Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Коэффициент переиспользования частот для базовой структуры сети LTE равен 1, т. е. все базовые станции работают на одной несущей. В этом случае внутрисистемные помехи минимизируются с помощью гибкого частотного плана, один из вариантов которого представлен на рис. 2.1б. Для пользователей в центре любой соты могут выделяться ресурсы из всей полосы канала (серая зона), таким образом, технология LTE более эффективно использует выделенный спектр, чем WiMAX. Пользователям на краях сот выделяются разные частотные блоки (указаны соответствующим цветом на рис. 2.1б), что позволяет минимизировать внутрисистемные помехи.

Инфраструктура сетей WiMAX более простая, чем сетей LTE и, следовательно, более надежная технически. С другой стороны, сети LTE совместимы со стандартами сотовой связи предыдущих поколений - GSM и UMTS. Например, сети LTE могут использовать для передачи речи ресурсы сетей GSM и UMTS, которые практически повсеместно внедрены на территории России. Благодаря описанным выше достоинствам технология LTE в настоящее время используется подавляющим большинством операторов связи для построения сетей 4G на территории Российской Федерации. Технология WiMAX так и не получила широкого распространения в России.

Рисунок 2.1 - Схема гибкого использования частот в сетях WiMax и LTE

Сеть LTE, структура которой показана на рис. 2.2, состоит из двух важнейших компонентов: сеть радиодоступа (Evolution UMTS Terrestrial Radio Access Network - E-UTRAN) и базовая сеть (System Architecture Evolution - SAE). Сеть радиодоступа E-UTRAN состоит только из базовых станций - БС (evolved Node В - eNB), соединенных между собой по принципу «каждый с каждым» при помощи интерфейса Х2, поддерживающего хэндовер мобильного терминала в активном состоянии. Базовые станции выполняют функции управления радиоканалами, управления доступом, управления мобильностью и осуществляют динамическое распределение ресурсов.

Важнейшими элементами базовой сети SAE, иногда называемой ядром пакетной сети (Evolved Packet Core - ЕРС), являются узел управления мобильностью - УУМ (Mobility Management Entity - ММЕ) и узел уровня пользователя УУП (User Plane Entity - UPE). УУМ обеспечивает управление мобильностью абонентского терминала и распределяет сообщения вызова по базовым станциям с помощью протоколов плоскости управления (С-plane), а также отвечает за обеспечение безопасности сети и управление роумингом. Основными функциями УУП являются передача данных пользователей и взаимодействие с базовыми станциями согласно протоколам плоскости пользователя (U-plane), кроме того УУП обеспечивает шифрование потоков данных и коммутацию пакетов при обеспечении мобильности пользователя. Основным отличием базовой сети SAE от базовой сети системы UMTS является максимально упрощенная структура и отсутствие дублирующих функций сетевых протоколов.

Таким образом, базовая сеть SAE построена на основе сетей 3G, но позволяет обеспечить более высокие скорости передачи данных и низкие задержки с помощью оптимизации передачи данных.

Шлюзы 3GPP и IP образуют единый узел привязки IASA (Inter Access System Anchor) для присоединения внешних IP-сетей.

Доступ к базовой сети SAE может осуществляться через сети радиодоступа второго и третьего поколений (2G/3G) с помощью узла обслуживания абонентов (УОА) и 3GPP-шлюза, а также через сети радиодоступа неевропейских технологий (Wi-Fi, WiMAX) и через проводные IP-сети (ADSL+, FTTH, FTTB) с помощью IP-шлюза (шлюза пакетной коммутации).

Ниже описаны основные интерфейсы базовой сети SAE:

• S1 – интерфейс между базовыми станциями и базовой сетью SAE, предоставляющий доступ к сети радиодоступа для передачи данных протоколов плоскостей пользователя и управления;

• S2 – интерфейс, обеспечивающий передачу данных между базовой сетью и IP-сетями неевропейских технологий, поддерживает функции управления и мобильности;

• S3 - интерфейс между УУМ/УУП и узлом обслуживания абонентов 2G/3G, обеспечивающий управление межсетевым хэндовером абонентских терминалов;

• S4 – интерфейс, обеспечивающий передачу данных между 3GPP-шлюзом и узлом обслуживания абонентов 2G/3G;

• S5a – интерфейс, обеспечивающий передачу данных между УУМ/УУП и 3GPP-шлюзом;

• S5b – интерфейс между обеспечивающий передачу данных между шлюзами 3GPP и IP;

• S6 – интерфейс, обеспечивающий доступ к серверу домашних абонентов (СДА) для аутентификации и авторизации пользователей;

• S7 – интерфейс, обеспечивающий доступ к серверу тарификации абонентов (СТА) для управления установлением соединений с заданными параметрами на основе политики сети и тарификации;

• SGi – интерфейс между узлом IASA и внешними IP-сетями, которые могут принадлежать как разным, так и одному оператору сотовой связи.

