Порядок проектування мережі LTE

де Uпит - значення живлячої напруги, Uпит = 220 В.

IH = 1075/220 = 4,8 (А).

2.3.5 Розрахунок джерела безперебійного живлення змінного струму

Проектована схема зв'язку відноситься до другої категорії електроживлення. До другої категорії відносяться системи зв'язку, перерва в електропостачанні яких може призводити до порушення нормальної діяльності значної кількості жителів.

Для систем зв'язку другої категорії електроживлення вимоги до надійності електропостачання по допустимому часу відновлення живлення і допустимому відхиленню напруги живлення від номінального не настільки істотні, як для систем зв'язку першої категорії електроживлення. Тому для них заходи з додаткового харчуванню від джерел безперебійного живлення на час відновлення і заходи щодо стабілізації напруги не проводяться.

Приймається, що джерело безперебійного живлення повинен забезпечувати автономну роботу обладнання протягом чотирьох годин.

У даній схемі електроживлення базової станції застосовується джерело безперебійного живлення змінного струму з постійним включенням батареї акумуляторів (On Line). У даних ІПБ вхідна напруга випрямляється і знижується до величини акумуляторної батареї. Це ж напруга надходить на вхід інвертора, за допомогою якого шляхом широтно-імпульсної модуляції формується стабілізовану синусоїдальна напруга.

Обчислимо необхідну ємність акумуляторів (), наведену до умовного чотиригодинному режиму розряду і температурі середовища 200С за формулою:

, (4.4)

де - номінальна ємність акумулятора;

- Струм навантаження (розряду);

- Час розряду;

- Коефіцієнт віддачі по ємності;

- Температура електроліту;

Визначимо струм розряду (Ip) за формулою:

Ip = IH = 4,8 (4.5)

Коефіцієнт віддачі по ємності визначаємо з таблиці 2.6.

Таблиця 2.6 - Значення коефіцієнта віддачі по ємності

,ч.	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1
	1	0,97	0,94	0,91	0,89	0,83	0,8	0,75	0,61	0,51

Так як час розряду становить 4 години, відповідно = 0,8.

Обчислимо ємність акумулятора ():

(Ач).

У таблиці 2.7 представлені технічні характеристики різних однофазних ДБЖ малої потужності змінного струму, які можуть підходити для реалізації даної схеми електроживлення.

Виходячи з отриманих результатів обирається джерело безперебійного живлення «UPStation GTX» від виробника «Liebert» з ємністю акумуляторної батареї 9 Ач і споживаної потужністю 1050 Вт

Таблиця 2.7 - Технічні характеристики різних ДБЖ

Модель	ДПК	UPStation GXT	PW9120	ULTimate
Производитель	Тэнси-Техно	Liebert	Invensys	Powercom
Мощность, кВА	1,0; 3,0	0,7; 1,0; 1,5	2,0; 3,0	0,7; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0	0,7; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0
Диапазон входного напряжения, В	220 -27%,+25%	220 ±27%	220 -20%,+27%	220 -27%,+25%	220 -27%,+25%
Точность выходного напряжения, В	220 ±3%	220 ±3%	220 ±3%	220 ±3%	220 ±2%
Коэффициент мощности по входу	0,95	0,95	0,95	0,97	0,98
Коэффициент мощности по выходу	0,7	0,7	0,7	0,7	0,7

Технічні характеристики ДБЖ «GTX2 - 1500RT230» наведені в таблиці 2.8.

Таблица 2.8 - Технические характеристики ИБП «GTX2 - 1500RT230»

Наименование параметра	Технические характеристики
Модель	GXT2 - 1500RX230
Номинальная мощность	1050 Вт
Размеры (шЧгЧв)	87Ч547Ч430
Масса	23,2 кг
Параметры входного питания переменного тока: нагрузка 100% - 90 % нагрузка 70% - 30% частота	176В переем. тока/280 В перем. тока 139В переем. тока/280 В перем. тока 40 - 70 Гц; автоматическая настройка
Параметры выходного питания переменного тока: напряжение частота форма сигнала	280/220/230/240 В перем. тока 50 или 60 Гц синусоидальная
Параметры батареи: тип количество/напряжение/емкость время заряда батареи	герметичные, необслуживаемые свинцовокислотные, пожаробезопасные 4/12 В/7,2 Ач 5 часов до 95% емкости после полного разряда на 100% нагрузку
Параметры окружающей среды	от 0°С до +40°С

