s
Sesiya.ru

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕХНОЛГИИ LTE

Информация о работе

Тема
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕХНОЛГИИ LTE
Тип Дипломная работа
Предмет Коммуникации
Количество страниц 60
Язык работы Русский язык
Дата загрузки 2015-01-05 11:28:23
Размер файла 1728.77 кб
Количество скачиваний 653
Скидка 15%

Поможем подготовить работу любой сложности

Заполнение заявки не обязывает Вас к заказу


Скачать файл с работой

Помогла работа? Поделись ссылкой

2. СОДЕРЖАНИЕ РАСЧЁТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ


2.1. Введение

Ускоренное развитие технологий связи, как фиксированной, так и мобильной, вызвано, повышенным интересом людей к сети интернет. Огромная роль глобальной сети в современном мире обмена информации неоспорима и не нуждается в подтверждении. Пользуясьсетью интернет, люди получают возможность учиться, работать, общаться, обмениваться данными, оплачивать услуги и покупки, а также пользоваться в режиме онлайн всевозможными услугами коммерческих компаний и государственных учреждений.
Обширность территории нашей страны создает определенные трудностидля предоставления операторами связи доступа к сети интернет. В крупных городах к глобальной сети может подключиться любой желающий, исходя из своих потребностей, выбрав удовлетворяющий его тариф, причем у жителя есть выбор между беспроводным и проводным доступом. Но в малых городах России и прилежащих к ним районах дело обстоит намного хуже. Операторы связи не стремятся телефонизировать такие города на всей площади проживания жителей и обеспечивать услуги доступа в Интернет, а та связь, что предоставляется, зачастую вызывает нарекания.
Существует несколько способов решения этой проблемы. Можно использовать для доступа в сеть Интернет спутниковую связь, организовать доступ с помощью проводных линий связи или с помощью мобильной связи. Спутниковый доступ не удобен низкой скоростью и высокой ценой. Использование проводных линий предусматривает обязательное наличие цифровых АТС. Доступ с помощью мобильной связи стал возможен с приходом стандартов EDGE/GSM и UMTS/HSPA, но первый отличается слишком низкой скоростью, что делает работу в сети интернет не удобной, а возможности второго не обеспечивают охват крупных территорий. По этой причине мобильные операторы, в первую очередь, стараются охватить местность с плотной городской застройкой, а, учитывая, что дальность действия сигнала в диапазоне 1920-2100 МГц не высока,с целью охвата максимально больших территорий, необходимо строить огромное количество базовых станций, что экономически не выгодно.
Наиболее перспективным вариантом обеспечения городского округа высокоскоростным доступом в сеть Интернет является построение сетей сотовой подвижной радиосвязи четвертого поколения (4G). Самым оправданным стандартом 4G для решения этой задачи является технология беспроводного доступа LTE.
Стандарт LTE (от англ. LongTermEvolution – эволюция в долгосрочной перспективе) – технология построения сетей беспроводной связи, созданная в рамках проекта сотрудничества в создании сетей третьего поколения 3GPP (3GPartnershipProject). Основными приоритетами разработки технологии LTE являются: скоростные характеристики передачи данных, экономическая составляющая передачи данных, широта предоставления спектра услуг по выгодной цене, повышение гибкости сети и возможность использования на базе существующих систем мобильной связи. Главноеотличие стандарта LTE от других технологий мобильной связи заключается в полном построении сети на базе IP-технологий. Радиоинтерфейс LTE дает возможность улучшить технические характеристики, включая максимальную скорость передачи данных около 326,4 Мбит/с, время задержки пересылки пакетов менее 5 мс, а также существенно более высокую спектральную эффективность по сравнению с существующими стандартами беспроводного мобильного доступа третьего поколения (3G).
В дипломном проекте, территориальным объектом, где предполагается планировать сеть LTE, я выбрал городской округ Королев Московской области. Целью данного проекта является обеспечение всей территории городского округа устойчивым радиосигналом сети LTE и предоставление жителям высокоскоростного мобильного доступа в сеть Интернет.


2.2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕХНОЛГИИLTE

Развитие технологии LTE
Разработка технологии LTE, как стандарта связи, официально началась в конце 2004 года в Канаде, г.Торонто.

Рис. 2.2.1Основные этапы развития технологии LTE.
Основной целью исследований на первом этапе был выбор технологии физического уровня, которая смогла бы обеспечить высокую скорость передачи данных. В качестве основных технологий были предложены два варианта: развитие существующего радиоинтерфейса WCDMA и создание нового на основе технологии OFDM (OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing – ортогональное частотное мультиплексирование). Итогом проведенных исследований, единственной подходящей технологией оказалась OFDM. Уточнение требований к новому стандарту было закончено в июле 2005 года. Требования заключаются в следующем: сокращение задержек при установлении соединения и передаче данных; увеличение скорости передачи данных; увеличение скорости на краях соты, для единообразия предоставляемых услуг; высокая спектральная эффективность; гибкость в использовании сетевого ресурса; упрощенная архитектура сети; экономное потребление энергии мобильным терминалом. В декабре 2008 года утверждена версия стандартов 3GPP (Release 8), фиксирующая архитектурные и функциональные требования к системам LTE. По сравнению с ранее разработанными системами 3G, радиоинтерфейс LTE обеспечит улучшенные технические характеристики. В частности, в LTE ширина полосы может варьироваться от 1,4 до 20 МГц, что позволяет удовлетворять потребности разных операторов связи, обладающих различными полосами пропускания. При этом оборудование LTE должно одновременно поддерживать не менее 200 активных соединений на каждые 5-МГц ячейку. Стандарт связиLTE позволяет достичь внушительных скоростей передачи данных – до 50 Мбит/с для восходящего соединения и до 100 Мбит/с для нисходящего соединения. При высокой скорости передачи LTE поддерживает соединения мобильных абонентов, передвигающихся со скоростью до 350 км/ч. Поддерживаются много антенные системы MIMO.
В середине 2009 года появились первые опытные системы на основе LTE. В конце 2009 года шведская телекоммуникационная компания TeliaSonera, совместно с Ericsson объявила о запуске первой в мире коммерческой сети в Стокгольме и Осло.
Работы над Release 9 определяют вторую фазу развития системы LTE. Основные направления этого развития:
-совершенствование функциональных возможностей (реализация двух диапазонной и многодиапазонной передачи данных в одном физическом канале, расширение возможностей сети радиодоступа E-UTRAN, внедрение новых сценариев высокоскоростной передачи данных);
-введение новых услуг в сетевые возможности (система предупреждения о массовой опасности – PWS, развитие мультимедийных речевых услуг VoIP, широковещательных услуг – MBMS, услуг определения местоположения абонентов - LBS);
-расширение эксплуатационных возможностей (создание сервисно-ориентированной архитектуры системы поддержки эксплуатации – OAM&P, расширение возможностей контроля эксплуатационных параметров сети радиодоступа и базовой сети);
-создание новых сценариев развития (внедрение новых диапазонов, совершенствование механизмов взаимодействия с внешними сетями радиодоступа).
На сегодняшний день сети стандарта LTE развернуты в более чем в 100 странах мира и их число быстро увеличивается.
В России построение сетей стандарта LTE заторможено трудностями в распределении частотного ресурса компаниям-операторам мобильной связи. 20 декабря 2011 г. компания «Скартел» запустила первую в России сеть LTE в городе Новосибирске. Компания «МТС» запустила сеть LTE в городе Москве в 2012 г., используя сеть пассивных ВОЛС.

Основные параметры и возможностистандарта LTE
LTE (Long Term Evolution) - название мобильного протокола передачи данных. LTE это продолжение развития технологии CDMA,UMTS, основанной на использовании OFDM (к клиенту), SC-FDMA (от клиента) и MIMO. Особенностью этой технологии является возможность работать с частотным (парным, FDD) и временным (непарным, TDD) разделением каналов, что позволяет применять различные технологии оборудования, находящегося у операторов.
Применение антенных технологий MIMO позволяет базовой станции обслуживать в 10 раз больше клиентов, чем позволяла прежняя технология WCDMA.

Основные характеристики LTE:
• Работа в режимах TDD и FDD.
• Максимальная скорость приема 326 Мбит/с. с шириной канала 20 МГц
• Максимальная скорость отдачи 86.4Мбит/с. с шириной канала 20 МГц
• Ширина канала масштабируется до 20 МГц, с различным (1.4, 2.5, 5, 10, 15, и 20 МГц) шагом.
• Время отклика, до 10 мс., между оборудованием пользователя и базовой станцией и менее 100 мс. время перехода в активное из неактивного состояния.
• Увеличенная спектрально-частотная эффективность в сравнении с release 6 HSPA
• Возможность передачи голоса по IP/IMS;
• OFDMA на линии от базовой станции с модуляцией 64QAM;
• Ширина канала до 20 МГц;

Общая структура сети LTE

Сеть LTE состоит из двух важных компонентов: сети радиодоступа E-UTRAN (EvolvedUTRAN) и базовой сети SAE (SystemArchitectureEvolution), включающей в себя усовершенствованную пакетную сеть EPC (EvolvedPacketCore). Вместе LTE и SAE составляют усовершенствованную пакетную систему EPS (EvolvedPacketSystem). На рис. 2.2.2. изображена общая архитектура сети, включая сетевые элементы и стандартные интерфейсы.

Рис. 2.2.2. Общая архитектура сети LTE.

