Построение сети LTE в г. Камызяк
Выбор оборудования, необходимого для реализации проекта. Архитектура базовых станций сетей LTE. Расчет основных параметров участка сети 4 поколения для ЗАО "Астрахань GSM". Расчет единовременных затрат на организацию сети GSM и оценка эффективности.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 21.06.2014 |
| Размер файла | 4,0 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
Введение
1. Анализ состояния связи в Астраханской области
1.1 Общие сведения
1.2 Краткие сведения о компании ЗАО «Астрахань GSM»
1.2.1 О компании
1.2.2 Структура группы компании Смартс
1.2.3 Структура предприятия ЗАО «Астрахань GSM»
1.2.4 Зона охвата предприятия ЗАО «Астрахань GSM»
1.3 Технология и архитектура сетей LTE
1.3.1 Развитие технологии LTE
1.3.2 Дальнейшие пути развития LTE
1.4 Актуальность, цель и задачи выпускной квалификационной работы
1.4.1 Актуальность проекта внедрение сетей четвертого поколения
1.4.2 Цель и задачи
2. Выбор оборудования, необходимого для реализации проекта
2.1 Структура сети LTE
2.2 Оборудование
2.3 Архитектура базовых станций сетей LTE
2.3.1 Распределение БС (DBS)
2.3.2 Компактные БС (Single Form-Factor BS)
2.3.3 Архитектрура БС для сетей LTE
2.4 Фирмы-производители оборудования БС
2.4.1 Huawei Technologies DBS3900
2.4.2 Базовая станция Flexi Multiradio BTS GSM/EDGE (configuration 2/2/2 1800 MHz Outdoor) sp.bundle19
2.4.3 Базовые станции WiMAX/LTE: Airspan Air4G (MacroMAXe)
2.5 Сравнительная характеристика оборудования
2.6 Виды антенн
2.6.1 Характеристики антенны Kathrein 800 10465
2.6.2 Характеристики антенны Kathrein 800 10677
2.6.3 Характеристики антенны Kathrein 800 10431
2.7 Выбор оборудования для проекта
2.8 Выводы по главе
3. Расчет основных параметров участка сети 4 поколения для ЗАО «Астрахань GSM»
3.1 Необходимые данные для расчета
3.2 Процесс планирования радиосетей
3.3 Выбор модели распространения сигнала
3.4 Расчет действия секторов базовых станций
3.5 Расчет пропускной способности
3.6 Расчет энергетического бюджета
3.7 Выводы по главе
4. Охрана труда и техника безопасности в сети ЗАО «Астрахань GSM »
4.1 Электромагнитная безопасность
4.1.1 Обеспечение электромагнитной безопасности
4.1.2 Способы зашиты персонала от воздействия электромагнитных излучений
4.2 Расчет распределения электромагнитных излучений радиочастот
4.3 Анализ условий труда при работе с компьютером
4.4 Охрана труда при работе с ручным инструментом, переносным электроинструментом и осветительными приборами
4.5 Поддержание оптимальных параметров микроклимата в помещении
4.6 Требования по пожарной безопасности
4.7 Выводы по главе
5. Расчет технико-экономических показателей рентабельности проекта
5.1 Технико-экономическое обоснование проекта
5.2 Маркетинговые исследования
5.3 Расчет единовременных затрат на организацию сети GSM
5.4 Расчет текущих затрат
5.4.1 Фонд оплаты труда работников
5.4.2 Затраты на электроэнергию
5.4.3 Амортизационные отчисления
5.4.4 Годовые транспортные расходы (Эт)
5.4.5 Расчет налогов, включаемых в себестоимость
5.4.6 Материальные затраты
5.4.7 Прочие расходы
5.5 Расчет финансовых результатов реализации проекта
5.5.1 Оценка экономической эффективности инвестиционного проекта
5.6 Выводы по главе
Заключение
Список использованных источников
Список сокращений
Приложения
сеть оборудование станция затраты
Введение
Развитие беспроводной связи сопровождается непрерывной сменой технологии. Аналоговые стандарты связи медленно, но верно сменились цифровым GSM, в Астрахань пришли операторы «большой тройки». В общем, за несколько лет было сделано всё, чтобы сотовый телефон из атрибута роскоши превратился в необходимость. А началось всё в уже далёком 1995 году, когда голландская компания «Восток Мобайл» и ОАО «Связьинформ» основали пионера астраханского рынка сотовой связи - «Астрахань Мобайл». Компания предоставляла связь по ещё аналоговому стандарту AMPS, впоследствии модернизировав своё оборудование до его цифрового варианта D-AMPS, который мог работать одновременно с первым. Первым оператором региона, который стал представлять сотовую связь по популярному сейчас изначально цифровому формату GSM, стал «Астрахань GSM», входящий в группу компаний «СМАРТС». Открытие цифровой сети в регионе состоялось в марте 1998 года, когда компания запустила три базовые станции формата GSM-900 в Астрахани, Ахтубинске и Знаменске. В дальнейшем, в 2002 году, компания первой в регионе запустила сеть в стандарте GSM-1800. В том же 2002 году в Астрахань стали приходить первые операторы «большой тройки». В октябре началась тестовая эксплуатация сети «МСС-Поволжье» («МегаФон»), а уже в ноябре в регион пришла компания «ВыпелКом-Р» («БиЛайн»). С этого момента началась жёсткая конкуренция на рынке сотовой связи области. Ситуация стала ещё более напряжённой, когда в августе 2004 года компания «МТС» докупила остающиеся 50% акций компании «Астрахань-Мобайл» вдобавок к уже купленным в 2003 году, в результате чего она стала её полностью дочерним предприятием. 2 ноября 2004 года компания «МТС» объявила о начале предоставления услуг сотовой связи GSM-1800 в Астраханской области.
В настоящее время в нашей области используется сеть четвертого поколения (4G). Возможностей у этой сети масса - пропускная способность гораздо выше, за счёт чего улучшается качество связи и повышается скорость передачи данных, в связи с чем можно без проблем выходить в Интернет или пользоваться видеотелефоном. Однако, услуги основанные на стандартах 2G и 3G себя уже практически исчерпали. Поэтому для повышения голосового трафика и трафика передачи данных, то есть для увеличения доходности предприятия, необходимо применять услуги с помощью принципиально нового стандарта, а именно LTE.