2.2 Побудительные мотивы использования технологии LTE

По данным Международной ассоциации производителей оборудования для мобильных сетей GSA (Global mobile Suppliers Association), на начало июля текущего года насчитывалось более 300 коммерческих сетей стандарта LTE в 107 странах мира, среди них 13 – LTE-Advanced, в которых может поддерживаться агрегированное использование радиочастот. Кроме того, в сетях LTE уже реализуется на разных стадиях передача речи VoLTE (Voice over LTE).

Сети беспроводной связи четвертого поколения (4G) начали разрабатываться в 2000 году, а с 2010 года сети 4G внедряются во многих странах мира. В соответствии с требованиями Международного союза электросвязи (МСЭ) сети 4G (International Mobile Telecommunications Advanced – IMT-Advanced), должны обеспечивать скорости передачи данных до 100 Мбит/с для высокоподвижных абонентов (абоненты, перемещающиеся в поездах или автомобилях) и до 1 Гбит/с для абонентов с небольшой подвижностью (пешеходы и фиксированные абоненты).

В 2010 году МСЭ утвердил технологии LTE-Advanced (LTE Release 10) и WirelessMAN-Advanced (WiMAX Release 2 или IEEE 802.16m) в качестве официальных стандартов связи четвертого поколения [1]. Сотовые операторы России развивают свои сети в соответствии со стандартами 3GPP и, скорее всего, будут делать это и дальше. Поэтому рынок просто не может проигнорировать тот факт, LTE - более гибкая технология, чем WiMAX, с точки зрения использования частотного спектра. Преимущества LTE подчеркивают и вендоры. Так, крупнейший в мире производитель мобильных телефонов, компания Nokia, уже заявил о том, что считает технологию WiMAX бесперспективной. Кроме того, для развертывания инфраструктуры сети WiMAX необходимы значительные затраты, а мобильные операторы предпочитают использовать имеющиеся средства для развития существующих сетей, чем для внедрения новых технологий.

Исходя из вышесказанного, для модернизации системы была выбрана технология LTE.

3 МОДЕРНИЗАЦИЯ СЕТИ БАЗОВЫХ СТАНЦИЙ

Рассмотрим основные этапы проектирования сети стандарта LTE на примере города Тында, являющимся административным центром Тындинского района.

Данная задача является актуальной для большинства провайдеров услуг связи, так как в настоящее время в Тынде сети 4G развернуты только двумя операторами сотовой связи («МТС» и «Мегафон») при том, что потребности населения в высокоскоростном беспроводном доступе в Интернет постоянно растут с появлением новых мобильных устройств и разнообразных гаджетов.

3.1 Описание зоны проектирования

Тында является одним из крупных городов в Амурской области России (статус города получен в ноябре 1975 г.). Город Тында - административный центр Тындинского района (в состав района не входит).

Тында занимает четвёртое место по количеству жителей после г. Благовещенска и г. Свободного. Площадь города 124 км², число жителей – почти 34 тысячи человек. Плотность населения 272.73 человека на км². Город Тында приравнен к районам Крайнего Севера.

3.1.1 Погодные нормы и условия в Тындинском районе

Тындинский муниципальный район является крупнейшим территориальным образованием Амурской области. Территория района расположена в самой северной части области, климат резко-континентальный.

Зимние периоды продолжительные, морозные. Средние температуры в январе составляют -23…-27 градусов. Снежный покров умеренный, но неоднородный. Величина покрова в северной части может достигать 55-60 см, в восточной и южной части района величина снежного покрова доходит до 25-35 см. Минимальные температурные показатели в районе составляют -56,4 градуса. Весенний период непродолжительный и сопровождается значительными ночными заморозками.

Лето умеренно теплое, средние температуры на севере района составляют +17…+18 градусов, в южной и восточной части температуры доходят до +20…+21 градуса. Прогноз погоды предупреждает о частых кратковременных дождях и грозах, большая часть которых приходится на июль месяц. При установлении малооблачной и солнечной погоды воздух способен прогреваться до +25 на севере и до +27…+29 в южной части. Осень с первыми значительными заморозками наступает в конце августа и до середины сентября может устанавливаться прохладная, но сухая и ясная погода, в дальнейшем происходит постепенное понижение температур. Первые существенные морозы приходят во второй половине октября. Среднем за год выпадает до 550 мм осадков, в южной части района до 600 мм

3.1.2 Климат

Климат района характеризуется низкими зимними температурами воздуха. Отопительный сезон длится 254 дня. Это требует дополнительные затраты на одежду, обогрев жилья и рабочих помещений.

Туманы затрудняют автомобильное движение и воздушные полеты. В среднем количество дней с туманами в районе колеблется от 31 до 38 дней (максимум - 64 дня). Чаще всего туманы бывают летом. Средняя продолжительность туманов - 6 часов, хотя в отдельных случаях они могут продержаться до 10-13 часов.

