Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Сотовая связь, сеть подвижной связи -- один из видов мобильной радиосвязи, в основе которого лежит сотовая сеть. Ключевая особенность заключается в том, что общая зона покрытия делится на ячейки (соты), определяющиеся зонами покрытия отдельных базовых станций (БС). Соты частично перекрываются и вместе образуют сеть. На идеальной (ровной и без застройки) поверхности зона покрытия одной БС представляет собой круг, поэтому составленная из них сеть имеет вид сот с шестиугольными ячейками (сотами).

Сеть составляют разнесённые в пространстве приёмопередатчики, работающие в одном и том же частотном диапазоне, и коммутирующее оборудование, позволяющее определять текущее местоположение подвижных абонентов и обеспечивать непрерывность связи при перемещении абонента из зоны действия одного приёмопередатчика в зону действия другого.

Основные составляющие сотовой сети -- это сотовые телефоны и базовые станции, которые обычно располагают на крышах зданий и вышках. Будучи включённым, сотовый телефон прослушивает эфир, находя сигнал базовой станции. После этого телефон посылает станции свой уникальный идентификационный код. Телефон и станция поддерживают постоянный радиоконтакт, периодически обмениваясь пакетами. Связь телефона со станцией может идти по аналоговому протоколу (AMPS, NAMPS, NMT-450) или по цифровому (DAMPS, CDMA, GSM, UMTS)

Целью данного курсового проекта является расчет построения сотовой сети в стандарте GSM-1800.

Данный цифровой стандарт с диапазоном частот 1710 - 1880 МГц является модификацией стандарта GSM900.

Его особенности: максимальная излучаемая мощность мобильных телефонов стандарта GSM-1800 - 1Вт (для сравнения у GSM900 - 2Вт). Большее время непрерывной работы без подзарядки аккумулятора и снижение неблагоприятного воздействия на потребителя. Высокая защита от подслушивания и нелегального использования номера. Высокая емкость сети, что важно для крупных городов. Возможность использования телефонных аппаратов, работающих в стандартах GSM900 или GSM-1800. Такой аппарат функционирует в сети GSM900, но, попадая в зону GSM-1800, переключается - вручную или автоматически. Это позволяет оператору рациональнее использовать частотный ресурс, а клиентам - экономить деньги за счет низких тарифов. В обеих сетях абонент пользуется одним номером. Но использование аппарата в двух сетях возможно только в тех случаях, когда эти сети принадлежат одной компании, или между компаниями, работающими в разных диапазонах, заключено соглашение о роуминге. В ближайшее время создание двухдиапазонных сетей возможно и в Москве. Максимальное удаление абонента от базовой станции - 5-6 километров.

1. АНАЛИЗ СТАНДАРТОВ СОТОВОЙ СВЯЗИ

Стандарт GSM

GSM (от названия группы Group Special Mobile, позже переименован в Global System for Mobile Communications) -- глобальный стандарт цифровой мобильной сотовой связи, с разделением каналов по времени (TDMA) и частоте (FDMA). Разработан под эгидой Европейского института стандартизации электросвязи (ETSI) в конце 80-х годов.

GSM относится к сетям второго поколения (2 Generation) (1G -- аналоговая сотовая связь, 2G -- цифровая сотовая связь, 3G -- широкополосная цифровая сотовая связь, коммутируемая многоцелевыми компьютерными сетями, в том числе Интернет).

Сотовые телефоны выпускаются для 4 диапазонов частот: 850 МГц, 900 МГц, 1800 МГц, 1900 МГц.

В зависимости от количества диапазонов, телефоны подразделяются на классы и вариацию частот в зависимости от региона использования.

§ Однодиапозонные -- телефон может работать в одной полосе частот. В настоящее время не выпускаются, но существует возможность ручного выбора определённого диапазона частот в некоторых моделях телефонов, например Motorola C115, или с помощью инженерного меню телефона.

§ Двухдиапазонные (Dual Band) -- для Европы, Азии, Африки, Австралии 900/1800 и 850/1900 для Америки и Канады.

§ Трёхдиапазонные (Tri Band) -- для Европы, Азии, Африки, Австралии 900/1800/1900 и 850/1800/1900 для Америки и Канады.

§ Четырехдиапазонные (Quad Band) -- поддерживают все диапазоны 850/900/1800/1900.