В связи с этим само понятие сетей следующего, четвертого, поколения (4G) неразрывно связано (если не синонимично) с созданием универсальных мобильных мультимедийных сетей передачи информации. Мобильные сети должны использоваться не только для сотовой связи, но и для передачи видео, мобильного ТВ, музыки и работы с Интернетом с высокими скоростями и качеством передачи. Именно с этой целью в рамках проекта сотрудничества в создании сетей третьего поколения 3GPP (3G Partnership Project) была начата разработка технологии LTE. Разработка технологии LTE, как стандарта, официально началась в конце 2004 года. Основной целью исследований на начальном этапе был выбор технологии физического уровня, которая смогла бы обеспечить высокую скорость передачи данных. В качестве основных были предложены два варианта: развитие существующего радиоинтерфейса W-CDMA (используемого в HSPA) и создание нового на основе технологии OFDM. В результате проведенных исследований единственной подходящей технологией оказалась OFDM, и в мае 2006 года в 3GPP была создана первая спецификация на радиоинтерфейс Evolved UMTS Terrestrial Radio Access (E-UTRA). Первые, предварительные спецификации LTE создавались в рамках так называемого 3GPP Release 7. А в декабре 2008 года утверждена версия стандартов 3GPP (Release 8), фиксирующая архитектурные и функциональные требования к системам LTE. В середине 2009 года ожидалось появление первых опытных систем на основе LTE, а в 2010-2011 годы - первых коммерческих сетей.
Законодательное оформление возможностей появления LTE в России началось с выпуска в январе 2011 года Распоряжения Правительства РФ № 57-р «План использования полос радиочастот в рамках развития перспективных радиотехнологий в РФ», которое все еще содержало ряд существенных ограничений (начало развертывания сетей LTE лишь в 2014-2015 гг., ограничения числа операторов, минимально необходимые полосы частот, отдельные регионы, конкретные технологии для определенных частот). Однако ГКРЧ приняла решение № 11-12-02 от 8 сентября 2011 года, где содержатся потенциальные возможности обхода законодательных ограничений (принципы распределения частот LTE в России, определен тип сетей LTE для каждого из частотных диапазонов).
1. Анализ состояния связи в Астраханской области
1.1 Общие сведения
Наиболее крупными рынками услуг сотовой связи на территории Российской Федерации (по количеству абонентов) являются Москва и Московская область, а также Санкт-Петербург и Ленинградская область. В Москве и Московской области проникновение услуг сотовой связи по состоянию на 2011 год составляет более 240% (в 2010 - 190,7%). В Москве и Московской области насчитывается 42 млн. абонентов всех операторов. Проникновение услуг сотовой связи в Санкт-Петербурге и Ленинградской области в 2011 году составило 231% (в 2010 - 186,8%), а общее количество абонентов - 14,4 млн.[1]
Рисунок 1.1 Количество SIM-карт на 1000 человек населения
Самые значимые региональные рынки (за исключением Москвы и Санкт-Петербурга) -- рынки Краснодарского края (проникновение 187%), Башкирии (162%), Татарстана (174%), Челябинской (185%), Свердловской (162%) и Ростовской областей (151%). В этих регионах количество абонентов превышает 6 млн. Еще в трех регионах численность абонентов сотовой связи превышает 5 млн. -- это Красноярский край (188%), Нижегородская (173,6%) и Самарская области (176,3%).
По данным Федеральной службы государственной статистики РФ, объем услуг связи в 2011 году составил 1,353 трлн. рублей (прирост по сравнению с аналогичным показателем 2010 года -- 1,7%). Положительную динамику рынка обеспечили мобильные операторы, доля которых в общем объеме услуг связи составляет 44%. Объем оказанных услуг подвижной связи в России по итогам 2011 года увеличился на 3,1% до 593,8 млрд. рублей.
Второй по величине сегмент рынка -- передача данных -- также показал позитивную динамику: в этом секторе доходы от оказания услуг возросли на 2,4% до 185,4 млрд. рублей. Сегмент проводной междугородной, международной и местной телефонии, напротив, просел на 3,1%, сократившись до 187,7 млрд. рублей. Сильнее других в 2011 году пострадали услуги телерадиовещания и спутниковой связи: объем сократился на 6,5% до 59,8 млрд. рублей.
Количество стационарных телефонных аппаратов в стране за год уменьшилось на 2,2% до 44,8 млн. штук; таксофонов -- на 0,8% до 186,4 тысяч штук. В то же время число абонентских устройств подвижной радиотелефонной связи (количество мобильных телефонов) в 2011 году выросло к аналогичному периоду прошлого года на 3,1% до 237,7млн. штук.
Число активных абонентов мобильной связи (активных SIM-карт), по оценкам иностранных аналитических агентств, составило 219,5 млн. штук. Таким образом, прирост по сравнению с 2010 годом составил 5,6%, а уровень проникновения достиг 155%. Общее число абонентов сотовой связи, подсчитанное по количеству активированных SIM-карт, увеличилось на 9,9% и составило 253,4 млн. При таком варианте расчета уровень проникновения составляет уже 167,3%. Три крупнейших оператора -- "ВымпелКом", МТС и "МегаФон" занимают более 80% рынка. Оставшуюся долю занимают несколько десятков региональных телекоммуникационных компаний, работающих в различных стандартах сотовой связи.
Число абонентов, подписанных на услуги широкополосного доступа, достигло по итогам 2011 года 16 млн. домохозяйств, включая индивидуальные подключения через широкополосные USB-модемы. Это на четверть больше чем в 2010-году.