Рассмотрим элементы сети LTE подробнее:

MME (Mobility Management Entity)

MME является контрольным узлом, через который проходит весь сигнальный трафик между UE и Core Network (CN). Протоколы, которые используются для передачи контрольного трафика между UE и CN, известны как NAS (Non-Access Stratum). Функции, выполняемые MME, делятся на следующие два множества:
• Управление потоками (Bearer Management). К данной области относится уровень управления сессиями (session management layer) протокола NAS, в рамках которого осуществляется создание, поддержание и удаление потоков.
• Управление подключениями (Connection Management) В рамках этой функциональности осуществляется подключения абонентов к сети и создание правил шифрации и кодирования между UE и сетью. Эти действия выполняются на уровне подключений или управления мобильностью протокола NAS.
S-GW(Serving Gateway)

Все IP пакеты, которые относятся к UE передаются через S-GW, который является анкерным для потоков данных, когда UE перемещается между различными базовыми станциями (eNodeB). Кроме этого, S-GW хранит всю информацию о потоках UE, когда UE находится в холостом режиме (idle mode). Также S-GW временно накапливает данные, отправленные к UE, пока MME запускает процедуру пейджинга (paging) UE, чтобы создать потоки (нарадио канале) для отправки данных на UE.
Кроме перечисленных функций, S-GW осуществляет еще и некоторые административные функции в визитной сети. Например, сбор информации для осуществления списаний по счету.

P-GW (PDN Gateway)

Функции данного устройства заключаются в выделении IP адреса для UE, соблюдении параметров QoS и осуществлении списаний по счету на основе набора правил, полученных из PCRF (Policy Control and Charging Rules Function). Также P-GW осуществляет фильтрацию поступающих IP пакетов в различные клиентские потоки с конкретным набором параметров QoS при этом используются TFT (Traffic Flow Templates).
На рисунке 2.2.3 приводится стек протоколов, используемый в пользовательской плоскости.


Рис. 2.2.3 Стек протоколов пользовательской плоскости.

IP пакеты, адресованные UE, туннелируются (GTP-U/UDP/IP) на участке между P-GW и eNodeB (интерфейсы S1 и S5/S8) для последующей их передачи на UE. Стек протоколов на участке между UE и eNodeB состоит из: PDCP (Packet Data Convergence Protocol), RLC (Radio Link Control) и MAC
(MediumAccessControl)подуровней.
На рисунке 2.2.4, который изображен ниже приводится стек протоколов, используемый в контрольной плоскости.


Рис. 2.2.4 Стек протоколов контрольной плоскости.

Протоколы, которые используются между UE и eNodeB носят название Access Stratum (AS) протоколы. В контрольной плоскости все протоколы ниже RRC выполняют те же самые функции, что и в пользовательской плоскости. За исключением того, что в контрольной плоскости нет сжатия заголовков.
Протокол RRC выполняет главные контролирующие функци, к которым относятся создание потоков, используемых при радио передаче, и конфигурация всех нижележащих уровней.
Взаимодействие между соседними eNodeB осуществляется через интерфейс X2.

Хэндовер через интерфейс X2
X2 это логический интерфейс между eNBs. Он похож на интерфейс IurWCDMA. SourceeNB использует интерфейс X2 для передачи сообщении о запросе хэндовера TargeteNB. После получения сообщения о запросе хэндовера TargeteNB начинает резервировать частотный ресурс, после этого она отсылает ответное сообщение SourceeNB (рис. 2.2.5).
Существуют различные элементы информации (некоторые необязательные) в сообщении HandoverRequest, такие как: потоки, запрашиваемые сетью SAE, должны быть переданы; список ограничений хэндовера, который может ограничить следующие попытки хэндовера для UE; информация о последней ячейке, в которой было активно UE, если эта функция была включена (чтобы избежать эффекта пинг-понга и частых переключений туда – обратно).


Рис. 2.2.5 Подготовка хэндовера через X2 интерфейс.
После отправки запроса на хэндовер eNB запускает таймер, если ответ не был получен, то процедура отменяется. Существует сообщение HandoverCancel для отмены текущую передачу обслуживания. Сообщение подтверждения запроса на хэндовер содержит информацию о возможности новой eNB принять потоки сети SAE (по крайней мере, частично). Также сообщение содержит информацию о GTP туннеле для каждого SAE потока (для возможности доставки протокольных блоков данных вверх и вниз).
Особенности радиоинтерфейса сети LTE.
Основными требованиями к сети радиодоступа E-UTRAN являются:
1. Максимальная (пиковая) скорость передачи данных (peakdatarates): 100 Мбит/с в линии «вниз» (спектральная эффективность 5 бит/с/Гц) и 50 Мбит/с в линии «вверх» (спектральная эффективность 2.5 бит/с/Гц) при полосе канала 20 МГц.
2. Емкость сети E-UTRAN: не менее 200 пользователей на соту в активном режиме при ширине спектра сигнала 5 МГц.
3. Время задержки передачи пакетов данных на уровне протоколов управления (control-planelatence):
- время перехода мобильного терминала из неработающего состояния IDLE в активное состояние CELL_DCH менее 100 мс;
- время перехода мобильного терминала из режима ожидания CELL_PCH в активное состояние CELL_DCH менее 50 мс.
4. Время задержки передачи пакетов данных пользователя (userplanelatency): менее 5 мс в активном состоянии мобильного терминала при загрузке IP-пакетов минимальных размеров (для одного пользователя с одним потоком данных).
5. Скорость передачи данных пользователя (userthroughput): в линии «вниз» в три-четыре раза выше, чем при использовании технологии HSDPA и при двух передающих антеннах базовых станций и двух приемных антеннах абонентских терминалов; в линии «вверх» в два-три раза выше, чем при использовании технологии HSUPA и при одной передающей антенне абонентских терминалов и двух приемных антеннах базовых станций.
6. Эффективность использования спектра: в линии «вниз» в три-четыре раза выше, чем при использовании технологии HSDPA в условии полной загрузки сети; в линии «вверх» в два-три раза выше, чем при использовании технологии HSUPA в условиях полной загрузки сети.
7. Мобильность абонентов в сети E-UTRAN: низкая (0…15 км/ч), высокая (15…120 км/ч), сверхвысокая (120…350 км/ч, до 500 км/ч).
8. Радиус сот: до 5 км при обеспечении максимальных пропускной способности, спектральной эффективности и мобильности; до 30 км при ухудшении этих параметров.
9. Технология мобильного вещания (MultimediaBroadcastMulticastService – MBMS): снижение технологической сложности АТ, одновременное предоставление пользователю услуг вещания и передачи речи, доступность для технологии вещания парных и непарных спектральных полос.
10. Гибкость использования радиоспектра.
11. Совместимость сети E-UTRAN с другими сетями 3GPP

Особенности радиоинтерфейса LTE в линии «вниз» (Downlink)

Радиоинтерфейс LTE поддерживает оба метода дуплексного разделения каналов: частотный FDD и временной TDD . Особенностью радиоинтерфейса в линии «вниз» сети E-UTRAN является использование технологии множественного доступа OFDMA, обеспечивающей высокую гибкость распределения и масштабируемость радиоресурсов для каналов передачи данных с различной полосой пропускания. Интервал времени передачи (TTI) в линии «вниз» сети E-UTRAN соответствует длительности подкадра и равен 0.5 мс (как и для технологии HSDPA). При этом обеспечивается низкое время ожидания и высокая эффективность планирования передачи пакетов данных на радиоинтерфейсе. В линии «вниз» поддерживаются следующие виды модуляции: QPSK, 16QAM и 64QAM.
В линии «вниз» предполагается использование технологии MIMO (MultipleInputMultipleOutput). Основная конфигурация технологии MIMO предполагает использование двух передающих и двух приемных антенн базовой станции и мобильного терминала. Максимально предполагается использовать 4-е передающих антенн базовых станций и 2-4 приемных антенны абонентских терминалов. Технология MIMO обеспечивает передачи данных как многих (MU-MIMO), так и единственного пользователя (SU-MIMO).
Линия «вниз» E-UTRAN подразумевает использование следующих физических каналов:
• PDSCH (Physical downlink shared channel) – распределенный транспортный физический канал линии «вниз»;
• PDCCH (Physical downlink control channel) – физический канал управления линии «вниз»;
• CCPCH (Common control physical channels) – общийфизическийканалуправления.
Связь транспортных и физических каналов показана на рис. 2.2.6. В настоящее время в E-UTRAN для LTE определены четыре транспортных канала:
• BCH (Broadcast Channel) – вещательный канал;
• PCH (Paging Channel) – канал вызова (пейджинга);
• DL-SCH (Downlink Shared Channel) – совмещенный канал линии «вниз»;
• MCH (Multicast Channel) – канал вещания в группе.


Рис. 2.2.6Связь транспортных и физических каналов в линии «вниз» сети E-UTRAN.

Модуляция OFDM/QAM в линии «вниз»

Технология ортогонального мультиплексирования OFDM основана на формировании многочастотного сигнала, состоящего из множества поднесущих частот, отличающихся на величину ∆f = |wn-wn-1|/2π, выбранную из условия ортогональности сигналов на соседних поднесущих частотах (wn – n-я радиальная поднесущая частота).
При формировании OFDM-сигнала поток последовательных информационных символов длительностью Tи/N разбивается на блоки, содержащие N символов. Далее блок последовательных информационных символов преобразуется в блок параллельных символов, в котором каждый информационный символ соответствует определенной поднесущей частоте многочастотного сигнала. При этом длительность символа увеличивается в N раз. Суммарная ширина спектра многочастотного сигнала соответствует ширине спектра исходного сигнала с последовательными символами. Цель такого преобразования – защита сигнала от узкополосных помех. Защита достигается благодаря тому, что параллельные символы многочастотного сигнала представляют собой кодовое слово помехоустойчивого кода, который позволяет восстановить символы в случае их ошибочного приема из-за искажений спектра. Частотно-временное представление OFDM-сигнала показано на рис. 2.2.7. Преобразование сигнала из временной области в частотную происходит с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ).
Преимущество OFDM-сигнала заключается в уменьшении необходимого количества временных защитных интервалов. При сигнале с последовательными символами защитные интервалы добавляются между каждыми символами, а при сигнале с параллельными символами – между группами символов.

Рис. 2.2.7 Частотно-временное представление OFDM-сигнала при ширине спектра 5 МГц.


Особенности OFDM-сигналов:
- мультиплексирование сигналов на поднесущих частотах, модулированных информационными символами по выбранному закону;
- ортогональность сигналов на поднесущих частотах (взаимная корреляционная функция равна нулю);
- каждый OFDM-символ имеет защитный временной интервал для исключения межсимвольной интерференции, который выбирается с учетом импульсной характеристики линии связи (физической среды распространения радиосигнала).
Схема формирования OFDM-сигнала показана на рис.2.2.8.