2.3.6 Розрахунок автоматичних вимикачів і групи обліку

Передбачено чотири групи обладнання. Вихідні для розрахунку автоматичних вимикачів і групи обліку представлені в таблиці 2.9

Таблиця 2.9 - Вихідні дані

Номер группы	Состав оборудования	Потребляемая мощность, Вт	Ток нагрузки IH, А
1	ИПБ переем. тока	1050	4,8
2	освещение	300	1,4
3	кондиционер	300	1,4
4	отопление	400	1,8

Сумарний струм навантаження IСУМ обчислюється за формулою:

IСУМ = IH1 + IH2 + IH3 + IH4 (4.6)

IСУМ = 4,8 +1,4 +1,4 +1,8 = 9,4 (А).

Таким чином, вибирається лічильник з максимальним струмом 50 А.

Струм спрацьовування автоматичного вимикача вибирається в 1,25 рази більшим, ніж струм навантаження і обчислюється за формулою:

Iсраб = IH * 1,25 (4.7)

Iсраб.1 = 4,8 * 1,25 = 3,25 (А)

Iсраб.2 = 1,4 * 1,25 = 1,75 (А)

Iсраб.3 = 1,4 * 1,25 = 1,75 (А)

Iсраб.4 = 1,8 * 1,25 = 2,25 (А)

Виходячи з отриманих значень, вибираємо тип автоматичних вимикачів, представлених у таблиці 2.10

Таблиця 2.10 - Типи автоматичних вимикачів

Номер группы	Тип автоматического выключателя
1	ВА47 - 29 1Р 8А
2	ВА47 - 29 1Р 2А
3	ВА47 - 29 1Р 2А
4	ВА47 - 29 1Р 3А

2.3.7 Розрахунок контуру заземлення

Метою розрахунку захисного заземлення є визначення кількості електродів заземлення для забезпечення відповідної норми опору заземлення.

Норма опору захисного заземлення не повинна перевищувати 4 Ом для грунтів з питомим опором до 100 Ом * м (= 100 Ом * м, для суглинку).

Для забезпечення цієї норми застосовуються поодинокі Багатоелектродні заземлюючі пристрої з кутової сталі перетином 50х50х5 і довжиною 5 м.

Якщо опір одиночного заземлювача перевищує норму, то використовується Багатоелектродні заземлювач.

Для визначення опору заземлювального пристрою за формулою 4.8 розраховується опір одиночного заземлювача Rво:

, (4.8)

де - розрахунковий питомий опір грунту для вертикального заземлювача, Ом * м;

і - довжина і діаметр стрижня відповідно, м;

t - заглиблення електрода (відстань від поверхні землі до середини електрода), м.

Розрахункова питомий опір грунту для вертикального заземлювача визначається за формулою:

, (4.9)

де - коефіцієнт сезонності вертикальних електродів (= 1,8);

Ом * м.

Для зменшення впливу кліматичних умов на опір заземлення верхню частину заземлювача розміщують в грунті на глибину не менше 0,7 м. Отже, заглиблення стержня можна визначити за формулою:

T = (l / 2) + t, (4.10)

T = (5/2) + 0,7 = 3,2 м

За формулою (4.8) розраховуємо опір Rво одного вертикального електрода (довжину приймаємо 5 м; = 0,05 м):

Ом

Знаходимо приблизне число вертикальних електродів з виразу 4.11 без урахування опору сполучної смуги:

, (4.11)

Де - коефіцієнт використання вертикальних електродів (= 0,85);

- Нормований опір розтіканню струму заземлюючого пристрою (= 4 Ом).

Тоді приблизне число вертикальних електродів дорівнює:

Визначимо довжину сполучної смуги (відстань а між вертикальними заземлювачами приймемо 5 метрів) за формулою:

 (4.12)

(м).