На территории Астраханской области услуги подвижной радиотелефонной сети связи общего пользования (сотовой связи) оказывают 5 юридических лиц:
«МегаФон» - ОАО «МегаФон»
«МТС» - ОАО «Мобильные ТелеСистемы»;
«СМАРТС» - ЗАО «Астрахань GSM» и ЗАО «СМАРТС»;
«Билайн» - ОАО «Вымпел-Коммуникации»;
1.2 Краткие сведения о компании ОАО «МегаФон»
1.2.1 О компании
1.2.2 Структура компании «МегаФон»
1.2.3 Структура Астраханского регионального отделения Поволжского филиала ОАО «МегаФон»
ЗАО «Астрахань GSM», имеет следующую структуру (см. рис. 1.2):
Рисунок 1.2 Структура предприятия ЗАО «Астрахань GSM»
1.2.4 Зона охвата предприятия ЗАО «Астрахань GSM»
АРО ПФ ОАО «МегаФон», охватывает почти 100% территории Астраханской области (рис. 1.3):
1.3 Технология и архитектура сетей LTE
1.3.1 Развитие технологии LTE
Разработка технологии LTE как стандарта официально началась в конце 2004 года (рис. 1.4). Основной целью исследований на начальном этапе был выбор технологии физического уровня, которая смогла бы обеспечить высокую скорость передачи данных. В качестве основных были предложены два варианта: развитие существующего радиоинтерфейса W-CDMA (используемого в HSPA) и создание нового на основе технологии OFDM. В результате проведенных исследований единственной подходящей технологией оказалась OFDM, и в мае 2006 года в 3GPP была создана первая спецификация на радиоинтерфейс Evolved UMTS Terrestrial Radio Access (E-UTRA). Первые, предварительные спецификации LTE создавались в рамках так называемого 3GPP Release 7. А в декабре 2008 года утверждена версия стандартов 3GPP (Release 8), фиксирующая архитектурные и функциональные требования к системам LTE. В середине 2009 года ожидалось появление первых опытных систем на основе LTE, а в 2010-2011 годы - первых коммерческих сетей.
По сравнению с ранее разработанными системами 3G, радиоинтерфейс LTE обеспечит улучшенные технические характеристики. В частности, в LTE ширина полосы пропускания может варьироваться от 1,4 до 20 МГц (по более ранним источникам - от 1,25 МГц), что позволит удовлетворить потребностям разных операторов связи, обладающих различными полосами пропускания. При этом оборудование LTE должно одновременно поддерживать не менее 200 активных соединений (т. е. 200 телефонных звонков) на каждую 5-МГц ячейку. Также ожидается, что LTE улучшит эффективность использования радиочастотного спектра, т. е. возрастет объем данных, передаваемых в заданном диапазоне частот. LTE позволит достичь внушительных агрегатных скоростей передачи данных - до 50 Мбит/с для восходящего соединения (от абонента до базовой станции) и до 100 Мбит/с для нисходящего соединения (от базовой станции к абоненту) (в полосе 20 МГц). При этом должна обеспечиваться поддержка соединений для абонентов, движущихся со скоростью до 350 км/ч. Зона покрытия одной БС - до 30 км в штатном режиме, но возможна работа с ячейками радиусом более 100 км. Поддерживаются многоантенные системы MIMO.
Рисунок 1.4 Основные этапы развития технологии LTE
Радиоинтерфейс LTE позиционируется в качестве решения, на которое операторы будут постепенно переходить с нынешних систем стандартов 3GPP и 3GPP2 [4-6], а его разработка является важным этапом в процессе перехода к сетям четвертого поколения 4G. Фактически спецификация LTE уже содержит большую часть функций, изначально предназначавшихся для систем 4G, поэтому ее иногда именуют «технологией 3,9G».
Но развитие технологии LTE продолжается. Уже разрабатываются спецификации следующего поколения, так называемые LTE-Advanced. И конца этому процессу не видно.
1.3.2 Дальнейшие пути развития LTE
Не дожидаясь окончания работ над стандартом 3GPP Release 8, многие ведущие производители телекоммуникационного оборудования уже представили свои первые опытные образцы устройств, поддерживающих LTE. Так, в феврале 2007 года компания Ericsson впервые в мире продемонстрировала работу оборудования LTE со скоростью передачи 144 Мбит/с. В сентябре 2007 года компания NTT Docomo представила оборудование LTE со скоростью передачи 200 Мбит/с и потребляемой мощностью менее 100 мВт. В апреле 2008 года корпорации LG и Nortel продемонстрировали передачу данных по технологии LTE с пропускной способностью 50 Мбит/с при скорости мобильных абонентов 110 км/ч. 18 сентября 2008 года, мобильный оператор T-Mobile и Nortel Networks объявили о достижении скоростей передачи 170 Мбит/с для нисходящего соединения и 50 Мбит/с для восходящего. Испытания проводились в машине на средней скорости 67 км/ч в радиусе действия трех базовых станции.
Дальнейшее развитие технологии LTE будет продолжаться в рамках работ над новым стандартом 3GPP Release 10 (LTE Advanced). Сегодня уже сформулированы основные требования, которым должен удовлетворять LTE Advanced [7]. По сути, это требования к стандарту мобильных сетей четвертого поколения (4G):
максимальная скорость передачи данных в нисходящем радиоканале до 1 Гбит/с, в восходящем - до 500 Мбит/с (средняя пропускная способность на одного абонента - в три раза выше, чем в LTE);
полоса пропускания в нисходящем радиоканале - 70 МГц, в восходящем - 40 МГц;
максимальная эффективность использования спектра в нисходящем радиоканале - 30 бит/с/Гц, в восходящем -- 15 бит/с/Гц (втрое выше, чем в LTE);
полная совместимость и взаимодействие с LTE и другими 3GPP системами.
Для решения этих задач предполагается использовать более широкие радиоканалы (до 100 МГц), ассиметричное разделение полос пропускания между восходящим и нисходящим каналами в случае частотного дуплекса; более совершенные системы кодирования и исправления ошибок; гибридную технологию OFDMA и SC-FDMA для восходящего канала, а также передовые решения в области антенных систем (MIMO).
Очевидно, что в столь кратком обзоре мы лишь затронули только основные особенности технологии LTE и только относящиеся к физическому уровню модели взаимодействия открытых систем. Отметим лишь, что эта технология сегодня находится в стадии бурного развития, ежемесячно происходят изменения, в том числе -- и в самих стандартах. В самих спецификациях LTE еще хватает незаполненных мест, ошибок, неточностей и неопределенностей. Явно следует ожидать появления новых документов в области сетевой архитектуры. Но безусловное достоинство технологии LTE -- ее открытость.
