от хэндовера - результат того, что при возникновении глубоких замираний в обслуживаемой соте, абонентский терминал может осуществить хэндовер в соту с лучшими характеристиками приема. Gхо = 1,7 дБ.

рассчитываем по формуле:

(2.12)

где - выходная мощность передатчика. в линии «вниз» (DL) в LTE зависит от ширины полосы частот соты, которая может колебаться от 1,4 до 20 МГц. В пределах до 5 МГц рационально выбрать передатчики TRX мощностью 20 Вт (43 дБм), а свыше 5 МГц - 40 Вт (46 дБм).

: DL = 46 дБм, UL = 33 дБм.

Для линии DL:

= 46 + 18 - 0,3 = 63,7 (дБм),

Для линии UL:

= 33 (дБм)

рассчитываем по формуле:

(2.13)



где . - мощность теплового шума приемника.

: DL = -174,4 дБм, UL = -104,4 дБм;

- требуемое отношение сигнал/шум приемника.

: DL = -0,24 дБ; UL = 0,61 дБ;

- коэффициент шума приемника.

: DL = 7 дБ, UL = 2,5 дБ;

Для линии DL:

= -174,4 + (-0,24) + 7 = -167,64 (дБм),

Для линии UL:

= -104,4 + 0,61 + 2,5 = -101,29 (дБм).

С учетом полученных результатов по формулам (2.12) и (2.13), рассчитаем значение МДП:

Для линии DL:

LМДП = 63,7 - (-167,64) -0,3- 8 - 6,4 - 8,7 + 1,7 = 209,64 (дБ)

Для линии UL:

LМДП = 33 - (-101,29) - 8 - 2,8 - 8,7 + 1,7 = 116,49 (дБ)

Из двух значений МДП, полученных для линий DL и UL выбираем минимальное, чтобы вести последующие расчеты дальности связи и радиуса соты. Ограничивающей линией по дальности связи, как правило, является линия вверх.

Для расчета дальности связи воспользуемся эмпирической моделью распространения радиоволн Okumura - Hata. Данная модель является обобщением опытных фактов, в котором учтено много условий и видов сред.

В модели Okumura - Hata предлагается следующее выражение для определения среднего затухания радиосигнала в городских условиях:

(2.14)



Для сельской местности выражение примет вид с поправкой:

, (2.15)

где - частота от 150 до 1500 МГц;

- высота передающей антенны (подвеса eNB) от 15 до 50 метров;

- высота принимающей антенны (антенны мобильного устройства) от 1 до 10 метров;

d - радиус соты от 1 до 20 км;

A () - поправочный коэффициент для высоты антенны подвижного объекта, зависящий от типа местности.

Произведем выбор параметров для расчетов:

= 800 МГц;

= 42 метра;

= 3 метра.

Найдем поправочный коэффициент A () для редко заселённой местности по формуле:

, (2.16)

Вычислив из формул (2.14) и (2.15) радиус соты, получим, что d? 7км. Рассчитаем площадь SeNB покрытия трехсекторного сайта по формуле:

Рассчитаем площадь покрытия трехсекторного соты по формуле:

SeNB (2.17)



SeNBx

2.5 Частотно-территориальное деление и ситуационное расположение eNB на территории Колыванского района Новосибирской области

Основным этапом проектирования сетей подвижной радиосвязи абонентского доступа является этап частотно-территориального планирования, в ходе которого выбирается структура сети, места размещения базовых станций, разрабатывается план распределения радиоканалов для базовых станций, выполняется адаптация планов к условиям территориальных и частотных ограничений планируемой зоны обслуживания.

Сначала составляется ситуационный план размещения базовых станций eNB на территории района планирования сети. И полный радио охват территории района не является основной целью, потому что главное в данном проекте - это обеспечение устойчивым радиосигналом густонаселенных районов. Размещение базовых станций выполняется исходя их этого условия с учетом особенностей рельефа местности.

Минимальное количество базовых станций eNB, необходимых для обеспечения устойчивым радиосигналом густонаселенных районов на территории планирования составляет согласно ранее приведенным расчетам, девять штук. Основываясь на этом, строим сеть, все eNB которой имеют следующие характеристики:

- мощность каждого передатчика - 40 Вт;

- высота подвеса антенны - 42 метра;

- число приемопередатчиков TRX - 3 (по одному на каждый сектор);

- системная полоса для одного сектора - 20 МГц (10 МГц для линии «вверх» и 10 МГц для линии «вниз»);

- линия «вниз» поддерживает технологию MIMO 4x2;

- пропускная способность: линия «вниз» - 102,9 Мбит/с, линия «вверх» 54,87 Мбит/с.