Опір заземлювача зі сталевої смуги прямокутного перерізу, покладеної горизонтально, визначається за формулою:

, (4.13)

де - розрахунковий питомий опір для горизонтального заземлювача (смуги), Ом м;

lп - довжина смуги, м;

b-ширина смуги, м (b = 0,02 м);

t - глибина заглиблення смуги, м.

За формулою (4.14) визначимо розрахункове питомий опір для горизонтального заземлювача:

, (4.14)

де - коефіцієнт сезонності горизонтальних електродів (= 4,5).

(Ом * м).

Тоді опір горизонтального заземлювача (смуги) прийме значення:

(Ом).

Визначаємо загальний опір ряду заземлювального пристрою, що складається з вертикальних електродів і сполучних смуг за формулою:

 (4.15)

де RП - опір горизонтальної смуги (стержня);

RВО-опір вертикального електрода (стержня);

- Кількість вертикальних електродів (стержнів);

- Коефіцієнт використання вертикального заземлювача (0,85).

- Коефіцієнт використання горизонтального заземлювача (0,80).

Загальний опір ряду заземлювального пристрою, що складається з вертикальних електродів і сполучних смуг дорівнюватиме:

(Ом).

Загальний опір контуру Rобщ не перевищує нормованого значення RН (3,3 Ом <4 Ом), отже проектовані об'єкти не створять небезпеки для здоров'я обслуговуючого персоналу

2.4 Розрахунок зон радіопокриття для мережі LTE на деякій території

2.4.1 Аналіз радіопокриття

Аналіз радіопокриття почнемо з обчислення максимально допустимих втрат на лінії (МДВ). МДВ розраховується як різниця між еквівалентною ізотропної випромінюваної потужністю передавача (ЕІВП) і мінімально необхідною потужністю сигналу на вході приймача сполученої боку, при якій з урахуванням всіх втрат в каналі зв'язку забезпечується нормальна демодуляція сигналу в приймачі.

Принцип розрахунку МДП зображений на малюнку 2.12.



Рисунок 2.12- Принцип расчета МДП

У розрахунках будемо використовувати наступні параметри:

- системна смуга: 20 МГц; для FDD = 10/10 (DL / UL);

- eNB - на кожному секторі один TRX, вихідна потужність

- TRX = 40 Вт (46 дБм); працює на лінії DL в режимі MIMO 2 Ч 2;

- UE - абонентський термінал - USB-модем, клас 4 - ЕІВП 33 дБм;

- співвідношення тривалості кадрів DL / UL: 100% / 100%.

Розрахунок максимально допустимих втрат здійснюється за формулою:

(5.1)

де Pеіім.прд - еквівалентна випромінювана потужність передавача;

Sч.пр - чутливість приймача;

GА.прд - коефіцієнт підсилення антени передавача, GА.прд: DL = 18 дБі, UL = 0 дБі;

LФ.прд - втрати в фідерному тракті передавача, LФ.прд: DL = 0,3 дБ;

Мпрон - запас на проникнення сигналу в приміщення для сільської місцевості, Мпрон = 12 дБ;

Mпом - запас на перешкоди. Мпом визначається за результатами моделювання системного рівня залежно від навантаження в сусідніх стільниках; значення Мпом відповідає навантаженню в сусідніх стільниках 70%. Mпом: DL = 6,4 дБ; UL = 2,8 дБ;

Gхо - виграш від хендовера. Значення виграшу від хендовера - результат того, що при виникненні глибоких завмирань в обслуговуваній соте, абонентський термінал може здійснити хендовер в стільник з кращими характеристиками прийому. Gхо = 1,7 дБ.

Pеіім.прд розраховується за формулою:

(5.2)

де Рвих.прд - вихідна потужність передавача. Рвих.прд в лінії «вниз» (DL) в LTE залежить від ширини смуги частот сайту, яка може коливатися від 1,4 до 20 МГц. У межах до 5 МГц раціонально вибрати передавачі TRX потужністю 20 Вт (43 дБм), а понад 5 МГц - 40 Вт (46 дБм). Рвих.прд: DL = 46 дБм, UL = 33 дБм.