В стандарте GSM применяется GMSK модуляция с величиной нормированной полосы ВТ -- 0,3, где В -- ширина полосы фильтра по уровню минус 3 дБ, Т -- длительность одного бита цифрового сообщения.

GSM на сегодняшний день является наиболее распространённым стандартом связи. По данным ассоциации GSM (GSMA) на данный стандарт приходится 82% мирового рынка мобильной связи, 29% населения земного шара использует глобальные технологии GSM. В GSMA в настоящее время входят операторы более чем 210 стран и территорий.

GSM-900

Цифровой стандарт мобильной связи в диапазоне частот от 890 до 915 МГц (от телефона к базовой станции) и от 935 до 960 МГц (от базовой станции к телефону). Количество реальных каналов связи гораздо больше чем написано выше в таблице, т.к присутствует еще и временное разделение каналов TDMA, т.е на одной и той же частоте могут работать несколько абонентов с разделением во времени.

В некоторых странах диапазон частот GSM-900 был расширен до 880--915 МГц (MS -> BTS) и 925--960 МГц (MS <- BTS), благодаря чему максимальное количество каналов связи увеличилось на 50. Такая модификация была названа E-GSM (extended GSM).

GSM-1800

Модификация стандарта GSM-900, цифровой стандарт мобильной связи в диапазоне частот от 1710 до 1880 МГц.

Особенности:

§ Максимальная излучаемая мощность мобильных телефонов стандарта GSM-1800 -- 1Вт, для сравнения у GSM-900 -- 2Вт. Большее время непрерывной работы без подзарядки аккумулятора и снижение уровня радиоизлучения.

§ Высокая ёмкость сети, что важно для крупных городов.

§ Возможность использования телефонных аппаратов, работающих в стандартах GSM-900 и GSM-1800 одновременно. Такой аппарат функционирует в сети GSM-900, но, попадая в зону GSM-1800, переключается -- вручную или автоматически. Это позволяет оператору рациональнее использовать частотный ресурс, а клиентам -- экономить деньги за счёт низких тарифов. В обеих сетях абонент пользуется одним номером. Но использование аппарата в двух сетях возможно только в тех случаях, когда эти сети принадлежат одной компании, или между компаниями, работающими в разных диапазонах, заключено соглашение о роуминге.

Сеть GSM 900-1800 -- это единая сеть, с общей структурой, логикой и мониторингом в которой телефон никуда не переключается. Вручную можно только запретить использовать один из диапазонов в тестовых или очень старых аппаратах.

Проблема состоит в том, что зона охвата для каждой базовой станции значительно меньше, чем в стандартах GSM-900, AMPS/DAMPS-800, NMT-450. Необходимо большее число базовых станций. Чем выше частота излучения, тем больше проникающая способность (характеризуется т.н. глубиной скин - слоя) радиоволн и тем меньше способность отражаться и огибать преграды.

Дальность связи в GSM лимитирована задержкой сигнала Timing advance и составляет до 35 км. При использовании режима extended cell возрастает до 75 км. Практически достижимо только в море, пустыне и горах.

Стандарт CDMA

CDMA (Code Division Multiple Access) -- технология множественного доступа с кодовым разделением каналов, стандарт связи третьего поколения. Стандарт CDMA был разработан в 1993 году и на данный момент является наиболее перспективным в плане развития и принятия общего стандарта связи.

Стандарт CDMA является цифровым стандартом. Множественный доступ с кодовым разделением означает, что несколько абонентов могут пользоваться один пулом радиоканалов, не пересекаясь в разговоре благодаря кодовому разделению каналов. CDMA обеспечивает высокое качество связи, высокую конфиденциальность разговоров, низкий уровень шумов одновременно с низкой мощностью излучения передатчиков. Емкость сети CDMA в десятки раз выше, чем у любых аналоговых или цифровых стандартов благодаря возможности многократного использования полосы пропускания сети. CDMA позволяет одновременно с разговором принимать и отправлять факсимильные сообщения и данные.

Диапазон частот, в котором работает стандарт CDMA IS-95 лежит около 800 МГц, CDMA PCS -- 1900 МГц. Мощность передатчиков абонентских устройств менее 0,1 Вт.

Сети CDMA начинают набирать обороты, и в ближайшем будущем этот стандарт станет одним из основных, т.к. он может составить конкуренцию даже проводным системам связи, благодаря своим бесспорным достоинствам и дешевизне. Технология CDMA легла в основу многих разрабатываемых сейчас систем глобальной мобильной связи.