Дней с градом в Тындинском районе мало, в среднем 1-2 в году, максимально 6-8 дней.

3.1.3 Вредные выбросы

Основными загрязнителями воздуха в Тынде являются многочисленные котельные (в зимний период) и городской транспорт (в летний период). Зимой выпавший снег в Тынде через несколько дней становиться черным. В такой ситуации особенно нужно газозащитное оборудование промышленных и коммунальных предприятий. Сейчас, в связи с мероприятиями по благоустройству города, значительно понизился уровень загрязнения атмосферы пылью.

3.2 Определение показателей системы и частотного плана

Проведем анализ радиопокрытия сети связи. Вначале вычислим энергетический бюджет, который равен максимально допустимым потерям на линии (МДП). МДП – это разность между эквивалентной изотропной излучаемой мощностью (ЭИИМ) передатчика и минимальной мощностью сигнала на входе приемника, при которой обеспечивается нормальная демодуляция сигнала.

Для расчета энергетического бюджета проектируемой системы связи будем полагать, что для нее выделена полоса частот F= 20 МГц в диапазоне 2500 – 2690 МГц и применяется частотное дуплексирование (FDD), при котором системная полоса частот разделяется на 2 канала: 10 МГц для линии «вниз» (DL) и 10 МГц для линии «вверх» (UL).

В таблице 3.1 приведены характеристики линии «вниз» и линии «вверх» для случая, когда антенная система базовой станции имеет две передающие и две приемные антенны (режим MIMO 2×2 на линии «вниз»), а в качестве мобильной станции (МС) используется USB-модем (класс 3) имеющий одну передающую и две приемные антенны (режим MIMO 1×2 на линии «вверх»). При расчете МДП на линии связи, кроме характеристик передатчиков и приемников, в таблице 3.1 также учитывался ряд других параметров и характеристик среды распространения, физический смысл которых описан ниже:

• Запас на интерференционные помехи M_{Int -} позволяет учитывать влияние помех от соседних сот на БС и МС, которое особенно велико для МС, находящихся на границах сот. Величина M_Int лежит в пределах 3…8 дБ;

• Запас на проникновение в помещение/автомобиль MBuild - необходимо учитывать вследствие различного ослабления сигнала в зависимости от класса местности. Для диапазона 2600 МГц могут использоваться следующие значения запаса на проникновение: 22 дБ – в условиях плотной городской застройки; 17 дБ – в условиях средней городской застройки; 12 дБ – в условиях редкой застройки и в пригороде; 8 дБ – в сельской местности, в парке и в автомобиле на открытой местности;

• Запас на затенение MShade - учитывает ослабление сигнала вследствие движения МС, так как при этом часто происходит потеря прямой видимости между МС и БС. Стандартное значение MShade = 8 дБ.

Необходимо отметить, что приведенным в таблице 3.1 значениям МДП соответствует минимальная скорость передачи данных на линии «вверх» – 128 кбит/с, на линии «вниз» – 4200 кбит/с при условии средней городской застройки.

Таблица 3.1 - Характеристики канала связи сети LTE

Линия	DL	UL
Передатчик	БС	MC
Выходная мощность передатчика , PTX, дБм	43	23
Количество передатчиков, MTX	2	1
Суммарная мощность передатчиков, PTXΣ, дБм	46	23
Коэффициент усиления передающей антенны,GATX,дБи	18	0
Потери в фидерном тракте передатчика, LFTX, дБм	0,5	0
ЭИИМ передатчика: PEIRP= PTXΣ + GATX −LFTX, дБм	63,5	23
Приемник	МС	БС
Число выделенных ресурсных блоков, NRB	50	2
Продолжение Таблицы 3.1
Мощность теплового шума приемника: PN =10lg(1000kTВ), дБм	− 104,5	− 118,5
Коэффициент шума приемника, NF , дБ	7	2
Отношение сигнал-шум и интерференционная помеха, SINR, дБ	− 1	1,5
Чувствительность приемника: SRX = PN + NF + SINR, дБм	− 98,5	− 115
Коэффициент усиления приемной антенны,GARX, дБи	0	18
Потери в фидерном тракте приемника, LFRX, дБ	0	0,5
Запас на интерференционные помехи, MInt, дБ	8	3
Запас на проникновение в помещение/автомобиль, MBuild, дБ	17	17
Запас на затенение, MShade, дБ	8	8
Максимально допустимые потери на линии: LMAPL = PEIRP –SRX + GARX-LFRX-MInt− MBuild − MShade, дБ	129	127,5

Расчет радиуса соты, равного дальности связи, производят для минимального из двух значений МДП, полученных для линии «вниз» и линии «вверх» Для расчета дальности связи в данном случае используется модель распространения радиоволн COST231-Hata:

Характеристики

Список файлов ВКР