На рисунке 2.4 представлена обобщенная структурная схема сети

Рисунок 2.4. Структурная схема сети

Произведем расстановку базовых станций на местности. Для этого разделим Колыванский район Новосибирской области на три части, рисунок 2.5.

Рисунок 2.5. Территория Колыванского района Новосибирской области

Далее увеличим масштаб каждой части и расставим базовые стации.

Рисунок 2.6. Первая часть территории

Рисунок 2.7. Вторая часть территории района



Рисунок 2.8. Третья часть территории района

2.6 Выбор оборудования транспортной сети

Оборудование транспортной сети следует выбирать руководствуясь:

- особенностями технологии LTE;

- требованиям надежности, эффективности, гибкости, компактности, обладало широким набором функций;

- соответствовало критериям «цена - качество».

Главным условием при выборе оборудования транспортной сети является надежная передача данных пользователей согласно рассчитанной пропускной способности сети LTE.

Компания Huаwei предлагает для организации в транспортной сети LTE маршрутизатор базовых станций АTN 950B с поддержкой соединения Ethernet 10 Гбит/с. АTN 950B расширяет возможности решений Huаwei для мобильных широкополосных сетей, давая возможность операторам развертывать крупномасштабные сети последнего поколения и предоставлять абонентам широкий набор сервисов. Внешний вид АTN 950B изображен на рисунке 2.9.



Рисунок 2.9. Внешний вид АTN 950B

АTN 950B позволяет увеличить пропускную способность с 1 до 10 Гбит/с в разных фазах LTE и даже в будущих стандартах, выходящих за пределы LTE. Габариты АTN 950 позволяют инсталлировать его в 19 дюймовую стойку и занимает там два юнита. АTN 950B также поддерживает стандарты кольцевой сети 10GE, L2VPN, L3VPN, H-QоS и позволяет гибко планировать разнообразные сервисы в комплексных сетях. В то же время он поддерживает работу с различными системами точной синхронизации, такими как АСR, синхронизированный Ethernet и IEEE1588v2.

Маршрутизатор АTN 950B поддерживает следующие функции на Ethernet:

- управление потоком данных и согласование скоростей на интерфейсе GbE;

- группирование до 8 физических интерфейсов Ethernet;

- связывание интерфейсов на различных платах в единую Eth_магистраль;

- активное / резервное переключение на интерфейсах-участниках Eth_магистрали, если состояние канала интерфейсов изменяется, что немаловажно в проектируемой сети;

- добавление или удаление интерфейсов-участников к интерфейсу Eth_магистрали или из нее;

- маршрутизатор АTN 950B поддерживает интерфейс E1

В качестве транспортного оборудования сети радиодоступа используется коммутатор Huаwei S3700-28TP-EI_24S_АС. Huаwei S3700-28TP-EI_24S_АС - интеллектуальный коммутатор, выполняющий коммутацию данных на третьем уровне сетевой модели ОSI. Коммутатор поддерживает 24 порта 100Bаse FX, два порта 1000Bаse-X, а так же два универсальных 10/100/1000Bаse-T/SFP для подключения к волоконно-оптической сети. Внешний вид коммутатора S3700-28TP-EI_24S_АС изображен на рисунке 2.10.

Рисунок 2.10. Внешний вид S3700-28TP-EI_24S_АС

Коммутатор обладает широким функционалом и низкой стоимостью, что делает его отличным решением для использования в качестве коммутатора агрегации в сети операторов связи.

Основные особенности:

- пассивное охлаждение, повышает надежность узла;

- простота настройки и эксплуатации;

- наличие сертификата ССС.

Основные технические характеристики S3700-28TP-EI_24S_АС:

- организация IP_маршрутизации;

- поддерживаемые скорости: 10/100/1000 Мбит/с;

- размер ? 442x220x43,6;

- вес ? 2,6 кг;

- мощность потребления ? 20 Вт;

- блок питания ? номинальное напряжение от 100 до 240 В АС (50/60 Гц), максимальное напряжение от 90 до 264 В АС (50/60 Гц).

В данном проекте использовала кабель ДОТс_П_16А_6кН фирмы «Инкаб». Его преимуществом является облегченная конструкция и не высокая цена. Конструкция кабеля изображена на рисунке 2.11.