Рис. 2.2.8 Схема формирования OFDM/QAM-сигнала.

На практике при формировании OFDM/QAM-сигнала используется дискретное обратное преобразование Фурье (ОБПФ) на N точек. Это значительно упрощает практическую реализацию приемопередающего устройства с модуляцией OFDM/QAM. Схема формирования OFDM/QAM-сигнала в передатчике базовой станции сети E-UTRANпоказана на рис. 2.2.9.



Рис. 2.2.9 Схема формирования OFDM/QAM-сигнала в передатчике eNB сети E-UTRAN.

При формировании OFDM/QAM-сигнала в линии «вниз» в режиме временного дуплекса используются циклические префиксы для борьбы с межсимвольной интерференцией. При этом длительность коротких префиксов равна 4.7 мкс, длительность длинных – 16.7 мкс при разнесении поднесущих частот на 15 кГц Временные отрезки (кадры длительностью 10 мс) состоят из 20 подкадров одинаковой длительности: Тпк = 0.5 мс.

Особенности радиоинтерфейса LTE в линии «вверх» (Uplink)

Особенностью радиоинтерфейсов в линии «вверх» сети E-UTRAN является использование технологии множественного доступа с одной несущей частотой (SignalCarrier-FrequencyDivisionMultipleAccess – SC-FDMA). Исключение взаимного влияния пользователей достигается введением циклических префиксов и использованием эффективных эквалайзеров в приемных устройствах. Интервал времени передачи в линии «вверх» соответствует интервалу в линии «вниз» и равен 0.5 мс.
Технология множественного доступа SC-FDMA основана на преобразовании Фурье (рис. 2.2.10).



Рис. 2.2.10. Схема передающего устройства при множественном доступе SC-FDMA в сети E-UTRAN.

При формировании группового сигнала в линии «вверх» (рис. 2.2.11) для каждого терминала решается вопрос о том, какая часть поднесущих используется, а какая нет. Между каждым из сигналов, образующихся после быстрого преобразования Фурье, вставляется L-1 нулевых символов; L – количество нулевых символов. При последовательном распределении поднесущих L = 1 (рис. 2.2.11, слева), т.е. между символами, образующимися после быстрого преобразования Фурье, не вставляются нулевые поднесущие (L-1 = 0). При смешанном распределении L>1 (рис. 2.2.11, справа).

Рис. 2.2.11. Схема формирования поднесущих OFDM-сигнала: слева – последовательное распределение поднесущих, справа – смешанное распределение поднесущих.

Для линии «вверх» определены три физических канала:
- PRACH (PhysicalRandomAccessChannel) – физический канал произвольного (случайного) доступа;
- PUCCH (PhysicalUplinkControlChannel) - физический канал управления линии «вверх»;
- PUSCH (PhysicalUplinkSharedChannel) – физический распределенный транспортный канал линии «вверх»
и два транспортных канала:
- RACH (RandomAccessChannel) – канал случайного доступа;
- UL-SCH (UplinkSharedChannel) – совмещенный канал линии «вниз».
Связь транспортных и физических каналов показана на рис. 2.2.12.



Рис. 2.2.12. Связь транспортных и физических каналов в линии «вверх» сети E-UTRAN.


Логические и транспортные каналы сети E-UTRAN
Логические каналы соответствуют типам передаваемой информации и подразделяются на две группы (рис. 2.2.13):
-каналы управления (передачи данных протоколов плоскости управления);
- каналы трафика (передачи данных протоколов плоскости пользователя).
Передача данных логических каналов осуществляется с помощью транспортных каналов. Преобразование логических каналов в транспортные и наоборот происходит согласно протоколу MAC. При преобразовании выполняется планирование передачи пакетов данных с учетом приоритетов данных, функций формирования пакетов данных транспортных каналов, мультиплексирования и др.
Классификация транспортных каналов в обеих линиях показана на рис. 2.2.14.


Рис. 2.2.13 Классификация логических каналов сети E-UTRAN.

Рис. 2.2.14 Классификация транспортных каналов сети E-UTRAN.

Распределение логических каналов по направлениям передачи и их связь с транспортными каналами показаны на рис. 2.2.15 и 2.2.16.

Рис. 2.2.15 Логические каналы линии «вниз».

Рис. 2.2.16Логические каналы линии «вверх».

Частотно-временная структура OFDM-сигналов сети E-UTRAN в режиме TDD

Во временной области физический уровень радиоинтерфейса сети E-UTRAN имеет кадровую структуру, состоящую из полукадров длительностью 5 мс. Каждый полукадр состоит из 5 подкадров или 10 временных слотов. Временная кадровая структура в режиме TDD приведена на рис. 2.2.17.

Рис. 2.2.17 Временная структура OFDM-сигнала сети E-UTRAN в режиме TDD.

При работе сети E-UTRAN в режиме временного дуплекса TDD временные слоты полукадров распределяются между линиями «вверх» и «вниз» с учетом различных типов пользовательского трафика. Временные слоты состоят из целого числа сигнальных символов. Структура временных слотов внутри полукадра может изменяться от полукадра к полукадру, адаптируясь к различным профилям трафика и требованиям к задержкам.
В линии «вниз» полукадры содержат сигналы синхронизации и системную информацию. Значительное упрощение АТ достигается за счет аналогичности структур сигналов синхронизации и системной информации в режимах TDD и FDD. Полукадры сети имеют защитный интервал только в точке переключения из линии ««вниз в линию «вверх» (DUSP). В точке переключения из линии «вверх» в линию «вниз» (UDSP) нет необходимости в защитном интервале благодаря синхронизации по времени задержки распространения радиосигнала.
В частотной области физический уровень сети состоит из частотно-временных блоков PRB. Блок PRB является условной единицей использования частотно-временного ресурса сети E-UTRAN. Частотно-временная структура блока включает в себя 12 поднесущих частот и имеет длительность одного временного слота, т.е. семь или шесть OFDM-символов при коротком/длинном циклическом префиксе СР (рис. 2.2.18). Формирование OFDM-сигналов с заданной шириной спектра осуществляется путем стыковки нескольких блоков PRB (таблица 2.2.1). Распределение блоков PRB между АТ выполняется базовыми станциями eNB. Из рис. 2.2.18 следует, что передаваемый радиосигнал в линии «вниз» определяется количеством поднесущих N в полосе канала и длительностью OFDM-символов.

Рис. 2.2.18 Частотно-временная структура блока PRB.

Значения параметров формирования OFDM-сигналов в линии «вниз»
Таблица 2.2.1
Параметр Значения параметров
Ширина спектра сигнала, МГц 1,4 3 5,0 10,0 15,0 20,0
Частотное разнесение поднесущих, кГц 15
Ширина спектра PRB, кГц 180
Количество блоков PRB 6 15 25 50 75 100

Для синхронизации и оценки параметров канала блок PRB содержит специальные контрольные сигнальные символы R, которые передаются в первом и пятом OFDM-символе каждого временного слота при коротком CP (рис. 2.2.19) либо в первом и четвертом – при длинном CP. В частотной области контрольные сигнальные символы передаются с фиксированным частотным разносом.

Рис. 2.2.19 Распределение контрольных сигнальных символов R во временном слоте[2].

При применении технологии MIMO контрольные сигнальные символы передаются каждой антенной (рис. 2.2.20). Как показано на рисунке, контрольные сигнальные символы от разных антенн разнесены по времени и частоте. Каждая из антенн не излучает никаких сигналов в моменты времени и на частоте поднесущих передачи контрольных сигнальных символов другими антеннами.

Рис. 2.2.20. Распределение контрольных сигнальных символов R0, R1 во временном слоте при технологии MIMO.
Особенности распространения радиоволн
Для того чтобы понять принципы действия технологии MIMO необходимо рассмотреть общие принципы распространения радио волн в пространстве. Волны, излучаемые различными системами беспроводной радиосвязи в диапазоне свыше 100 МГц, во многом ведут себя как световые лучи. Когда радиоволны при распространении встречают какую-либо поверхность, то в зависимости от материала и размера препятствия часть энергии поглощается, часть проходит насквозь, а оставшаяся – отражается. На соотношение долей поглощенной, отраженной и прошедшей насквозь частей энергий влияет множество внешних факторов, в том числе и частота сигнала. Причем отраженная и прошедшая насквозь энергии сигнала могут изменить направление своего дальнейшего распространения, а сам сигнал разбивается на несколько волн.

Рис 2.2.21Распределение энергии сигнала при взаимодействии с препятствием.

Распространяющийся по вышеуказанным законам сигнал от источника к получателю после встречи с многочисленным препятствиями разбивается на множество волн, лишь часть из которых достигнет приемник. Каждая из дошедших до приемника волн образует так называемый путь распространения сигнала. Причем из-за того, что разные волны отражаются от разного числа препятствий и проходят разное расстояние, различные пути имеют разные временные задержки.

Рис 2.2.22Пример многолучевого распространения сигнала.
В условиях плотной городской постройки, из-за большого числа препятствий, таких как здания, деревья, автомобили и др., очень часто возникает ситуация когда между абонентским оборудованием (MS) и антеннами базовой станции (BTS) отсутствует прямая видимость. В этом случае, единственным вариантом достижения сигнала приемника являются отраженные волны. Однако, как отмечалось выше, многократно отраженный сигнал уже не обладает исходной энергией и может прийти с запозданием. Особую сложность также создает тот факт, что объекты не всегда остаются неподвижными и обстановка может значительно измениться с течением времени. В связи с этим возникает проблема многолучевого распространения сигнала – одна из наиболее существенных проблем в беспроводных системах связи.



Радиочастотные диапазоны сети LTE
Рабочими группами Партнерского проекта 3GPP и ETSI в технических спецификациях для LTE определены 17 полос радиочастот для режима частотного дуплекса FDD и 8 полос для режима временного дуплекса TDD, которые показаны в таблице 2.2.2.
Таблица 2.2.2.