1.4 Актуальность, цель и задачи выпускной квалификационной работы
1.4.1 Актуальность проекта внедрение сетей четвертого поколения
В настоящее время в сети АРО ПФ ОАО «МегаФон», а также до сих пор в сетях большинства других операторов используются стандарт 3G/4G. Так же федеральные сотовые компании используют стандарт 3G, который с точки зрения затрат себя не оправдывает. Развитие беспроводной связи сопровождается непрерывной сменой технологии. Стандарт GSM практически уже исчерпал лимит своих услуг, а объем пакетных данных в сетях сотовой связи третьего поколения (3G) уже превышает объем голосового трафика (рис.1.5), что связано с внедрением технологий HSPA [8].
Рисунок 1.5 Соотношение объемов трафика голоса и данных в сетях W-CDMA
Это позволяет использовать их для оказания услуг голосовой связи, передачи мультимедийной информации и т.п. В связи с этим само понятие сетей следующего, четвертого, поколения (4G) неразрывно связано (если не синонимично) с созданием универсальных мобильных мультимедийных сетей передачи информации.
Однако требования пользователей к предоставляемым услугам (рис. 1.6) постоянно повышаются, вместе с тем провайдеры стремительно наполняют рынок мобильным контентом (видеоролики, аудиоролики, подкасты). Мобильные сети должны использоваться не только для сотовой связи, но и для передачи видео, мобильного ТВ, музыки и работы с Интернетом с высокими скоростями и качеством передачи. Именно с этой целью в рамках дипломного проекта предлагается компании АРО ПФ ОАО «МегаФон» перейти от технологии 3G к сетям четвертого поколения.
Рисунок 1.6 Широкополосные услуги и новые приложения, стимулирующие эволюцию систем 3G
Из всего выше сказанного можно сделать вывод, что проект актуален в плане технологического прорыва предоставления услуг на качественно новый платформе и стандарта, с использованием существующего диапазона DCS - 1800.
1.4.2 Цель и задачи
Целью дипломной работы является достижение положительного финансового результата для компании и предоставление новых качественных услуг для абонентов. Необходимо с минимально возможными затратами построить экономически и технически эффективную сеть сотовой связи с окупаемостью в среднесрочной перспективе.
Задачи:
- Обосновать актуальность проекта;
- Провести поиск оборудования, необходимого для реализации его на сети сотовой подвижной радиосвязи;
- Провести расчет зон радиопокрытия, рассчитать максимальную нагрузку сети. Для примера берем город Камызяк;
- Осветить вопрос техники безопасности касающаяся разрабатываемого проекта;
- Показать экономическую выгоду от реализации проекта;
2. Выбор оборудования, необходимого для реализации проекта
2.1 Структура сети LTE
Рисунок 2.1 Структурная схема сети LTE
Из схемы сети LTE, представленной выше, уже видно, что структура сети сильно отличается от сетей стандартов 2G и 3G. Существенные изменения претерпела и подсистема базовых станций, и подсистема коммутации. Была изменена технология передачи данных между оборудованием пользователя и базовой станцией. Также подверглись изменению и протоколы передачи данных между сетевыми элементами. Вся информация (голос, данные) передается в виде пакетов. Таким образом, уже нет разделения на части обрабатывающие либо только голосовую информацию, либо только пакетные данные [9].
Можно выделить следующие основные элементы сети стандарта LTE:
Serving SAE Gateway или просто Serving Gateway (SGW) - обслуживающий шлюз сети LTE. Предназначен для обработки и маршрутизации пакетных данных поступающих из/в подсистему базовых станций. По сути, заменяет MSC, MGW и SGSN сети UMTS.SGW имеет прямое соединение с сетями второго и третьего поколений того же оператора, что упрощает передачу соединения в /из них по причинам ухудшения зоны покрытия, перегрузок и т.п.
Public Data Network (PDN) SAE Gateway или просто PDN Gateway (PGW) - шлюз к/от сетей других операторов. Если информация (голос, данные) передаются из/в сети данного оператора, то они маршрутизируются именно через PGW.
Mobility Management Entity (MME) - узел управления мобильностью. Предназначен для управления мобильностью абонетов сети LTE.
Home Subscriber Server (HSS) - сервер абонентских данных. HSS представляет собой объединение VLR, HLR, AUC выполненных в одном устройстве.
Policy and Charging Rules Function (PCRF) - узел выставления счетов абонентам за оказанные услуги связи.
Все перечисленные выше элементы относятся к системе коммутации сети LTE. В системе базовых станций остался лишь один знакомый нам элемент - базовая станция, которая получила название eNodeB. Этот элемент выполняет функции и базовой станции, и контроллера базовых станций сети LTE. За счет этого упрощается расширение сети, т.к. не требуется расширение емкости контроллеров или добавления новых.
2.2 Оборудование
Технически, LTE является производным от GSM сетей поколений 2, 2.5, 3G. Поэтому, наиболее подходящими сетями для внедрения данной технологии являются уже существующие сети мобильных операторов. Апгрейд оборудования для работы с поддержкой сетей 3G\LTE, позволяет развить существующую сеть, объединяя все возможности передачи голоса с ip-сетями, создавая, таким образом, единую, мультисервисную среду передачи данных.
На данный момент, в разработке и испытании оборудования для LTE участвуют многие гранды радиоэлектронной промышленности, в частности, Alcatel-Lucent, Motorolla, NTT Docomo, Ericsson и т.п.
Наилучшим вариантом для тех операторов, которые уже располагают 2G и/или 3G/UMTS, является построение конвергентной сети 2G/3G/LTE с единым управление и поддержкой плавных хэндоверов без прерывания сервисов. Для построения такой сети должны быть доступны в конвергентном варианте все основные составляющие сети:
Конвергентные мультистандартные BTS;
Конвергентная транспортная сеть;
Конвергентные услуги;
Конвергентный O&M
2.3 Архитектура базовых станций сетей LTE
Беспроводные сети 4-ого поколения (LTE/WiMAX, HSPA+) выдвигают перед операторами повышенные требования к емкости и качеству радиопокрытия, удовлетворение которых требует огромных финансовых затрат [10].