2. ПРОЦЕДУРА УСТАНОВЛЕНИЯ ВЫЗОВА

На схеме (рис.1) изображена процедура установления вызова в стандарте GSM.

Рисунок 1.-Структурная схема основных элементов сети GSM.

Система GSM состоит из трёх основных подсистем:

§ Подсистема базовых станций (BSS -- Base Station Subsystem),

§ подсистема коммутации (NSS -- Network Switching Subsystem),

§ центр технического обслуживания (OMC -- Operation and Maintenance Centre).

В отдельный класс оборудования GSM выделены терминальные устройства -- подвижные станции (MS -- Mobile Station), также известные как мобильные (сотовые) телефоны.

Подсистема базовых станций.

BSS состоит из собственно базовых станций (BTS -- Base Transceiver Station) и контроллеров базовых станций (BSC -- Base Station Controller). Область, накрываемая сетью GSM, разбита на соты шестиугольной формы. Диаметр каждой шестиугольной ячейки может быть разным -- от 400 м до 50 км. Максимальный теоретический радиус ячейки составляет 120 км, что обусловлено ограниченной возможностью системы синхронизации к компенсации времени задержки сигнала. Каждая ячейка покрывается одной BTS, при этом ячейки частично перекрывают друг друга, тем самым сохраняется возможность передачи обслуживания MS при перемещении её из одной соты в другую без разрыва соединения (Операция передачи обслуживания мобильного телефона (MS) от одной базовой станции (BTS) к другой в момент перехода мобильного телефона границы досягаемости текущей базовой станции во время разговора, или GPRS-сессии называется техническим термином «Handover»). Естественно, что на самом деле сигнал от каждой станции распространяется, покрывая площадь в виде круга, но при пересечении получаются правильные шестиугольники. Каждая база имеет шесть соседних в связи с тем, что в задачи планирования размещения станций входила такая, как минимизация зон перекрывания сигнала от каждой станции. Большее число соседних станций, чем 6 -- особых выгод не несёт. Рассматривая границы покрытия сигнала от каждой станции уже в зоне перекрытия, как раз получаем -- шестиугольники.

Базовая станция (BTS) обеспечивает приём/передачу сигнала между MS и контроллером базовых станций. BTS является автономной и строится по модульному принципу. Направленные антенны базовых станций могут располагаться на вышках, крышах зданий и т.д.

Контроллер базовых станций (BSC) контролирует соединения между BTS и подсистемой коммутации. В его полномочия также входит управление очерёдностью соединений, скоростью передачи данных, распределение радиоканалов, сбор статистики, контроль различных радиоизмерений, назначение и управление процедурой Handover.

Подсистема коммутации.

NSS состоит из нижеследующих компонентов.

Центр коммутации (MSC -- Mobile Switching Centre). MSC контролирует определённую географическую зону с расположенными на ней BTS и BSC. Осуществляет установку соединения к абоненту и от него внутри сети GSM, обеспечивает интерфейс между GSM и ТфОП, другими сетями радиосвязи, сетями передачи данных. Также выполняет функции маршрутизации вызовов, управление вызовами, эстафетной передачи обслуживания при перемещении MS из одной ячейки в другую. После завершения вызова MSC обрабатывает данные по нему и передаёт их в центр расчётов для формирования счета за предоставленные услуги, собирает статистические данные. MSC также постоянно следит за положением MS, используя данные из HLR и VLR, что необходимо для быстрого нахождения и установления соединения с MS в случае её вызова.

Домашний регистр местоположения (HLR -- Home Location Registry). Содержит базу данных абонентов, приписанных к нему. Здесь содержится информация о предоставляемых данному абоненту услугах, информация о состоянии каждого абонента, необходимая в случае его вызова, а также Международный Идентификатор Мобильного Абонента (IMSI -- International Mobile Subscriber Identity), который используется для аутентификации абонента (при помощи AUC). Каждый абонент приписан к одному HLR. К данным HLR имеют доступ все MSC и VLR в данной GSM-сети, а в случае межсетевого роуминга -- и MSC других сетей.