Диапазоны частот для сети радиодоступа E-UTRA
Номера рабочих диапазонов Диапазон частот, МГц Вид дуплекса
Линия «вверх»
(UL) Линия «вниз»
(DL)
1 1920 - 1980 2110 - 2170 FDD
2 1850 – 1910 1930 – 1990 FDD
3 1710 – 1785 1805 – 1880 FDD
4 1710 – 1755 2110 – 2155 FDD
5 824 – 849 869 – 894 FDD
6 830 – 840 875 – 885 FDD
7 2500 – 2570 2620 – 2690 FDD
8 880 – 915 925 – 960 FDD
9 1749,9 – 1784,9 1844,9 – 1879,9 FDD
10 1710 – 1770 2110 – 2170 FDD
11 1427,9 – 1452,9 1475 – 1500,9 FDD
12 698 – 716 728 – 746 FDD
13 777 – 787 746 – 756 FDD
14 788 – 798 758 – 768 FDD
17 704 – 716 734 – 746 FDD
18 815 – 830 860 – 875 FDD
19 830 – 845 875 – 890 FDD
33 1900 – 1920 TDD
34 2010 – 2025 TDD
35 1850 – 1910 TDD
Продолжение таблицы 2.2.2.
36 1930 – 1990 TDD
37 1910 – 1930 TDD
38 2570 – 2620 TDD
39 1880 – 1920 TDD
40 2300 – 2400 TDD

Из таблицы видно, что диапазоны, предназначенные для развития сетей LTE, уже освоены или осваиваются в России для работы сетей мобильной связи и беспроводного доступа различных технологий. Поэтому, создание в России LTE-сетей сопровождается трудностями с выбором и получением разрешения на использование частотного диапазона. Таким образом, будущее внедрения сетей LTE в России связано с необходимостью реформирования использования радиочастотного спектра на основе национальных процедур его высвобождения и перепланирования.
Распоряжением Правительства Российской Федерации от 21 января 2011 года № 57-р распределены полосы частот для перспективных радиотехнологий, включая LTE. Это диапазоны 800 – 900 МГц; 2,3 – 2,4 ГГц; 2,5 – 2,7 ГГц. 8 сентября 2011 года на заседании Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ) полосы радиочастот 791 – 862 МГц,
2500 – 2690 МГц, 2300 – 2400 МГц определены для создания на территории Российской Федерации сетей связи LTE и последующих его модификаций.

Взаимодействие стандарта LTEсо стандартами не-3GPP

Поддержка мобильности абонентского терминала при его перемещении из зоны обслуживания одной сети в зону обслуживания другой – является важной задачей, возникающей при взаимодействии сети LTE с сетями мобильной связи стандартов 3GPP (UMTS/GSM/HSPA+). Взаимодействие сети LTE с сетями 3GPP заключается в обеспечении дискретной мобильности (роуминга) и обеспечения непрерывной мобильной связи (хэндовера).
Основными интерфейсами взаимодействия сети LTE с сетями 3GPP являются интерфейсы S3, S4 и S12. Данные интерфейсы обеспечивают взаимодействие логического элемента управления мобильностью MME и шлюза S-GW сети LTE с сервисным узлом SGSN сетей 3G с помощью туннельного протокола GTP (GPRSTunnellingProtoсol).Протокол GTP предназначен для передачи данных плоскости управления (протокол GTP-C) и для передачи данных плоскости пользователя (протокол GTP-U). В условиях роуминга шлюз S-GW визитной сети взаимодействует с шлюзом
P-GW (шлюз взаимодействия с пакетными сетями) домашней сети.
Взаимодействие сети LTE с другими 3GPP для оказания традиционных услуг телефонии осуществляется с помощью как традиционной технологии коммутации каналов (TDM), так и технологии коммутации пакетов на базе сервисной подсистемы IMS.
Хэндовер между сетью LTE и другой сетью 3GPP при осуществлении голосового вызова происходит с помощью взаимодействия логического элемента MME с сервером MSC по интерфейсу Sv в случае вызовов из сети LTE в традиционный домен коммутации каналов (CS-домен); и с помощью взаимодействия логического элемента MME с узлом SGSN по интерфейсу S3 в случак голосового вызова из сети LTE в домен коммутации пакетов (PS-домен).
Взаимодействие сети LTE с сетями не-3GPP разделяется на взаимодействие с сетями с гарантированной безопасностью – «надежными» и взаимодействие с сетями с негарантированной безопасностью – «ненадежными». В качестве «надежных» сетей могут выступать присоединенные сети других стандартов (CDMA2000, WiMAX), в качестве «ненадежных» - публичные IP-сети Интернета. Взаимодействие сети LTE с «надежными» сетями стандартов не-3GPP осуществляется посредством шлюза P-GW, взаимодействие с «ненадежными» сетями – посредством шлюза ePDG.
С учетом концепции построения базовой сети EPC «все через IP» мобильность абонентского терминала при взаимодействии сети LTE с сетями не-3GPP основана на протоколах управления мобильностью в IP-сетях:
• протоколы управления мобильностью на базе хостов - HBM (HostBasedMobility) – MIPv4, DSMIPv6;
• протоколы управления мобильностью на базе сети – NBM (NetworkBasedMobility) – PMIPv6.
Идентификация абонентского терминала по IP-адресу и маршрутизация осуществляется так же как в IP-сетях.

Спектр услуг сети LTE
Услуги, предоставляемые сетями LTE, имеют более широкий спектр по сравнению с сетями 2G/3G. В первую очередь это связано с высокой пропускной способностью сети и повышенной скоростью передачи данных, а так же с переходом на концепцию «все через IP». Основными услугами, предоставляемых сетью LTE являются следующие:
• пакетная передача речи;
• передача Интернет-файлов;
• доставка электронной почты;
• передача мультимедийных сообщений;
• мультимедийное вещание, включающее в себя потоковые услуги, услуги по загрузке файлов, телевизионные услуги;
• потоковое видео;
• VoIP и высококачественные видеоконференции;
• онлайн-игры через мобильные и фиксированные терминалы различных типов;
• мобильные платежи с высокой передачей реквизитов и идентификационной информации.

Дальнейшее развитие технологии LTE
Дальнейшее развитие технологии LTE будет продолжаться в рамках работ над LTEAdvanced. Требования к стандарту: максимальная скорость передачи данных в нисходящем канале – до 1 Гбит/с, в восходящем канале – до 500 Мбит/с (средняя пропускная способность на одного абонента – в три раза выше, чем в LTE); полоса пропускания в нисходящем канале – 100 МГц, в восходящем канале – 60 МГц; максимальная эффективность использования спектра в нисходящем канале – 30 бит/с/Гц, в восходящем канале – 15 бит/с/Гц (втрое выше, чем в LTE); полная совместимость и взаимодействие с LTE и другими системами стандартов 3GPP (GERAN/UMTS).Для решения этих задач предполагается использовать радиоканалы с более широкой полосой (до 100 МГц), ассиметричное разделение полос пропускания между нисходящим и восходящим каналом в случае частотного дуплекса, более совершенные системы кодирования и исправления ошибок; гибридную технологию OFDMA и SC-FDMA для восходящего канала, а также технологию MIMO для антенных систем LTE.




















2.3. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ СЕТИ.

Функционально оборудование LTE разделяется на базовое и абонентское. В настоящее время существует много компаний, которые производят оборудование, поддерживающее стандарт LTE.
Для выбора оборудования были установлены следующие базовые критерии (технические характеристики):
1. пропускная способность на сектор базовой станции;
2. функциональность абонентских комплектов;
3. рабочие диапазоны частот;
4. наличие подробного технического описания;
5. наличие сертификатов.

Выбор оборудования БС LTE
Китайский производитель не стоит на месте и его технические решения позволяют быть в числе лидеров по поставкам оборудования 4G LTE.
В связи с напряженной ситуацией в мире, а в частности введением санкции со стороны Европы и США, я счел необходимым обратить внимание на оборудование китайского производителя Huawei.
Ниже приведен выбор оборудования базовой станции стандарта LTE.

Рис.2.3.1. Решение LTE от Huawei.
Общие характеристики оборудования БС
Таблица 2.3.1.

Название оборудования

Huawei DBS3900 LTE

Наименование

БС стандарта LTE

Рабочие частоты радиопередатчика

2500-2690

Тип перестройки частоты

Дискретный

Тип выходного прибора

Полупроводниковый прибор

Мощность ЭИИМ

32 дБВт

Наименование оборудования

RRU3908LTE


Рабочие частоты радиоприемника
2500-2690 МГц

Тип приемника

Супергетеродинный

Тип антенны

Панельная

Назначение антенны

Приемопередающая

Коэффициент усиления антенны

18дБ

Тип фидера

Волноводная секция

Затухание АФТ на прм. (дБ)

2дБ

Затухание АФТ на прд. (дБ)

2дБ
Тип и характеристики поляризации Наклонная


Рассмотрим поближе каждый тип оборудования в БС.
На рисунке 2.3.2. изображена принципиальная схема базовой станции от компании Huawei.


Рис. 2.3.2 Принципиальная схема БС

Сама базовая станция DBS3900 состоит из трёх частей:
1. BBU- это основная часть БС (Обрабатывает информацию)
2. RRU- это передатчики TRx.
3. Антенна (Сектор, сота).
DBS3900 представляет собой распределённую базовую станцию, с использованием платформы BTS компании 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 RRU3908, поддерживает работу двух/четырёх радиопередатчиков.
В DBS3900 используется выносной радиочастотный модуль, отвечающий требованиям построения сетей в аспекте расширения ёмкости, гибкости установки и модернизации.
Между блоками RRU3908 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


Рис. 2.3.3. Блок обработки частот
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.