Архитектура сетей 4G предполагает широкое использование базовых станций в виде:
Распределенных базовых станций (DBS- distributed base stations), у которых имеется основной блок, размещаемый в помещении (indoor), и удаленный радиомодуль, размещаемый на улице (outdoor), на мачте рядом с антенной
Компактных БС внешнего размещения
2.3.1 Распределение БС (DBS)
Архитектура DBS удовлетворяет стандартам CPRI или OBSАI, описывающим требования к основным функциональным модулям и интерфейсам БС, и активно используется при построении распределенных антенных систем (DAS-distributed antenna system). [10]
Ее разновидностью является архитектура "base station hotelling', преимуществом которой является возможность совместного использования БС и их инфраструктуры несколькими операторами.
DBS относятся к классу макро-БС, поскольку имеют большую емкость, большую мощность излучения, поддерживают несколько диапазонов частот. DBS выпускаются с перепрограммируемыми процессорами FPGAs и DSP.
2.3.2 Компактные БС (Single Form-Factor BS)
Компактные БС, как правило, обслуживают один сектор и допускают outdoor-размещение. Отсутствие indoor-модулей и небольшой вес (около 15 кг) облегчают инсталлирование и техническое обслуживание таких БС.
Небольшая выходная мощность определяет малую емкость таких БС, однако использование процессоров класса "System on Chip - SoC" позволяет существенно уменьшить стоимость БС, а небольшой форм-фактор обеспечивает уменьшение капитальных и операционных затрат на построение сетей.[10]
2.3.3 Архитектрура БС для сетей LTE
По мере увеличения выходной мощности односекторных компактных БС они ставятся все более конкурентоспособными распределенным макро-БС, поскольку при примерно равной пропускной способности суммарная емкость сетей на базе компактных БС может быть существенно выше.
Так, в городских условиях 6 компактных БС мощностью 1 Вт, смонтированных на высоте 12 м, обеспечивают покрытие, эквивалентное покрытию 3-секторной макро-БС мощностью 10 Вт, установленной на высоте 30 м, а емкость сети увеличивается в 6 раз.
Таким образом, существующие решения позволяют оператору выбрать наиболее приемлемую для него архитектуру БС - или с использованием экономичных односекторных компактных БС, или с использованием масштабируемых DBS.
По мере эволюции БС все больше увеличивается выходная мощность, повышается степень их интеграции. Очевидным становится также тренд в сторону использования компактных БС в распределенных системах БС.
2.4 Фирмы - производители оборудования БС
2.4.1 Huawei Technologies DBS3900
Обзор
DBS3900 представляет собой распределённую базовую станцию, с использованием платформы BTS компании Huawei (рис 2.2). [11]
Рисунок 2.2 Фрагмент решения LTE от Huawei
Будучи базовой станцией системы мобильной связи, DBS3900 состоит из блока обработки базовых частот (BBU) и выносного радиочастотного блока (RRU). BBU3900-это блок обработки базовых частот. Радиочастотный блок RRU3004, поддерживает работу двух/четырёх радиопередатчиков.
Рисунок 2.3 Huawei DBS3900 RRU3606 (сверху) и BBU3900 (ниже)
В DBS3900 используется выносной радиочастотный модуль, отвечающий требованиям построения сетей в аспекте расширения ёмкости, гибкости установки и модернизации.
Между блоками RRU3004 и BBU3900 используется интерфейс CPRI, который обеспечивает соединение двух модулей с использованием оптических кабелей. Это позволяет существенно сократить затраты по созданию автозала, установке оборудования и эксплуатации.
Внедрение DBS3900 с распределёнными BTS позволит ускорить развитие мобильных сетей, обеспечит большую их совместимость с другими сетями, также позволит использовать широкополосные технологии.
BBU3900
BBU3900 является блоком обработки базовых частот для установки внутри помещений, который обеспечивает централизованное управление эксплуатацией и обслуживанием, а также обработку сигнализации всей системы базовой станции и обеспечивает опорный сигнал синхронизации. Также блок имеет физические интерфейсы для соединения с BSC и RRU3004. BBU3900 устанавливают в статив 2 U высотой и шириной 47.5 см. Он может быть установлен в статив 19 “, либо смонтирован на стену.
В BBU3900 устанавливаются дополнительные платы, обеспечивающие мониторинг окружающих условий, мониторинг интерфейса Abis и сигналов синхронизации GPRS. BBU3900 это компактное оборудование, простое при установке. Потребляет небольшой объём мощности и обеспечивает полный спектр услуг.
RRU3004
RRU3004 - выносной радиочастотный блок. Обеспечивает обработку сигналов основных частот и радиочастотных сигналов. Один RRU3004 выполняет функцию двух приёмопередатчиков. Если два модуля RRU3004 установлены в подстативе RRU3004, они выполняют функцию четырёх приемопередатчиков.
Один модуль RRU3004 обеспечивает два приёмопередатчика. Два модуля RRU3004 установленные в подстативе RRU3004, выполняют функцию четырёх приемопередатчиков.
RRU3004 имеет небольшой вес и характеризуется простотой установки. Подстатив RRU3004 можно установить на стальной мачте, стене или бетонном основании.
Сценарии применения DBS3900
Возможна гибкая комбинация модулей RRU3004 и BBU3900, в зависимости от фактических требований.
BBU:
* Внутри помещений
* Устанавливается на стену или в статив 19 “, под статив RRU3004, APM или OFB.
RRU:
* Внутри помещений /снаружи
* Распределённое покрытие в городах, на автомагистралях и железных дорогах
Характеристики
Возможности покрытия
DBS3900 обладает следующими преимуществами при обеспечении покрытия:
RRU3004 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).
RRU3004 поддерживают технологию RRU3004.
Максимальная выходная мощность RRU3004 достигает 40 Вт (900M) или 30 Вт (1800M).
Максимальная конфигурация до 12 сот и поддержка многополосной сети.
Поддерживается распределённая передача и «Antenna hopping».
Ёмкость
BBU3900 поддерживает 72 приёмопередатчика.
Abis поверх IP.
Возможности организации сети
E1/T1, оптический FE, поддержка радиорелейной и спутниковой передачи.
Поддержка топологий: звезда, дерево, цепь, кольцо и смешанных топологий.
Поддержка Flex Abis.
GSM и UMTS могут использовать BBU3900.
Оптимизирована передача с использованием интерфейса Abis. Поддержка обнаружения и восстановления свободных пакетов BTS и BSC.