Для лінії DL:

Pеіім.прд = 46 + 18 - 0,3 = 63,7 (дБм),

Для лінії UL:

Реіім.прд = 33 (дБм).

Sч.пр розраховується за формулою:

(5.3)

де Ртш.пр - потужність теплового шуму приймача, Ртш.пр: DL = -174,4 дБм, UL = -104,4 дБм;

Мосш.пр - необхідну ставлення сигнал / шум приймача. Значення Мосш.пр взято для моделі каналу «Enhanced Pedestrian A5». Мосш.пр: DL = -0,24 дБ; UL = 0,61 дБ;

Lпр - коефіцієнт шуму приймача, Lпр: DL = 7 дБ, UL = 2,5 дБ;

Для лінії DL:

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

Для лінії UL:

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

З урахуванням отриманих результатів за формулами (5.2) і (5.3), розрахуємо значення МДП:

Для лінії DL:

LМДП = 63,7 - (-167,64) - 12 - 6,4 - 8,7 - 1,7 = 205,94 (дБ),

Для лінії UL:

LМДП = 33 - (-101,29) + 18 - 0,4 - 12 - 6,4 - 8,7 + 1,7 = 126,5 (дБ).

З двох значень МДП, отриманих для ліній DL і UL вибираємо мінімальне, щоб вести подальші розрахунки дальності зв'язку і радіуса стільники.

Для розрахунку дальності зв'язку скористаємося емпіричної моделлю поширення радіохвиль Okumura - Hata. Дана модель є узагальненням дослідних фактів, в якому враховано багато умов і видів середовищ. У моделі Okumura - Hata пропонується наступний вираз для визначення середнього загасання радіосигналу в міських умовах:

(5.4)

Для сільської місцевості вираз прийме вигляд з поправкою:

(5.5)

де fc - частота від 150 до 1500 МГц;

ht - висота передавальної антени (підвісу eNB) від 30 до 300 метрів;

hr - висота приймаючої антени (антени мобільного пристрою) від 1 до 10 метрів;

d - радіус стільники від 1 до 20 км;

A (hr) - поправочний коефіцієнт для висоти антени рухомого об'єкта, що залежить від типу місцевості.

Зробимо вибір параметрів для розрахунків:

fc = 800 МГц;

ht = 72 метри;

hr = 3 метри.

Знайдемо поправочний коефіцієнт A (hr) для сільської місцевості за формулою:

(5.6)

Обчисливши з формул (5.4) і (5.5) радіус стільники, отримаємо, що d ? 9 км.

Розрахуємо площу SeNB покриття трисекторна сайту за формулою:

(5.7)

2.4.2 Частотно-територіальний поділ і ситуаційне розташування eNB на деякій території

Основним етапом проектування мереж рухомого радіозв'язку абонентського доступу є етап частотно-територіального планування, в ході якого вибирається структура мережі, місця розміщення базових станцій, розробляється план розподілу радіоканалів для базових станцій, виконується адаптація планів до умов територіальних і частотних обмежень планованої зони обслуговування.

У першу чергу, потрібно скласти ситуаційний план розміщення базових станцій eNB на території району планування мережі. Метою проектування не є повний радіоохвата території району. Головне в даному проекті - це забезпечення стійким радіосигналом густонаселених сільських районів. Виходячи їх цього умови, а так само враховуючи особливості рельєфу місцевості, виконаємо розміщення базових станцій.

Мінімальна кількість базових станцій eNB, необхідних для забезпечення стійким радіосигналом густонаселених районів на території планування становить 7 штук. Таким чином, будується мережа, всі eNB якої мають такі характеристики:

- потужність кожного передавачі - 40 Вт;

- висота підвісу антени - 72 метри;

- число приймачів TRX - 3 (по одному на кожен сектор);

- системна смуга для одного сектора - 20 МГц (10 МГц для лінії «вгору» і 10 МГц для лінії "вниз");

- лінія «вниз» підтримує технологію MIMO 4 Ч 2;

- пропускна здатність: лінія «вниз» - 102,9 Мбіт / с, лінія «вгору» - 54,87 Мбіт / с.