RRU3908

Рис. 2.3.4. Приемопередающий блок.
RRU3908 – выносной радиочастотный блок. Обеспечивает обработку сигналов основных частот и радиочастотных сигналов. Один RRU3908 выполняет функцию двух приёмопередатчиков. Если два модуля RRU3908 установлены в подстативе RRU3908, они выполняют функцию четырёх приемопередатчиков.
Один модуль RRU3908 обеспечивает два приёмопередатчика. Два модуля RRU3908 установленные в подстативе RRU3908, выполняют функцию четырёх приемопередатчиков.
RRU3908 имеет небольшой вес и характеризуется простотой установки. Подстатив RRU3908 можно установить на стальной мачте, стене или бетонном основании(рис. 2.3.5.)


Рис 2.3.5. БС от Huawei.

Выбор управляющего оборудования сети

Для реализации проекта по развертыванию сети LTE в городе Королев, так же необходимо выбрать управляющее устройство. Лучшую совместимость с оборудованием базовых станций от компании Huawei имеет управляющее устройство eCNS600.
В eCNS600 объединены функции управления аутентификацией SAE-HSS, функции MME и функции S-GW/P-GW. eCNS600 устанавливается в основной подстатив, выполняет функции EPC и имеет следующие отличительные свойства:
• Большая емкость
1) eCNS600 поддерживает 20 000 UE и передачу данных большого объема.Поддержка 20 000 UE и передачи данных большого объема.
2) eCNS600 позволяет интегрировать различные логические NE EPC, упрощает сеть и техническое обслуживание, сокращает затраты и облегчает развертывание.
• Низкое потребление мощности- энергопотребление eCNS600, установленного в режиме одной платы, составляет 900 Вт, что сокращает затраты на техобслуживание.
• ММЕ (Mobility Management Entity) – узел управления мобильностью – отвечает за решение задач управления мобильностью абонентского терминала, управления безопасностью мобильной связи (NAS Security), управления службой передачи данных.
• SGW (Serving Gateway) – обслуживающий шлюз сети LTE – отвечает за обработку и маршрутизацию пакетных данных поступающих из/в подсистему базовых станций;
• PGW (Public Data Network Gateway) – шлюз от/к сетей других операторов – отвечает за передачу голоса и данных из/в сети оператора LTE в другие сети 2G, 3G, не-3GPP и Internet;
• HSS (Home Subscriber Server) - серверабонентскихданных;
• PCRF (PolicyandChargingRulesFunction) - узел выставления счетов абонентам за оказанные услуги;
• DHCP/DNS - сервер выделения IP-адресов.
Решения по реализации сети EPC LTE разработаны компанией «Huawei». Основой идеи реализации стало совмещение функций MME, SGW и PGW в одном шасси мультисервисной платформы.

Рис. 2.3.6. Решение компании «Huawei» по объединению функций сети EPC



Абонентское оборудование

Рис. 2.3.7.USB- модем E392.

HuaweiE392 — многорежимный USB-модем для беспроводного выхода в Интернет. Устройство поддерживает стандарты LTE(FDD/TDD)/UMTS/GSM, благодаря чему обеспечивает доступ в сеть нового поколения 4G и позволяет развивать скорость передачи данных до 70 Мбит/с.

Модем автоматически переключается между 4G и существующими сетями оператора (2G и 3G), обеспечивая комфортный беспроводной доступ в интернет в любом месте. 4G модем совместим с компьютерами на базе операционной системы Windows и Mac OS. Установка устройства проходит автоматически и пользователю совершенно ничего не надо настраивать. Достаточно подключить устройство к свободномуUSB-порту.

Диапазон частот: TDD/FDD LTE 2600 МГц DC-HSPA+/HSPA+/UMTS 2100/900 МГц GSM/GPRS/EDGE850/900/1800/1900МГц.
В модеме установлен чипсет Qualcomm MDM9200

Поддержка SMS

Cкорость приема данных до 100 Мбит/с

Cкорость передачи данных до 50 Мбит/с

Автоматическая установка

Стандартный USB интерфейс (Type A)

Слот для Микро SD-карты

Интерфейс внешней антенны

Размер: 100x35x13.8 мм, вес:
Выбор оборудования для построения сети LTE от компании Huawei отвечает всем поставленным нормам, а также технически реализуем.








2.4. РАСЧЕТ СОТОВОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ ГОРОДА КОРОЛЁВ МО

Краткие сведения о городе Королев Московской области
Королев – город областного подчинения в Московской областиРоссии,наукоград.Образует одноимённый городской округ. Население — 187 284чел. Город Королёв расположен к северо-востоку отМосквы, в 6—7 км отМКАДпо Ярославскому шоссе.
9 ноября 2013 года губернатор Московской области объявил о том, что в 2014 году город Юбилейный и Королёв образуют единый городской округ. Причиной объединения он назвал дефицит площадей для развития Королёва. Вследствие чего, будем считать, что население городского округа составляет 220 362 человека.
С юга к городу примыкаетНациональный парк «Лосиный Остров», а с севера и востока — дачные посёлки. Протяжённость города с северо-востока на юго-запад составляет 15 км. Площадь, занимаемая городом, равна 51,95 км². А площадь городского округа — 52,52 км²
Королёв — один из крупнейших научно-производственных центров Московской области. На территории города есть множество заводов, НИИ, конструкторских бюро.
Развертывание сети LTE будет огромным вкладом в развитие инфраструктуры города. Учитывая равномерность застройки, покрытие LTE в городском округе Королёв будет носить массовый характер.

Выбор характеристик радиоинтерфейса стандарта LTE
Работа сети стандарта LTE осуществляется с коэффициентом переиспользования частот 1, т.е. все БС работают на одной несущей (рис. 2.4.1).

Рис. 2.4.1.Схема повторного использования частот в сети LTE.

Ширина рабочей полосы одного сектора составляет 10 МГц. Число активных абонентов, поддерживаемое одним сектором базовой станции, составляет 300 человек. Каждая базовая станция поддерживает три сектора.
Ниже выбраны параметры сети.

Технические характеристики стандарта
Таблица 2.4.1.
Параметр Значение
Стандарт радиоинтерфейса LTE
Рабочая частота, используемая при расчете 2,6 ГГц
Ширина полосы пропускания канала в расчете 10 МГц
Номинальное число поднесущих 1024
Режим разделения каналов дуплексный режим с временным разделением TDD
Адаптивная модуляция QPSK, 16-QAM, 64-QAM
Разнесение антенн MIMO
Антенно-фидерная система
БС МС
Приемные и передающие антенны основная конфигурация 2 приемных, 2 передающих
2 передающих;
2 приемных


Продолжение таблицы 2.4.1.
Коэффициент усиления 18 дБи 0 дБи
Передатчик
Максимальная мощность усилителя 46 дБм 23 дБм
Приемник (МС)
Модуляция Чувствительность приемника дБм (Рош = 10-6) в
10 МГц полосе
QPSK 1/2 -94
QPSK 3/4 -91
16-QAM 1/2 -87,5
16-QAM 3/4 -83
64-QAM 2/3 -79
64-QAM 3/4 -77,5

Источник:
1. Стандарт 3GPP/LTERelease 8-10;
2. Решения ГКРЧ от 8 сентября 2011 года об использовании радиочастотного спектра радиоэлектронными средствами стандарта LTE и последующих его модификаций.

Расчет количества базовых станций и абонентов сети.
Параметры:
Δf = 50 МГц – полоса частот, выделенная для работы системы;
Δfrk= 180 кГц – полоса частот 1 радиоканала;
Mcek = 3– число секторов базовой станции;
Nkl =3 – размерность кластера.
Определим общее число частотных каналов Nrk, выделяемых для развертывания сети, по формуле (3.1):
Nrk= , (3.1)
Nrk = 50 ∙ 106/180 ∙ 103,
Nrk = 227
После определим число радиоканалов Nrkcek, которое необходимо использовать для обслуживания абонентов в одном секторе одной соты (3.2):
Nrkcek = Nrk/(Nkl ∙ Mcek) (3.2)
Эффективным способом снижения общего уровня помех, воздействующих на БС, является секторирование сот за счет применение секторных антенн.
БС будут развертываться в трехсекторной конфигурации с шириной диаграммы направленности (ДН) 120°, которая является оптимальной для развертывания сетей LTE. Такие БС позволяют максимально эффективно использовать выделенный частотный ресурс, что достигается применением масштабируемых частотных планов. Трехсекторная БС представляет собой платформу, позволяющую со временем наращивать емкостьсети по мере роста абонентской базы; узкая ширина ДН, по сравнению с антеннами с круговой ДН, позволяет увеличить коэффициент усиления антенны (G), тем самым увеличивая радиус покрытия территории. Таким образом, число БС, необходимое для обслуживания абонентов на заданной территории, заметно сокращается.
Nrkcek = 227/(3 ∙ 3);
Nrkcek = 26.
Следующим шагом будет определение допустимой нагрузки в секторе одной соты Асек при допустимом значении вероятности блокировки вызова равной 3% и рассчитанным выше значении Nrkcek.















Рис 2.4.2. Зависимость допустимой нагрузки в секторе от числа каналов трафика и вероятности блокировки
Определяем по номограмме Эрланга, что Асек = 18 Эрл.
Число абонентов, которое будет обслуживаться одной базовой станцией, определяется по формуле (3.3):
Nabbc=Mcek(Асеk/А1) (3.3)
где: А1 – средняя абонентская нагрузка от одного абонента. Значение A1 может составлять (0,04...0,2) Эрл. Так как проектируемая сеть планируется использоваться для высокоскоростного обмена информацией, то значение A1 примем равным 0,1 Эрл. Таким образом:
Nabbc = 3*(21/0.1),
Nabbc = 630.
Число базовых станций в проектируемой сети вычислим по формуле (3.4):
Nbc=(Nabpot/Nabbc)+1 (3.4)
где: Nabpot – количество потенциальных абонентов, которое рассчитывается по формуле (3.5):
Nabpot=К∙Nab (3.5)
где:
К – коэффициент проникновения услуги (на начало 2014 года 12,5% для средних по численности населения городов)
Nab = 220362 - численность населения городского округа Королёв.
Определяем по формуле (3.5) количество потенциальных абонентов:
Nabpot = 0.125 ∙ 220362,
Nabpot = 27545,25 потенциальных абонентов
Подставляя значение в (3.4), получим число базовых станций, необходимых для покрытия территории:
Nbc = (27545,25/630) + 1;
Nbc = 45.
Для территории г. Королёв с численностью населения 220362 жителей и количеством потенциальных абонентов 27545,25 выберем рабочую полосу канала одного сектора равной 10 МГц. Для построения трехсекторной базовой станции необходимо 30 МГц, по 10 МГц на каждый сектор.