Синхронизация
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.
Многодиапазонное применение
RRU3004 работает в диапазонах 1800 МГц и 900 МГц.
Высокая адаптируемость к условиям окружающей среды
BBU
BBU характеризуется высокой адаптируемостью к условиям окружающей среды:
Диапазон рабочих температур: -200C ~ + 550C.
BBU может работать при широком диапазоне рабочих напряжений: -38.4 V DC ~ -57 V DC (номинальное напряжение -48 V DC).
Используемый блок питания преобразует 220 V AC в -48 V DC для работы BBU
RRU
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 класса 1.
Диапазон рабочих температур RRU: -40?C ~ +50?C.
RRU может работать при широком диапазоне рабочих напряжений: -36 V DC ~ -57 V DC (номинальное напряжение -48 V DC).
Используемый блок питания преобразует 220 V AC в -48 V DC для работы RRU.
Антенны
Поддержка антенн Remote Electric Tilt (RET).
Использование антенн RET позволяет настраивать сетевое покрытие путём регулировки угла наклона антенн в автозале. При этом сэкономить затраты на эксплуатацию и обслуживание.
Поддержка антенн с двойной поляризацией, позволяет сократить число антенн в соте.
Поддержка протокола AISG1.1
Преимущества
Быстрое развётывание сети
Раздельное использование BBU и RRU, компактный дизайн и распределенная установка позволяют сэкономить пространство на сайте и смонтировать BBU и RRU практически в любом месте.
Распределённая установка также обеспечивает удобство при транспортировке и быстрое развертывание сети.
Низкая стоимость
BBU может устанавливаться в любом месте на стену или на бетонное основание. Также BBU устанавливается внутри BTS, устройств передачи или в системе питания, при монтаже вне помещений.
RRU устанавливается вблизи антенн. Это позволяет избежать затрат на приобретение и монтаж кабелей и фидеров.
Высокая надёжность
Каждый RRU обеспечивает два высокоскоростных порта CPRI для обеспечения взаимодействия RRU и BBU в топологии кольцо. Один дополнительный порт CPRI предоставляет резервный канал между BBU и RRU.
В одном подстативе можно установить два модуля RRU3004 для поддержки распределённой передачи, обеспечения большей емкости и большего числа несущих. При сбое одного из рабочих модулей RRU3004, резервный обеспечивает услуги в соте.
Работа МС на высоких скоростях движения
DBS3900 обеспечивает работу мобильных станций на высоких скоростях движения транспорта (поездов, автомобилей и т.д.), до 400 км/ч.
Эволюция
DBS3900 поддерживает эволюцию от GERAN к LTE.
DBS3900 работает на основе унифицированной платформы BTS и обеспечивает эволюцию от 2G к 3G.
2.4.2 Базовая станция Flexi Multiradio BTS GSM/EDGE (configuration 2/2/2 1800 MHz Outdoor) sp.bundle19
Новая модель Flexi Multiradio Base Station построена на базе уже известной на рынке платформы Flexi Base Station и обратно совместима с ней. Она поддерживает технологии GSM/EDGE, WCDMA/HSPA и LTE. Базовая система Flexi Multiradio BTS GSM/EDGE от Nokia Siemens Networks основана на технологии активных антенн, которая объединяет антенну и радиооборудование в единый функциональный блок, имеющий отдельные усилители мощности для каждого элемента антенны. Активная антенна позволяет осуществлять формирование лучей - фокусировку отдельного радиоподключения и его направление на конкретного пользователя - а также использовать различные технологии в одном блоке.[12]
Рисунок 2.4 Flexi Multiradio BTS GSM/EDGE
Базовая станция Flexi Multiradio BTS GSM/EDGE используется в сетях 3G и LTE.
Базовое описание
- Работает с полосами частот от 1.4 МГц до 20 МГц в режиме LTE.
- Также поддерживает GSM/EDGE и UMTS/HSPA.
Модули NSN Flexi, наружная установка на антенной мачте
Спецификация
- Может использоваться внутри и вне помещений, с установкой на полу, на стене, на шесте, на мачте, в распределенных и безфидерных конфигурациях площадки
- Частотные диапазоны: спаренные и неспаренные полосы частот в диапазонах 700, 800, 850, 900, 1800, 1900, 1700/2100, 2100, 2300 и 2600 МГц.
- Конфигурации с несколькими трансиверами: 2 трехсекторный радиомодуль Flexi + 2 системный модуль GSM/RDGE + 2 системный модуль WCDMA/HSPA и LTE. Также поддерживается решение с выносной радиоголовкой (RRH или Remote Radio Head).
- Максимальная емкость. До 6+6+6 GSM, или до 4+4+4 WCDMA, или 1+1+1 LTE с полосой 20 МГц и гибкой комбинации всех перечисленных технологий в конкурентном режиме. Для наращивания емкости на одном сайте можно монитировать несколько стандартных модулей.
-Для подключения к транспортной сети в Flexi Multiradio Base Station имеется встроенный IP/Ethernet-интерфейс
- Технология усилителя мощности радиосигнала: мультистандартный усилитель мощности с множественными несущими.
- 133 х 447 х 560 мм (размеры модуля). Может использоваться в помещениях и вне помещений, может устанавливаться в стойку 19"
- Чистый объем - 25 литров (для одного модуля)
- Диапазон рабочих температур: -35 С до +55С
- Источники питания: 40.5-57 В постоянного тока, 184-276 В переменного тока
- Типовое потребление мощности: 790 Вт для комбинированного сайта GSM и WCDMA
- Выходная мощность: 180 Вт с каждого радиомодуля или 60 Вт с удаленной радиоголовки (RRH)
- Класс защиты от влажности - IP 65.
2.4.3 Базовые станции WiMAX/LTE: Airspan Air4G (MacroMAXe)
Air4G (MacroMAXe) - линейка базовых станций WiMAX/LTE производства компании Airspan Networks, представлена тремя модификациями: Air4G-W24 (только WiMAX), Air4G-WL24 (WiMAX + LTE), Air4G-L44 (только LTE).[13]
Система Air4G работает в диапазонах 2.3, 2.5 и 3.x ГГц и включает в себя антенную систему MIMO с количеством передатчиков и приемников соответственно:
2х4 для Air4G-W24 (WiMAX) и Air4G-WL24 (WiMAX + LTE);
4x4 для Air4G-L44 (LTE).