Гостевой регистр местоположения (VLR -- Visitor Location Registry). VLR обеспечивает мониторинг передвижения MS из одной зоны в другую и содержит базу данных о перемещающихся абонентах, находящихся в данный момент в этой зоне, в том числе абонентах других систем GSM -- так называемых роумерах. Данные об абоненте удаляются из VLR в том случае, если абонент переместился в другую зону. Такая схема позволяет сократить количество запросов на HLR данного абонента и, следовательно, время обслуживания вызова.

Регистр идентификации оборудования (EIR -- Equipment Identification Registry) Содержит базу данных, необходимую для установления подлинности MS по IMEI (International Mobile Equipment Identity). Формирует три списка: белый (допущен к использованию), серый (некоторые проблемы с идентификацией MS) и чёрный (MS, запрещённые к применению). У российских операторов (и большей части операторов стран СНГ) используются только белые списки, что не позволяет раз и навсегда решить проблему кражи мобильных телефонов.

Центр аутентификации (AUC -- Authentification Centre). Здесь производится аутентификация абонента, а точнее -- SIM (Subscriber Identity Module). Доступ к сети разрешается только после прохождения SIM процедуры проверки подлинности, в процессе которой с AUC на MS приходит случайное число RAND, после чего на AUC и MS параллельно происходит шифрование числа RAND ключом Ki для данной SIM при помощи специального алгоритма. Затем с MS и AUC на MSC возвращаются «подписанные отклики» -- SRES (Signed Response), являющиеся результатом данного шифрования. На MSC отклики сравниваются, и в случае их совпадения аутентификация считается успешной.

Центр технического обслуживания.

Подсистема OMC (Operations and Maintenance Centre). Соединена с остальными компонентами сети и обеспечивает контроль качества работы и управление всей сетью. Обрабатывает аварийные сигналы, при которых требуется вмешательство персонала. Обеспечивает проверку состояния сети, возможность прохождения вызова. Производит обновление программного обеспечения на всех элементах сети и ряд других функций.

3. РАСЧЕТ КАЧЕСТВЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ СОТОВОЙ СЕТИ

3.1 РАСЧЕТ ДОПУСТИМОГО ЧИСЛА КАНАЛОВ ТРАФИКА И ДОПУСТИМЫЕ ПАРАМЕТРЫ СОТЫ

Начинать следует с выбора частотных каналов в соте. Вначале берут 1 канал, затем 2, 3, возможно и больше. Однако увеличение числа каналов чрезвычайно существенно влияет на оплату оператором их аренды. Вместе с тем с уменьшением числа каналов в соте возрастает число сот в сети и уменьшаются их размеры. Это удорожает развертывание и обслуживание сот. Минимальные размеры соты обычно определяет число допустимых хэндоверов. Поэтому для сетей GSM-1800 - не менее 0,6-0,8 км

Так как в одном частотном канале GSM существуют 8 независимых физических каналов, то по табл. 1 определяем число каналов трафика.

Таблица 1.- Определение числа каналов трафика

Число частотных каналов	1	2	3	4	5
Число физических каналов	8	16	24	32	40
Используют под каналы управления	1	2	2	3	3-4
Число каналов трафика	7	14	22	29	36-37

Выбрав число каналов, определяют допустимый трафик в соте на основе статистики абонентов по таблице Эрланга.

Трафик характеризуют объемом передаваемой информации. При передаче данных трафик определяют скоростью передачи, бит/с, и временем передачи, т. е. числом переданной информации в битах. В телефонии единицей измерения трафика является эрланг. 1 Эрл - это занятость одного телефонного (ТФ) канала в течение часа.

Расчет допустимого трафика, а следовательно, и максимального числа обслуживаемых абонентов при заданном числе каналов является статистической задачей.

Рассчитаем параметры соты с использованием одного частотного канала.

При расчете в соответствии с числом каналов в соте по таблицам Эрланга находим допустимый трафик в соте Асот.

Асот=3,63Эрл

Далее, задаваясь средним трафиком одного абонента в ЧНН (час наибольшей нагрузки) А1 = 0,015-0,025 Эрл, определяем допустимое число абонентов в соте по формуле 1.

М_сот= (1)

М_сот= Абонентов

Определяем число сот в городе:

Q_сот=(2)

где М_сети-число абонентов сети

Q_сот==1199 сот

Площадь соты вычислим по формуле:

S_сот=(3)

где S_сети-площадь зоны обслуживания

S_сот==0,25 км²

Радиус соты в виде правильного шестиугольника (Рис.2):

R (4)

причем R - максимальное удаление мобильной станции от базовой станции в соте.