Складемо частотний план. Планованої мережі виділена смуга частот 791-862 МГц, ширина частотного спектра становить 71 МГц. Кожному сектору eNB потрібно виділити 20 МГц. Таким чином, наявна ширина спектру розділиться на 3 частини по 20 МГц, плюс захисні частотні смуги для уникнення перекриття сигналів різних секторів. Привласнимо кожній з трьох частин спектра умовний номер і результати складання частотного плану зведемо в таблицю 2.11.

Таблиця 2.11 - Частотний план мережі LTE

Номер eNB	Сектор	Азимут	Радиус зоны обслуживания, км	Условный номер части частотного спектра
1	1.1 1.2 1.3	0 120 240	9 9 9	1 2 3
2	2.1 2.2 2.3	0 120 240	9 9 9	1 2 3
3	3.1 3.2 3.3	0 120 240	9 9 9	1 2 3
4	4.1 4.2 4.3	0 120 240	9 9 9	1 2 3
5	5.1 5.2 5.3	0 120 240	9 9 9	1 2 3
6	6.1 6.2 6.3	0 120 240	9 9 9	1 3 2
7	7.1 7.2 7.3	0 120 240	9 9 9	1 3 2

Після введення даної мережі LTE в експлуатацію, настає етап оптимізації мережі, в ході якого може відбуватися коригування виконаного планування, а саме: збільшення пропускної здатності мережі, зміна висоти підвісу радіомодулів, зниження або підвищення випромінюваної потужності радіомодулів.

Висновок

Мережа LTE є високошвидкісною стільниковою мережею високої мобільності, яка здатна заміни нити свою попередницю UMTS. В Україні мережа UMTS розгорнута слабко, тому має сенс відразу почати проектування та впровадження мережі LTE. Система відрізняється високою гнучкістю при роботіз продуманими модулями взаємодії в різноманітних ситуаціях. Слід відмітити високі характеристики абонентського мобільного пристрою в порівнянніз пристроями попередніх систем. Подальшим розвитком перспективи LTE 10 версії в Україні та світі та перегляд і подальший зрівняльний аналіз найближчого конкуренту у своєму класі мережі WiMAX, який має мало нижчі технічні характеристики але поступово інтегрується в стільникові мережі України та світу. Модернізація технології продовжується. На сьогоднішній розробки анонсував часткові специфікації одинадцятої версії стандарту та продовжує подальшу роботу.

Розвиток бездротових технологій зв'язку за останні десять років зробив величезний стрибок вперед. Швидкість надання бездротового доступу зросла в десятки разів. Широкий спектр послуг, висока якість обслуговування, досить висока мобільність - ось чим відрізняються сучасні бездротові мережі зв'язку. Розробка технології LTE, я вважаю, зробила перший крок на шляху до повної відмови від фіксованого зв'язку в сільській місцевості.

Список літератури

1. Гельгор А.Л. Технологія LTE мобільної передачі даних: навчальний посібник. - СПб.: Вид-во політехн. ун-ту, 2011.

2. Гольдштейн Б.С., Соколов Н.А., Яновський Г.Г. Мережі зв'язку: Підручник для ВНЗ. - СПб.: БХВ - Петербург, 2010.

3. Кааріна Х. Мережі UMTS. Архітектура, мобільність, сервіси. - М.: Техносфера, 2007.

4. Абдул базитах. Розрахунок мереж LTE. - Гельсінський технологічний університет, 2009.

5. Farooq Khan. LTE for 4G Mobile Broadband. Air Interface Technologies and Perfomance. - Cambridge University Press, 2009.

6. Harri Holma, Antti Toskala. LTE for UMTS. OFDMA and CS-FDMA Based Radio Access. - John Wiley Ltd, 2009.

7. Stefania Sesia. LTE. The UMTS Long Term Evilution. From Theory to Practice. - John Wiley Ltd, 2009.

8. 3GPP TS 36104: «E-UTRA Base Station (BS) radio transmission and reception» (Release 9). April 2011.

9. www.cisco.com - офіційний сайт у мережі Інтернет компанії «Cisco Systems».

10. www.forum4g.ru - форум про 4G: WiMAX і LTE.

Размещено на Allbest.ru