Рисунок 2.5 Базовые станции WiMAX/LTE: Airspan Air4G (MacroMAXe)
При этом достигается эффективная излучаемая мощность (ЭИИМ) до 60dBi. Система Air4G поддерживает значения ширины канала: 3.5 МГц, 5 МГц, 7 МГц и 10 МГц, а также режим "dual MAC/PHY", позволяющий использовать полосы 2x7 МГц и 2x10 МГц.
Air4G предназначена для развертывания в трехсекторной конфигурации, которая считается оптимальной для развертывания сетей мобильного WiMAX и LTE. Система полностью поддерживает протокол R6 для работы со шлюзом сети доступа (ASN Gateway), как распределенным, так и централизованным.
При развертывании сетей мобильного доступа наиболее значимым фактором является частотный ресурс, следовательно, эффективность его использования должна быть максимальной. Чтобы получить коэффициент повторного использования частот равный единице (N=1), необходимо соблюсти баланс между максимальной загрузкой спектра и подавлением интерференционных помех. Для этой цели в системе Air4G реализована технология повторного использования частот FFR (рис 2.6) (Fractional Frequency Reuse) и SFR (Soft Frequency Reuse) с оптимальным сочетанием полного (FUSC) и частичного (PUSC) использования поднесущей. При этом обеспечивается максимально плотная зона абонентского покрытия с максимально компактным частотно-территориальным планом и минимальным влиянием интерференционных помех.
Рисунок 2.6 Технология повторного использования частот
Эволюция Air4G:
Рисунок 2.7 Эволюция Air4G
Ключевые особенности Air4G
соответствие профилю Mobile WiMAX 802.16e-2005 (для Air4G-W24 и Air4G-WL24)
оптимизирован для диапазонов 2.3, 2.5 и 3.3-3.8 ГГц
два радиоблока с выходной мощностью по 40 dBm (4 радиоблока для Air4G-L44)
поддержка STC и MIMO Matrix A/B
ширина радиоканала: 3.5, 5, 7, 10, 2х7 и 2х10Мгц
поддержка SOFDMA 512, 1024, 2048 FFT
легкий компактный форм-фактор
возможность работы как с централизованным, так и с распределенным ASN GW, а также без ASN-GW
низкое энергопотребление
автоматическое выделение ресурсов для VoIP с использованием VoiceMAXe-сервера.
2.5 Сравнительная характеристика оборудования
Итак, мы рассмотрели базовые станции разных производителей. Сведём параметры БС разных производителей в одну таблицу (табл. 2.1).
Таблица 2.1
Сравнительная таблица параметров БС разных производителей
|
Airspan's Air4G-W24 |
Huawei DBS3900 |
Flexi Multiradio BTS GSM/EDGE |
||
|
Форм-фактор |
Всё в одном: модуль наружного исполнения с интегрированным радиомодулем, GPS модулем, LAN коммутатором и цифровыми картами |
Раздельная архитектура исполнения внутреннего и внешнего модулей Соединения между IDU/ODU посредством оптического кабеля |
Модули NSN Flexi, наружная установка на антенной мачте. Может использоваться внутри и вне помещений, с установкой на полу, на стене, на шесте, на мачте. |
|
|
Вес |
Всё в одном внешний модуль имеет вес: 17 Kg in 3.x GHz 18.5 Kg in 2.x GHz |
Внутренний модуль весит 11 кг, каждый внешний модуль имеет вес: 21 Kg |
Вес - 25 кг (для одного модуля). Чистый объем - 25 литров (для одного модуля). |
|
|
Усилители мощности |
Использует новейшие технологии в части усиления мощности и потребления питания, что позволяет уменьшить расход энергоресурсов и автозалы. |
Отдельные усилители мощности для каждого элемента антенны |
||
|
Частотные диапазоны |
700, 800 MHz 1.4 GHz (Air4Gs) 1.8 GHz 2.3 GHz 2.5 GHz 3.3-3.8 GHz |
--- --- --- 2.3 GHz 2.5 GHz 3.4-3.6 GHz |
спаренные и неспаренные полосы частот в диапазонах 700, 800, 850, 900, 1800, 1900, 1700/2100, 2100, 2300 и 2600 МГц. |
|
|
FFR |
Поддерживается |
Поддерживается |
Поддерживается |
|
|
Размер |
это одна из наиболее компактных макро базовых станций (600 мм x 450 мм) |
133 х 447 х 560 мм (размеры модуля) |
||
|
Выходная мощность |
два радиоблока с выходной мощностью по 40 dBm (4 радиоблока для Air4G-L44) |
Максимальная выходная мощность RRU3004 достигает 40 Вт (900M) или 30 Вт (1800M). |
180 Вт с каждого радиомодуля или 60 Вт с удаленной радиоголовки (RRH) |
|
|
Диапазон рабочих температур |
Диапазон рабочих температур: -80С ~ +100С |
Диапазон рабочих температур: -200C ~ + 550C. |
-35 С до +55С (охлаждается вентиляторами, скорость регулируется автоматически. Использование принудительной вентиляции повышает надежность станции за счет стабилизации температуры полупроводников). |
|
|
Ценовая политика |
$24.400.09 |
$22.700 |
$18,600.07 |
2.6 Виды антенн
Для LTE можно использовать обычные панельные антенны с кросс-поляризацией X-pol. В отличие от сетей GSM/3G, где обе поляризации используются только на прием, а на передачу - одна (схему называют 2Rx/1Tx), в LTE обе поляризации задействованы по полной, то есть на прием и на передачу (2Rx / 2Tx), что требуется для реализации режима MIMO 2x2. Если требуется повысить пропускную способность сектора, необходимо использовать еще по одной X-pol антенне, что позволит перейти к схеме 4Rx/4Tx и MIMO4x4. Антенны должны быть разнесены в пространстве на расстояние порядка 10 длин волн.
Mimo
Система независимой обработки переотраженных декоррелированных сигналов абонента (MIMO) является многообещающей технологией, обеспечивающей увеличение пиковой скорости передачи трафика, средней скорости передачи данных и пропускной способности сот в широкополосных беспроводных сетях [14].