Расчет дальности связи. Карта радиопокрытия.
Дальность связи и площадь покрытия одной базовой станции можно оценить, используя уравнение бюджета канала связи и модель распространения радиоволн COST 231-Hata . Данная модель основана на эмпирических испытаниях и применяется в диапазоне 1,5-2 ГГц. Формула для расчета основных потерь на трассе согласно модели COST-231 выглядит так:
,(3.6)
где:
(3.7)
f – частота, МГц;
hb – высота антенны базовой станции (в метрах), превышающая усредненную высоту рельефа в направлении анализируемой трассы в пределах 3-15км;
hm - высота антенны мобильной станции, м; d - расстояние от передатчика до приемника, км;
С=0 дБ – для городов средних размеров и пригородов с умеренной плотностью деревьев. Дополнительно введу запас на замирания сигнала σ = 5 дБ, тогда Ld:
(3.8)
Для расчета дальности связи используется уравнение бюджета канала связи. Данное уравнение связывает уровни мощности на входе приемника PRX и выходной мощности передатчика PTX, когда приемник и передатчик находятся друг от друга на расстоянии d:
дБм, (3.9)
где PTX – выходная мощность передатчика, дБм;
GTX – коэффициент усиления антенны передатчика, дБи;
GRX – коэффициент усиления антенны приемника, дБи;
LRX, LTX – потери мощности сигнала, соответственно, в приемнике и передатчике, в кабеле, разъемах и др. (считается, что );
Ld – потери в дБ на пути распространения радиоволн на дальность d км. Выражаю из формулы (3.10) величину потерь на трассе:
. (3.10)
Рассчитаем радиус зоны покрытия d:
(3.11)
где Ld – рассчитывается по формуле (3.10);
, дБ; (3.12)
, дБ. (3.13)
Площадь покрытия БС рассчитывается по формуле (3.14) :
Sbc = (R2∙9∙√ (3))/8, км2 (3.14)

Исходные данные:

fLTE = 2600 МГц;
hb= 40 м - высота подъема антенны базовой станции (в метрах);
hm = 2м - высота подъема антенны мобильной станции (в метрах);
Cm – параметр, зависящий от типа территории:
– территория со средней плотностью застройки,
Cm = 0дБ
σ = 5 дБ - запас на замирание сигнала в г.Королёв;
PTXLTE = 46дБм – максимальная мощность передатчика БС;
GTXLTE = 18 дБи – коэффициент усиления БС;
GRXLTE = 0 дБи – коэффициент усиления МС;
LRX + LTX = 2 дБ потери мощности сигнала, соответственно, в приемнике и передатчике, в кабеле, разъемах и др.;
1. PRXLTE = -77,5 дБм (при модуляции 64-QAM 3/4)
1. Расчет зон дальности при модуляции 64-QAM3/4:

1. Рассчитаем потери по трассе по формуле (3.10)
Ld = 46 + 18 + 0 – 2 + 77,5 = 139,5 дБ.

2. По формуле (3.7) вычислим поправочный коэффициент α(hm):
α(hm) = (1,1* lg(2600) – 0,7)* 2 – (1,56 * lg(2600) – 0,8) = 1, 585дБ

3. По формулам (3.12) и (3.13) находим величины G1 и G2:
G1 = 46.3 + 33.9 ∙lg(2600) – 13.82 ∙ lg(40) – 1.585 + 0+5 = 143,34 дБ;
G2 = 44.9 – 6.55 ∙lg(40) = 34,4 дБ

4. Вычислим дальность связи по формуле (3.11)
d = 10*(139.5-143,34)/34, 4 = 780 м – радиус зоны покрытия

5. Вычислим площадь покрытия одной БС по формуле (3.14)
Sbc= 1. 19 км2
Необходимо для осуществления бесшовного хэндовера зоны действия БС выбрать их так, что бы они накладывались друг на друга. Чтобы обеспечить полное покрытие связью городской округ Королев площадью 52.52 км2 нужно поставить 45 базовых станций.
Ниже на рисунке 3.3 изображена карта радиопокрытия городского округа Королев.

Рис 3.3 карта радиопокрытия г. Королев

6. Рассчитаем запас абонентской базы:
Так как сеть состоит из 45 БС и каждая из них может обслуживать 630 человек, то вся сеть может обслужить 45*630 = 28350 абонентов. Из расчетов произведенных ранее, число потенциальных абонентов составляет – 27546 что тем самым дает запас роста, равный 804 пользователя сети.

Применяя такой же подход к вычислениям, рассчитаем значения величин для всех видов модуляции.
В таблице 3.2 представлены результаты расчетов для модуляции: QPSK ½, QPSK ¾, 16-QAM ½, 16-QAM ¾, 64-QAM 2/3, 64-QAM ¾.

Расчет сотовой инфраструктуры для всех типов модуляции
Таблица 3.2
Тип модуляции Ld, дБ α(hm) G1, дБ G2, дБ R, км Sbc, км2
QPSK ½ 156 1, 585 143,34 34,4 2,33 10,58
QPSK ¾ 153 1, 585 143,34 34,4 1,89 6,96
16-QAM ½ 149,5 1, 585 143,34 34,4 1,51 4,44
16-QAM ¾ 145 1, 585 143,34 34,4 0,9 1,58
64-QAM 2/3 141 1, 585 143,34 34,4 0,86 1,44
64-QAM ¾ 139,5 1, 585 143,34 34,4 0,78 1,19


3.5 Расчет гарантированной скорости
Зависимость скорости передачи данных в LTE при ширине канала 10 МГц.
Таблица 3.3.
Модуляция Скорость, Мбит/с (DL)
QPSK 1/2 7,2
QPSK 3/4 10,1
16-QAM 1/2 14,4
16-QAM 3/4 21,6
64-QAM 2/3 44,7
64-QAM 3/4 56,9

Среднеарифметическое значение пропускной способности пользователя в час наибольшей нагрузки вычислим по формуле (3.12):
Vгар = [Vqpsk1/2 + Vqpsk3/4 + V16qam1/2 +V16qam3/4+ V64qam1/2 + V64qam3/4]/ (6 ∙Nabcek) ,
где Vгар – среднеарифметическое значение минимальной гарантированной скорости соединения
Vмод/скорость кода – максимальная скорость передачи данных на сектор для каждого типа модуляции и скорости кодирования,
Nabcek – количество активных пользователей в секторе БС (210).
Подставляя в формулу (3.12) значения скорости в кбит/с из таблицы 3.3, получаем среднеарифметическое значение пропускной способности пользователя в час наибольшей нагрузки:
Vгар = 122,9 кбит/c.


Зависимость скорости соединения от нагрузки в секторе.
Таблица 3.4.
Количество активных абонентов на сектор Нагрузка, % Минимальная скорость соединения, кбит/с
300 100 86
225 75 115
150 50 172
75 25 344
45 15 573
30 10 860
15 5 1721

Графическая зависимость таблицы 3.4 представлена на рис. 3.4.



Рис. 3.4.Зависимость скорости соединения пользователей от числа активных абонентов на сектор.

3.6 Проверочный расчет бюджета радиолинии

Бюджет радиолинии определяет подробное соотношение между ресурсами передачи и приема, т.е. хватит ли мощности передатчика БС для того, чтобы предоставить услуги на краю соты с требуемой вероятностью ошибки, равной 10-6. Таким образом, в данном пункте требуется проверить, что мощности на выходе передатчика базовой станции равной 46 дБм (или 16 дБВт) достаточно для предоставления услуги доступа в Интернет на краю соты. Используется инженерный метод расчета.
Мощность передатчика базовой станции определяется из условия обеспечения энергетического баланса между полезной мощностью (излучаемой передатчиком с учетом характеристик передающей антенны и добротности приемной установки) и суммарной мощностью потерь – при условии обеспечения заданного качества приема информации:
Рпд + Gпд+ Gпм/T - kб = [Н/Ш]треб + Ld+ LАФТ, (3.13)
где:
Рпд – выходная мощность передатчика, дБВт;
Gпд – коэффициент усиления передающей антенны, дБи;
Gпм – коэффициент усиления приемной антенны в дБ;
T∑ – эквивалентная шумовая температура приемника в дБ относительно 1°К;
Gпм/T∑ – добротность приемника, дБ/К. Gпм/T∑ = Gпм – 10 lgT∑, дБ/К;
kб – постоянная Больцмана, kб = 1,38∙10-23 Вт/(Гц∙К) = –228,6 дБ∙Вт/(Гц∙К);
[Н/Ш]треб – требуемое значение отношения несущая/шум на входе демодулятора приемника, обеспечивающее заданное качество приема, дБГц;
Ld– энергетические потери на трассе при распространении радиоволн на дальность d км, дБ;
LАФТ – энергетические потери в антенно-фидерных трактах передатчика и приемника, дБ.
Из формулы (3.13) выражаю мощность на выходе передатчика:
Рпд = [Н/Ш]треб - Gпд- Gпм/T+ Ld+ LАФТ + kб, дБВт. (3.14)
Согласно расчету дальности радиосвязи, имеем максимальные потери на трассе (потери на краю соты: при распространении радиоволн на дальность R = 0.78 км):
Ld= 139,5 дБ.
Значения коэффициента усиления передающей антенны и потерь в антенно-фидерных трактах передатчика и приемника:
Gпд = 18 дБи,
LАФТ = 2 дБ.
Добротность приемника с коэффициентом 0 дБи:
Gпм/T = -32 дБ/К.
Требуемое значение отношения несущая/шум находим по формуле (3.15):
[Н/Ш]треб = (h0)треб – Δhэвк + 10 ∙ lgRц+а, дБГц, (3.15)
где:
∆hэвк – энергетический выигрыш от кодирования, дБ;
Rц – скорость цифрового потока, бит/с;
а – коэффициент запаса (обычно 1 дБ).
Максимально возможная скорость цифрового потока в направлении «вниз» для модуляции QAM и кодовой скорости ¾ (ширина канала 10 МГц) равна:
Rц = 56,9 Мбит/с
Значение требуемого отношения сигнал/шум с учетом ЭВК ((h0)треб - ∆hЭВК) представлено в таблице 8.1.
(h0)треб – ∆hЭВК = 2 дБ.
Подставив вышеуказанные значения параметров в формулу (3.15), получим значение [Н/Ш]треб:
[Н/Ш]треб = 2+ 10 ∙ lg(56.9*106)+1, дБГц.
[Н/Ш]треб =80.481 дБГц.
Теперь по формуле (3.14) найдем минимальное значение мощности передатчика базовой станции:
Рпд = 80.481 – 18 + 32 + 139.5+ 2 – 228,6 = 7.381 дБВт.
Значение мощности базовой станции , используемое при расчете дальности связи больше значения мощности. (16 дБВт>7.381 дБВт). Из этого можно сделать вывод о том, что мощности передатчика базовой станции, равной 46 дБм, достаточно для предоставления услуг на краю соты с вероятностью ошибки, не превышающей 10-6.