Рисунок 2.11. Конструкция кабеля ДОТс_П_16А_6кН

ВОК типа ДОТс предназначен для подвеса на опорах воздушных линий связи, линий электропередач, столбах освещения, энергообъектах, между зданиями и сооружениями; для прокладки в грунт, в кабельной канализации, в трубах (включая метод пневмопрокладки), в блоках, в тоннелях, в коллекторах, по мостам и эстакадам, внутри зданий и сооружений.

2.7. Выбор оборудования сети LTE

У компании «Huawei» имеются готовые решения построения транспортной сети для мобильных операторов. Воспользуемся ими. В качестве одного из решений транспортного оборудования радиодоступа выберем базовую станцию Huawei DBS3900 LTE, она обеспечивает большую емкость сети, - одна eNodeB поддерживает до 3600 абонентов в подключенном состоянии (RRCConnected). DBS3900 LTE обеспечивает большую площадь покрытия, благодаря функциям, таким как много антенный разнесенный прием и Inter-cellInterferenceCoordination (ICIC) в линии вверх, DBS3900 LTE поддерживает максимальный радиус соты 100 км.

В режиме с модуляцией 30 64QAM, 4x4 MIMO и ICIC, DBS3900 LTE достигает максимальной скорости передачи 300 Мбит/с на соту, по линии вниз (по линии вверх - 70 Мбит/с).

Сама базовая станция DBS3900 состоит из трёх частей:

- BBU - это основная часть БС, которая обрабатывает информацию;

- RRU - это приемопередатчики TRx;

- Антенна (Сектор, сота).

Рисунок 2.12. Схема подключения базовой станции HuaweiDBS3900 LTE

Секторы соединяются с RRU коаксиальными кабелями, так называемые джамперы. Блоки RRU размещаются на верху мачты, рядом с секторами. Это очень удобно, т.к. раньше на старых базовых станциях, передатчики располагались в контейнере на земле, а до секторов прокладывались коаксиальные кабели большого сечения, а это не очень хорошо.

Блоки RRU соединяются с BBU оптическим кабелем. BBU размещается на земле в контейнере и на участке BBU-RRU потери сводятся к нулю, т.к. соединяются по оптике. BBU соединяется с любым транспортным оборудованием (Мультиплексор, радиорелейная линия) и далее до контроллера базовых станции BSC6900 (через E1 по ATM или по IP).

Рисунок 2.13. Внешний вид BBU390

Модуль - BBU3900, изображенный на рисунке 2.13 - это блок, устанавливаемый внутри помещений для обработки базовых частот, который обеспечивает обслуживание и централизованное управление эксплуатацией, обработку сигнализации всей системы базовой станции и наличие опорного сигнала синхронизации. Этот блок имеет физические интерфейсы для соединения с BSC и RRU3908.

BBU3900 устанавливают в статив 2U высотой и шириной 47,5 см. Он может быть также смонтирован на стену или установлен в статив 19». Дополнительные платы, которые устанавливаются в BBU3900, обеспечивают мониторинг интерфейса Abis, окружающих условий и сигналов синхронизации GPRS. BBU3900 - это простое при установке компактное оборудование, потребляющее небольшую мощность и обеспечивающее полный спектр услуг.

BBU3900 - это низкочастотная часть распределенной базовой станции Huawei DBS3900. Оптическим кабелем (интерфейс CPRI) этот блок должен соединятся с «радио головой» - выносным радиочастотным модулем (например, RRU3908).

DBS3900 - это распределённая базовая станция, использующая платформы BTS компании Huawei. Она состоит из выносного радиочастотного блока (RRU) и блока обработки базовых частот (BBU). Радиочастотный блок RRU3908 поддерживает работу двух / четырёх радиопередатчиков.

Выносной радиочастотный модуль, используемый в DBS3900, отвечает всем требованиям построения сетей в части гибкости установки, модернизации и расширения ёмкости.

Интерфейс CPRI, используемый между блоками RRU3004 и BBU3900, обеспечивает соединение двух модулей с использованием оптических кабелей. Тем самым существенно сокращает затраты по установке оборудования, созданию авто зала, по эксплуатации.

С внедрением DBS3900 с распределёнными BTS развитие мобильных сетей идет ускоренными темпами, расширяются возможности их совместимости с другими сетями, все больше внедряются широкополосные технологии.