В концепции MIMO подразумевается использование нескольких приёмо-передающих антенн. Представленный далее анализ ориентируется на схемы MIMO, определенные для профиля WiMAX Forum MTG. Реально в WiMAX используются различные схемы, но для упрощения мы ограничимся только одним случаем.
Основная идея MIMO заключает в разбиении потока транслируемых данных на независимые приёмопередатчики, обеспечивающие связь для одного и того же абонента на одной и той же частоте. В этом случае по сравнению с обычной системой совокупный поток данных может быть увеличен.
Поскольку для обоих потоков данных используется одинаковая частота в одном и том же географическом регионе, то для реализации потенциальных преимуществ систем такого типа эти потоки необходимо декоррелировать.
В плотных городских условиях (так называемые «микро-соты», «пико-соты» или «внутренняя среда»), где радиоволны на пути между базовой станцией и оборудованием абонента многократно переотражаются и флуктуируют, схема дает определенный выигрыш. Для максимизации выигрыша, необходимо обеспечить хорошую независимость антенн, передающих информацию в канал одновременно. Это может достигаться либо пространственным разнесением антенн на некоторое расстояние, либо использованием разных поляризаций антенны для разных трактов.
Становится очевидным, что в составе абонентского оборудования (CPE) для MIMO необходимо наличие двух приемо-передающих трактов. Декодирование MIMO является непростой задачей, связанной со значительным увеличением сложности CPE (увеличение стоимости оборудования). Поэтому поддержка в CPE технологии MIMO является дополнительной функцией. Предполагается, что первые CPE с функциями MIMO появятся на рынке в первом квартале 2008.
Использование MIMO обеспечивает два основных преимущества:
· Увеличение надежности нисходящих линий связи
При сравнении MIMO и устройства с одной антенной, наблюдается существенное улучшение работы нисходящих линий связи, проявляющееся в виде более стабильной и более надежной передачи данных в условиях сильного рассеивания радиоволн. Для восходящих линий связи никакого улучшения нет.
· Увеличение пропускной способности MIMO
Благодаря возможности использования схем модуляции более высокого уровня или одновременной передачи нескольких независимых потоков, MIMO, по сравнению с одной антенной обеспечивает на нисходящих линиях связи увеличение пропускной способности приблизительно на 30% по отношению к системам обычной сотовой связи, и на 100% по отношению к микро-сотам. Эффективность для каждого канала может составлять от 1,7 б/с/Гц/сектор, в типичной (типовой) системе, и в некоторых случаях теоретически может достигать 2,8 б/с/Гц/сектор (пико-соты).
В качестве преимущества необходимо отметить стабильность рабочих характеристик MIMO по сравнению с характеристиками систем с использованием традиционного антенного оборудования. То есть, при скоростях перемещения абонента от 3 км/час до 120 км/час никакого ухудшения характеристик мобильности или передачи не наблюдается.
Серьёзным минусом таких систем является ухудшение качественных характеристик в случае отсутствия переотражений. Такая ситуация имеет место на открытых пространствах с неплотной застройкой (например, в Москве - вдоль широких улиц, рядом с рекой, …) и в случае, если антенна базовой станции располагается выше уровня крыш. В таких ситуациях для достижения приемлемых рабочих характеристик сети очевидна необходимость формирования диаграммы направленности.
Подобные документы
Общая характеристика и описание требований к проектируемой компьютерной сети. Выбор необходимого материала и оборудования. Экономический расчет проекта и оценка его эффективности. Порядок настройки сетевого оборудования и конечных пользователей.
курсовая работа [319,8 K], добавлен 25.03.2014Выбор протокола и технологии построения локальной вычислительной сети из расчёта пропускной способности - 100 Мбит/с. Выбор сетевого оборудования. Составление план сети в масштабе. Конфигурация серверов и рабочих станций. Расчёт стоимости владения сети.
курсовая работа [908,5 K], добавлен 28.01.2011Расчет площадей помещений и количества компьютеров. Выбор и обоснование топологии сети. Обоснование среды передачи. Расчет необходимого количества оборудования, кабеля и корректности сети. Выбор операционной системы и протоколов.
курсовая работа [41,4 K], добавлен 06.04.2012Построение сегментов локальной вычислительной сети, выбор базовых технологий для подразделений. Построение магистральных каналов взаимодействия между сегментами. Выбор оборудования для магистрали центральный офис – производство. Схема вычислительной сети.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 23.01.2013Разработка топологии сети, выбор операционной системы, типа оптоволоконного кабеля. Изучение перечня функций и услуг, предоставляемых пользователям в локальной вычислительной сети. Расчет необходимого количества и стоимости устанавливаемого оборудования.
курсовая работа [3,1 M], добавлен 26.12.2011Особенности построения сети доступа. Мониторинг и удаленное администрирование. Разработка структурной схемы сети NGN. Анализ условий труда операторов ПЭВМ. Топология и архитектура сети. Аппаратура сетей NGN и измерение основных параметров сети.
дипломная работа [5,7 M], добавлен 19.06.2011Обоснование организации Wi-Fi сети в офисном помещении. Частотные полосы и каналы. Выбор и обоснование необходимого оборудования, технология производства работ и оценка полученных результатов. Анализ функциональности разработанной беспроводной сети.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 16.03.2015Выбор топологии сети и расчет ее главных параметров. Выбор оборудования передачи данных, а также серверов и клиентских машин, расчет его стоимости. Подключение к действующей сети на расстоянии 532 метров. Соединение с сетью Интернет, принципы и этапы.
курсовая работа [82,1 K], добавлен 05.12.2013Два типа локальных сетей: одноранговые и сети с выделенным сервером, их преимущества и недостатки. Выбор топологии сети. Спецификация физической среды ETHERNET. Расчет корректности сети - величин PDV и PVV и оценка их с предельно допустимыми в Ethernet.
курсовая работа [569,2 K], добавлен 01.09.2014Техническое обоснование разработки вычислительной сети и анализ исходных данных. Выбор архитектуры или топологии сети. Проектирование реализации и комплекса технических средств ЛВС. Построение логической схемы сети и выбор активного оборудования.
курсовая работа [4,7 M], добавлен 30.07.2010