ГЛАВА 4. РАСЧЁТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАММЕТРОВ СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ ЦРРЛ

Все БС имеют выход в ТфОП и другие сети. Это возможно при подсоединении их к ЦК СПС, что возможно сделать, используя ВОЛС или ЦРРЛ. Для выбора подходящей аппаратуры приведем ниже технические данные аппаратуры МИК-РЛ компании Микран.
4.1. Технические характеристики станций МИК-РЛ

МИК-РЛ – это семейство радиорелейных станций (рис. 4.1), которое позволяет организовать радиорелейную связь по одному или нескольким каналам на расстояние до 15 километров. Компактная микроволновая радиоаппаратура МИК-РЛ разрабатывается с использованием новейших технологий и обеспечивает максимальную надёжность.
Стандартизованные интерфейсы гарантируют интеграцию во все типы существующих в настоящее время и возможных в обозримой перспективе сетей передачи данных.
Микроволновая радиоаппаратура может конфигурироваться таким образом, чтобы соответствовать требованиям любых сетей по скорости передачи данных и дальности передачи. Она обеспечивает скорость передачи данных от 2 до 34 Мбит/с и работает в шести частотных диапазонах от 21,2 до 40,5 ГГц.
Станции МИК- РЛ могут быть организованны в виде сети любой конфигурации, её отдельные части могут иметь форму – “звезда”, “дерево” или ”кольцо”. Различают терминалы полностью наружного размещения и раздельного.
Аппаратура МИК- РЛ предназначена:
• для соединения БС в системах "пункт - много пунктов";
• для соединения БС в мобильных системах;
• для включения частных систем в PSTN.
Аппаратура состоит из трех модулей рис. 4.2
• антенный модуль;
• радиомодуль;
• модуль доступа.


Рис. 4.2. Основные модули аппаратуры
Антенный и радио модули составляют наружную часть и их параметры не зависят от трафика. Они либо объединены конструктивно, либо устанавливаются отдельно. Выпускаются в различных вариантах в зависимости от частотного диапазона.
Модуль доступа — это интерфейс к каналам трафика. Устанавливается в помещении — это внутренняя часть системы. Параметры этого модуля не зависят oт частотного диапазона. Выпускаются в различных вариантах в зависимости от ёмкости трафика и конфигурации сети.
Модули соединяются кабелем. Внешний — коаксиальный диаметром10 мм и внутренний, более гибкий, диаметром 7мм. Общая длина кабеля может достигать200 м.
План частот. Частотный диапазон до 11 ГГц уже был занят РРЛ, поэтому MЛ используют более высокие частоты. Из-за влияния осадков в этих диапазонах приходиться уменьшать протяженность пролета, что хорошо сочетается с расстояниями между БС. Используемые полосы частот указаны в таблице 4.1. Общая полоса подразделяется на субполосы перекрытия. Каждая субполоса — это полоса частот передачи (или приема), которая предоставляется одному радиомодулю (при постоянном сдвиге частот приема и передачи). Примерные значения субполос даны в таблице 4.1. Точные значения определяются планами частот.

Таблица 4.1
МИК-РЛ
радио блок Диапазон частот, ГГц Полоса частот МГц Субполоса перекрытия, МГц
МИК-РЛ28Р 27,50...29,50 2000 512
МИК-РЛ36Р 36,00...37,00 1000 256
МИК-РЛ38Р 37,00...39,50 2500 640
МИК-РЛ40Р 39,50...40,50 1000 256

Субполоса перекрытия определяется как:
П = 2,0 ∙ (511 – 255) = 512 МГц (4.1)
Полоса частот, занимаемая сигналом, зависит от скорости передачи цифрового (ЦФ) потока трафика и метода манипуляции. ЦФ потоки трафика формируются на основе стандартных ПЦП (2 Мбит/с) и ВЦП (8 Мбит/с). Возможные варианты трафика и рекомендуемые для них полосы частот при составлении планов проектируемой системы, приведены в таблице 4.2. Все полосы кратны величине 2,5 МГц.
Таблица 4.2
Емкость трафика, Мбит/с Выделяемая полоса частот, МГц
2 Мбит/с 2,5
8 Мбит/с 10
34 Мбит/с 40

Рекомендуемые значения полос много больше, чем ширина спектра сигнала — для уменьшения интерференционной помехи по соседнему каналу.

Технические параметры антенн приведены в табл.4.3.
Таблица 4.3
Диаметр антенны Коэффициент усиления антенны , дБ .
25 ГГц 28 ГГц 36 ГГц 40 ГГц
0,4 м 36 38 39 40

Мощность передатчика. В таблице 4.4 указаны номинальные значения уровня выходной мощности. Для регулировки уровня применяются переменные и фиксированные аттенюаторы. Переменные аттенюаторы устанавливаются в радиомодуле и позволяют уменьшить уровень выходной мощности с шагом в 1 дБ. Фиксированные аттенюаторы устанавливаются вне радиомодуля и позволяют регулировать выходную мощность в большем диапазоне. 4.4 обозначено:
 Рном – номинальный уровень выходной мощности;
 Ррег – минимальный уровень выходной мощности, устанавливаемый при регулировке переменным аттенюатором;
 Рмин – минимальный уровень выходной мощности, устанавливаемый при регулировке внешним аттенюатором.
Таблица 7.4
Тип МИК-РЛ
Рном, дБм Ррег, дБм Рмин, дБм
36 20 21 19

Пороговые значения уровня входной мощности для МИК-РЛ
Для приёмника заданы пороговые значения уровня входной мощности, соответствующие вероятностям ошибок 10-3 и 10-6 , приведенные в таблице 4.5.
Таблица 7.5
Рош 10-3 10-6
Скорость трафика, Мбит/с 2 8 34 2 8 34
Рпор,
дБм 25Р - 91 - 84 - 79 - 88 - 81 - 76
28Р - 91 - 84 - 79 - 88 - 81 - 76
36Р - 89 - 82 - 77 - 86 - 79 - 74
40Р - 89 - 82 - 77 - 86 - 79 - 74

Проанализировав технические параметры аппаратуры, выберем для построения сети в соответствии с заданием аппаратуру МИК-РЛ 36Р.



4.2 Построение сети ЦРРЛ для городского округа Королев и близ лежащих территорий

На карте Московской области (рис. 4.1) показана схема сети соединительных радиолиний. Как видно, для охвата всех БС используется 1 участок РРЛ, который состоят из 11 пролётов одинаковой длины равной 6 км.

Рис. 4.1 Схема сети соединительных радиолиний.

В дальнейшем, из за идентичности пролетов возьмем для рассмотрения цифровых радиорелейных линий возьмём первый пролет.


№ участка БС-БС Длина пролета, км Скорость трафика, Мбит/с Длина участка, км
1
(11 пролетов) 1-12 6 150Мбит/c 66







4.3 Расчет уровня мощности сигнала на входе приемника и запаса на замирание
Расчет уровня мощности сигнала при распространении в свободном пространстве производителя по следующей формуле:
Рсвх=рпд+gпд+gпр-nфпд-nфпр-aсв (4.2)
Где gпд = gпр =39 дБ (для антенны с dа =0.4м. (таблица 4.3) – коэффициент усиления антенн передатчика и приемника соответственно.
nфпд=nфпр=1дБ – потери в фидере передатчика и приемника;
рпд = ррег = 21 дБм (таблица 4.4);
асв – потери в свободном пространстве:

асв = 20∙lg = 20∙lg , дБ (4.3)
где R – расстояние между станциями МИК-РЛ (или БС), которое находится по карте (приведено в табл.4.8);
f = 36 ГГц – частота сигнала;
с – скорость распространения электромагнитной энергии, равная скорости света 3∙108 м/с.
Запас на замирания определяется как:

Z = pcвх – pпор дБ,(4.4)

где pпор – пороговая мощность сигнала, определяемая из таблицы 4.5 для соответствующих скоростей трафика и вероятности ошибок рош – 10-3.
Запас на замирания (Z) – это величина обратная минимально допустимому множителю ослабления.
Z = – Vmin , дБ (7.5)

 Пример расчёта уровня мощности сигнала для города Пенза:
По (7.3) для пролёта между БС № 1 и № 2 – рис. 4.1) находим:

асв = 20∙lg = 20∙lg(4∙3,14∙6000∙36∙109 : 3∙108 ) = 139,13 дБ
Далее по (4.2) имеем:
pcвх = pпд + gпд + gпр – ηфпд – ηфпр – асв =

21 + 39 + 39 – 1 – 1 – 139,13 = – 42,13 дБм.