Приемопередатчик RRU3908 - это выносной радиочастотный блок. В его функции входит обеспечение обработки радиочастотных сигналов и сигналов основных частот. Вместо двух приёмопередатчиков теперь можно использовать один блок RRU3908. Если в подстатив RRU3908 установить два модуля RRU3908, будут решены задачи, ранее выполняемые четырьмя приемопередатчиками. Приемопередатчик RRU3908 изображен на рисунке 2.14.

RRU3908 прост в установке и немного весит. Устанавливается на бетонном основании, стене или стальной мачте.

Рисунок 2.14. Приемопередатчик RRU3908



Характеристики:

1. Возможности покрытия.

DBS3900 обладает следующими преимуществами при обеспечении покрытия:

- RRU3908 поддерживает каскадное соединение трёх модулей RRU. Один модуль RRU устанавливается на расстоянии до 40 км от BBU.

- Статическая чувствительность канала TCH/FS составляет -113 дБм (типовое значение при нормально температуре).

- RRU3908 поддерживают технологию RRU3908.

- Максимальная выходная мощность RRU3908 достигает 40 Вт (900M) или 30 Вт (1800M).

- Максимальная конфигурация до 12 сот и поддержка многополосной сети.

- Поддерживается распределённая передача и «Antennahopping».

2. Ёмкость.

- BBU3900 поддерживает 72 приёмопередатчика.

- Abis поверх IP.

3. Возможности организации сети.

- E1/T1, оптический FE, поддержка радиорелейной и спутниковой передачи.

- Поддержка топологий: звезда, дерево, цепь, кольцо и смешанных топологий. Поддержка FlexAbis.

- GSM и UMTS могут использовать BBU3900.

- Оптимизирована передача с использованием интерфейса Abis.

4. Синхронизация.

При работе системы синхронизации в режиме только внутренней колебаний, система может работать непрерывно в течение 7 дней.

Поддержка обнаружения и восстановления свободных пакетов BTS и BSC.

Поддержка различных режимов синхронизации: поддержка синхронизации с сигналом синхронизации выделенного из интерфейса Abis, поддержка синхронизации с системой GPS, синхронизация с внешним источником 2 МГц BITS.

При работе системы синхронизации в режиме только внутренней колебаний, система может работать непрерывно в течение 7 дней. Поддержка различных режимов синхронизации: поддержка синхронизации с сигналом синхронизации выделенного из интерфейса Abis, поддержка синхронизации с системой GPS, синхронизация с внешним источником 2 МГц BITS.

5. Многодиапазонное применение.

- RRU3908 работает в диапазонах 1800 МГц и 900 МГц.

- Высокая адаптируемость к условиям окружающей среды.

BBU характеризуется высокой адаптируемостью к условиям окружающей среды:

Диапазон рабочих температур: -20 C ~ + 55 C.

BBU может работать при широком диапазоне рабочих напряжений: -38.4 VDC ~ -57 VDC (номинальное напряжение -48 VDC).

Используемый блок питания преобразует 220 VAC в -48 VDC для работы BBU.

RRU - это оборудование, которое может работать при разных условиях окружающей среды. Модуль характеризуется адаптируемостью к условиям окружающей среды:

- RRU имеет закрытый интегрированный дизайн.

- По водонепроницаемости отвечает стандарту (IP65). Меры защиты от воздействия влаги, плесени и соляного тумана соответствуют спецификациям первого класса.

- Диапазон рабочих температур RRU: -40 C ~ +50 C.

- RRU может работать при широком диапазоне рабочих напряжений: 36 VDC ~ -57 VDC (номинальное напряжение -48 VDC).

Используемый блок питания преобразует 220 VAC в -48 VDC для работы RRU.

6. Поддержка антенн Remote Electric Tilt (RET).

Использование антенн RET позволяет настраивать сетевое покрытие путём регулировки угла наклона антенн в автозале и сэкономить затраты на эксплуатацию и обслуживание. Внешний вид антенны представлен на рисунке 2.15.

Поддержка антенн с двойной поляризацией, позволяет сократить число антенн в соте.