Теперь из таблицы 4.5 для скорости трафика 34 Мбит/с и вероятностей ошибок 10-3 :

pпор1 = - 77 дБм


По (4.4) определяем запас на замирания:

Z1 = pcвх – pпор1 = – 42,13 – ( – 77 ) = 34,87 дБ.
Для других пролётов расчёт аналогичен, так как сеть состоит из типовых БС расположенных на одинаковой удаленности друг от друга. Результаты расчёта представлены в таблице 4.9
Таблица 4.9
№ пролёта R, км асв, дБ pcвх , дБм Скорость трафика, Мбит/с pпор,
дБм Z =
Vmin, дБ рШ.вх ,
дБм
1-2 6 139,13 – 42,13 150 - 77 34,87 -81.577

4.4. Расчёт отношения сигнал – шум для ЦРРЛ

Уровень мощности шума находится по формуле:

pшвх = 10∙lg(k∙To∙Ш∙Пш), дБм (4.6)

где k = 1,38∙10 – 20 мВт/(Гц∙К) - постоянная Больцмана;
То - абсолютная температура приемника, равна 300 К;
Ш - коэффициент шума приемника в разах рассчитываемый по формуле:
Ш = 100,1∙ nШ1 + 100,1∙ nШ2 , (4.7)
здесь nш1 = 6 ... 8 дБ. Пусть nш1 = 7 дБ – коэффициент шума приемника;
nш2 = 2 … 11 = 3 дБ – внешние шумы излучения индустриального происхождения
Пш – шумовая полоса (берётся из таблицы 4.2 равной выделяемой полосе частот для заданной скорости трафика).
Отношение сигнал - шум на входе приемника рассчитывается по формуле:
qШ = рсвх – pшвх , (4.8)

где рсвх – уровень мощности сигнала рассчитанный в пункте 4.3.

Пример расчёта отношения сигнал-шум ЦРРЛ для одного из пролётов:

Рассмотрим пролёт 1-2: здесь используется поток трафика 34 Мбит/с Для потока с такой скоростью по таблице 7.4 определяем:

Пш = 240 МГц.

Далее по формуле (4.7) определяем коэффициент шума приемника:

Ш = 100,1∙ nШ1 + 100,1∙ nШ2 = 100,1∙ 7+ 100,1∙ 3= 7,0072

Используя формулу (4.6) определяем уровень мощности шума:

pшвх = 10∙lg(k∙To∙Ш∙Пш) = 10∙lg(1,38∙10 – 20 ∙300∙7.0072∙240∙106) = = – 81,577 дБм.
Используя значения рсвх из таблицы 4.10, по формуле (4.8) определяем отношение сигнал - шум на входе приемника:
qШ = рсвх.пор – pшвх = – 77,0 – ( – 81,577) = 39,5 дБ.

 Расчёт отношения сигнал-шум для остальных пролётов аналогичен и проводится по формулам (4.6) – (4.8). Результаты расчёта представлены в таблице 4.9.
Как видно из таблицы 4.9 полученные значения отношения сигнал - шум удовлетворяют условию:
qШ>qШдоп = q* + ∆q = 10 + 10 = 20 дБ.
Здесь
q* = 10 дБ – допустимое значение отношения сигнал – шум по нормам;
∆q = 10 дБ – энергетический запас



4.5. Расчёт процента времени нарушения связи
В рассматриваемом случае общее время нарушения связи на пролёте обусловлено двумя причинами: интерференцией в точке приёма прямого и отражённого от слоистых неоднородностей тропосферы лучей Тинт(Vmin); ослаблением сигнала из-за осадков, а точнее из-за дождей Тд(Vmin). Составляющую То(Vmin), обусловленную рельефом местности, можно не учитывать, т.к. антенны установлены на опорах достаточно высоко и просвет на всех пролетах больше минимального. Расчёт суммарного процента времени нарушения связи проводится по формуле :
Т∑(Vmin) = Тинт(Vmin) + Тд(Vmin), % (4.9)

Процент времени нарушения связи из-за интерференции определяется как:
Тинт(Vmin) = Vmin2∙T(∆ξ) % , (4.10)

где Vmin2 = 100,1∙Vmin – минимально допустимое значение множителя ослабления в относительных единицах ( Vmin – из таблицы 4.9 в дБ );
T(∆ξ) – выраженная в процентах вероятность интерференционных замираний, обусловленных отражением от слоистых неоднородностей тропосферы со скачком диэлектрической проницаемости равным ∆ξ рассчитывается по формуле :
T(∆ξ) = 4,1∙10– 4 ∙ ξ ∙ R2 ∙ , (4.11)
где ξ = 1 – коэффициент пропорциональности для сухопутных районов;
R –расстояние между БС (длина пролёта) в км ;
f = 36 ГГц – рабочая частота станций МИК-РЛ.
Вид замираний, вызванных рассеянием электромагнитной энергии в дожде, существенно проявляется в тех случаях, когда длина волны передаваемых колебаний оказывается соизмеримой с размерами дождевой капли. Такие замирания особенно проявляются на частотах выше 8 ГГц. При этом выпадение ливневых дождей может привести к замираниям столь глубоким, что связь во время ливня прерывается. Процент времени нарушения связи, вызванного замираниями данного вида.

Пример расчёта времени нарушения связи одного пролёта

Рассмотрим пролёт №1:
По (4.11) определяем :
T(∆ξ) = 4,1∙10– 4 ∙ ξ ∙ R2 ∙ = 4,1∙10– 4 ∙ 1 ∙ 62 ∙√36= 0,089 %
Теперь, используя значения Vmin из таблицы 4.9, по (4.10) находим:
Для pош= 10– 3 :
Тинт(Vmin) = Vmin2∙T(∆ξ) = 0,395∙10– 4 ∙0,089 = 2,9∙10– 5 % ,
здесь Vmin2 = 100,1∙Vmin= 100,1∙-34,87 = 0,395∙10– 4 .
Величина Тд(Vmin) определяется на основе зависимости множителя ослабления V от интенсивности осадков Iд и статистического распределения этой интенсивности :
V(Iд) = – γ(Iд)∙Kr(Iд)∙R , (4.12)
где γ(Iд) – зависимость погонного ослабления от интенсивности осадков :
γ(Iд) = βд∙Iдαд , (4.13)
здесь параметры αд и βд – являются функциями частоты :
αд = 1,47 – 0,395∙ (4.14)
βд = – 10– 3 + 5,1∙10– 5 ∙f 2,45 ,(4.15)

Kr(Iд) – коэффициент, учитывающий пространственную неравномерность выпадения осадков и зависящий от их интенсивности Iд и длины пролёта R. Расчёт зависимости V(Iд) по (4.13) – (4.15) представлен в виде таблицы 4.12.

Таблица 4.12
Iд , мм/час Kr(Iд) γ(Iд) , дБ/км V(Iд)
30 0,95 7,8 – 44,5
50 0,89 12,5 – 66,7
70 0,82 17,9 – 84,5
90 0,73 21,7 – 95
150 0,6 35 – 126

Теперь по рассчитанной зависимости V(I) для минимально допустимого значения множителя ослабления Vmin = –34,87 дБ (из таблицы 4.9 для pош= 10– 3) определяем максимально допустимую интенсивность дождей Imax 53 мм/час для данного пролёта. Далее по найденной интенсивности дождей определяем Тд(Vmin) = 0,015 % для средней полосы Европейской территории России. Теперь по (4.9) определяем время нарушения связи на данном пролёте:
Для pош= 10– 3 :
Т∑(Vmin) = Тинт(Vmin) + Тд(Vmin) = 0,00004 + 0,015 = 0,01504 %.
Результаты расчёта представлены в таблице 4.13


Таблица 4.13
№№
пролетов Vmin, дБ R,
дБ T(∆ξ),% Тинт,
% Imax,
мм/ч Тд,
%
1-11 - 34,87 6 0,089 2,9 * 10-5 53 0,015




4.6. Проверка качества сети
Для РРЛ прямой видимости в ЕАСС (и МККР) определены критерии качества связи. Одна из основных задач проектировщика при расчете РРЛ – проверить соответствие проектируемой РРЛ этим критериям. Качество связи на РРЛ в отдельные моменты времени может значительно ухудшаться из-за возникновения глубоких замираний на пролете.
Непрерывные колебания мощности сигнала на выходе каналов, резкое падение мощности сигнала на входе приемника (глубокое замирание сигнала) приводит к резкому падению мощности сигнала на выходе канала. При этом также резко возрастает мешающее действие шума в канале и качество связи ухудшается. Очень глубокие замирания могут привести к срыву связи. РРЛ должна быть спроектирована так, чтобы качество связи при глубоких замираниях не было хуже допустимого. Проверка качества на РРЛ оценивается по выполнению неравенства :
Туч(Vmin) Тдоп(Vmin), (4.16)
где Туч(Vmin) – время нарушения связи на участке РРЛ :
Туч = Т∑(Vmin)i(4.17)
здесь N – количество пролётов на участке, Т∑(Vmin)i– определено по (4.9) для каждого пролета.
Тдоп(Vmin) – допустимая вероятность ухудшения качества связи на данной РРЛ в соответствии с нормами ВСС, которая определяется как
Тдоп(Vmin ) = 0,15 ∙ (Lуч : 50), %, (4.18)
здесь Lуч – длина участка РРЛ в км.

Пример проверки качества связи для одного из участков ЦРРЛ

Используя данные из таблицы 4.13 можно определить время нарушения связи для первого участка по (4.17), учитывая (4.9):
Для pош= 10– 3:
Туч = Т∑(Vmin)i= 0,007 + 0,0424 + 0,0424 + 0,0526 + 0,0576 +3∙0.008 = 0,226 %
Определим длину 1-го участка, используя значения длин пролётов из таблицы (4.10):
Lуч1 = 66 км.
Теперь по (4.18) определяем :
Тдоп(Vmin ) = 0,15 ∙Lуч : 50 = 0,15 ∙ 66 : 50 0,198 %
Видно, что условие (4.16) выполняется :
По аналогичной методике проверяется качество для других участков сети ЦРРЛ.

© Copyright 2012-2020, Все права защищены.