Рисунок 2.15. Внешний вид антенны RET с модулем RRU 390

Преимущества:

- Быстрое развёртывание сети;

- Компактный дизайн BBU и RRU, их распределенная установка и раздельное использование дают возможность смонтировать модули BBU и RRU в любом месте и сэкономить пространство;

- Распределённая установка характеризуется также быстрым развертыванием сети и удобством транспортировки;

- Невысокая стоимость;

- Возможность установки BBU в любом месте на бетонном основание, стену или стальную мачту;

- При монтаже вне помещений BBU устанавливается внутри BTS, устройств передачи или в системе питания;

- Установка RRU вблизи антенн позволяет сэкономить на кабелях и фидерах;

- Отличается высокой надёжностью;

- Для обеспечения взаимодействия RRU и BBU в топологии кольцо, каждый RRU обеспечивает два высокоскоростных порта CPRI. Дополнительный порт CPRI предоставляет резервный канал между BBU и RRU;

- Для обеспечения большей емкости и большего числа несущих, в одном подстативе можно установить два модуля RRU3908 для поддержки распределённой передачи. При сбое в работе одного из рабочих модулей RRU3908, резервный обеспечивает услуги в полном объеме;

- Характеризуется работой мобильных станций на высоких скоростях движения;

С DBS3900 работа мобильных станций обеспечивается на скоростях до 400 км/ч движения транспорта (поездов, автомобилей и т.д.).



Заключение

В выпускной квалификационной работе была рассмотрена возможность организации беспроводного доступа в Колыванском районе Новосибирской области с использованием технологии LTE. Отмечалась важность развития инновационных технологий беспроводной связи и проникновение доступа в сеть Интернет в сельскую местность.

В работе дана общая характеристика района планирования сети LTE - Колыванского района.

Основу транспортной сети проектируемой сети LTE составляет IP_протокол, который служит для транспортировки трафика сети.

Во второй главе проведен расчет пропускной способности сети. Главным исходным значением расчета явилась спектральная эффективность технологии LTE, которая заявлена в 3GPP Release 9. Пропускная способность планируемой сети составила 1419,93 Мбит/с. Частотный диапазон для планируемой сети выбран 791 - 862 МГц, тип дуплекса - частотный FDD. Также проведен расчет количества абонентов, которое сможет обслужить планируемая сеть. В этой же главе проведен выбор оборудования транспортной сети, в ходе которого предпочтение отдалось решению компании «Huawei» для сетей LTE.

Для организации радиодоступа по технологии LTE в Колыванском районе был проведен расчет зон покрытия радиосвязью. Радиус соты составил примерно 7 км, а площадь покрытия трехсекторного сайта составила примерно 95,48 км2. Проведено частотно-территориальное деление и показано ситуационное расположение базовых станций на территории района.

Вследствие использования технологии LTE население будет обеспечено более качественной сотовой связью и более широким выбором услуг в сотовой связи.



Список литературы

1. Маглицкий Б.Н. Технология LTE систем сотовой связи четвертого поколения /СибГУТИ, Новосибирск. 2010. - 168 с.

2. Тихвинский В.О., Терентьев С.В., Высочин В.П. Сети мобильной связи LTE/LTE Advanced: технологии 4G, приложения и архитектура. - М.: Издательский дом Медиа Паблишер, 2014. - 384 с.

3. Вишневский В.М., Портной С.Л., Шахнович И.В. Энциклопедия LTE. Путь к 4G. - М.: Техносфера, 2009. - 156 с.

4. Вишневский В.М., Портной С.Л., Шахнович И.В. Энциклопедия LTE. Путь к 4G. - М.: Техносфера, 2009. - 156 с.

5. Гельгор А.Л. Технология LTE мобильной передачи данных: учебное пособие. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011. - 188 с.

6. 3GPP A GLOBAL INITIATIVE [электронный ресурс] - URL: http://www.3gpp.org/ (Дата посещения 15.03.17)

7. Портал о современных технологиях мобильной и беспроводной связи [электронный ресурс] - URL: http://1234g.ru/4g/lte (Дата посещения 17.03.17)

8. Правительство Новосибирской области [электронный ресурс] - URL: https://www.nso.ru/page/2710 (Дата посещения 25.03.17)

9. Huawei [электронный ресурс] - URL: http://huawei-russia.ru/index.php? route=pavblog/blog&id=61 (Дата посещения 10.04.17)

10. Исследование использования новых стандартов сотовой связи и широкополосного доступа LTE [электронный ресурс] - URL: https://moluch.ru/archive/52/6793/ (Дата посещения 12.04.17)

11. Энциклопедия Безопасности жизнедеятельности [электронный ресурс] - URL: http://bzhde.ru/ (Дата посещения 17.04.17)

Размещено на Allbest.ru

...