Рисунок 2. - Шестиугольная сота с обозначенным радиусом.

R==0,62км

Для того, чтобы расходы на обслуживание сот и развертывание были меньше, радиус соты должен быть не менее 0,6-0,8км. Полученное значение 0,62 соответствует этому критерию.

Так как используется 1 частотный канал, состоящий из 8 физических, соответственно 1 канал является каналом управления, а остальные 7 - каналы трафика.

Таблица 2.-Результаты расчетов.

Число частот в соте	1
Число абонентов в соте Мсот	146
Число сот в сети qсот	1199
Площадь соты Sсот, км2	0,25
Радиус соты R, км	0,62

3.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ БАЛАНСА МОЩНОСТЕЙ

На данном этапе выполнения работы следует обеспечить баланс мощностей в соте радиуса R для сети, выбранной по результатам предыдущего этапа.

Уравнения баланса мощностей составляют на основе учета всех особенностей прохождения сигнала на трассе согласно рис. 3.

Рисунок 3. - Прохождение сигнала на трассе

Расчеты трасс сетей подвижной связи ведут с использованием логарифмов потерь на трассах, в фидерах, комбайнерах и логарифмов коэффициентов усиления антенн и дополнительных усилителей. При этом мощности на выходе передатчика и на входе приемника выражают в децибелах на милливатт (дБм) согласно формуле 5.

Р, дБм=10lgР, мВт (5)

Уравнение баланса мощностей в направлении вверх (АС => БС):

PinБС = PoutАС-LfAC+GaАС-Lp+GaБС+GdБС-LfБС. (6)

Уравнение баланса мощностей в направлении вниз (БС => АС):

PinАС = PoutБС-LfБC+GaБС-Lc-Lp+GaАС-LfАС. (7)

В уравнениях (6) и (7) все коэффициенты усиления и ослабления выражены в децибелах, а мощности - в децибелах на милливатт.

PinБС и PinAC - мощности на входе приемников БС и АС.

PoutБС и PoutAC - мощности на выходе передатчиков БС и АС.

GaБС и GaАС - коэффициенты усиления антенн БС и АС.

LfБС и LfАС - потери в фидерах БС и АС.

Lc - потери в комбайнере.

Lp - потери на трассе.

GdБС - выигрыш за счет разнесенного приема сигналов на БС (3-4 дБ).

При расчетах можно использовать следующие параметры абонентских и базовых GSM станций.

В абонентских станциях GSM-1800 максимальная выходная мощность передатчиков PoutAC = 1 Вт на 1800 МГц. Минимальная чувствительность приемников PinAC = -104 дБм.

Чувствительность приемников базовых станций при наличии дополнительного малошумящего усилителя ТМА (см. рис. 2) на входе приемного тракта PinБС = -111 дБм, а без него -106 дБм. Что касается мощностей передатчиков БС, то их стандартные значения у разных производителей лежат в пределах от 28 до 50 Вт (хотя есть и маломощные станции мощностью 2 Вт).

При проверке баланса мощностей вверх [уравнение (6)] можно принять Lf АС = 0, GaАС = 0, GaБС = 15-17 дБ, LfБС = 2 дБ, GdBTS = 3 дБ (используем разнесенный прием).

При проверке баланса мощностей вниз [уравнение (7)] можно принять Lf БС = 2 дБ, GaБС = 15-17 дБ, LC = 0.

Найденные величины PinAC и PinБС должны превышать чувствительность приемников мобильной станции - 104 дБв и базовой станции - 111 дБм. Если они оказываются меньше, то следует попробовать увеличить высоту подвеса антенны БС или уменьшить радиус соты.

3.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ НА ТРАССЕ

Потери на трассе определяем по модели Окумура-Хата. Они зависят от расстояния R, рабочей частоты F, высоты подвеса антенн базовой станции НБС и абонентской станции НАС Данный метод основан на аналитической аппроксимации результатов практических измерений. Набор эмпирических формул и поправочных коэффициентов, полученный в результате такой аппроксимации, позволяет рассчитать средние потери для различных типов местности.

В диапазоне 1800 МГц и выше расчеты ведут на модели COST 231 Хата [COST 231 TD (90) 119]. Условия применимости модели: F = 1500-2000 МГц; Н_БС = 30-200 м; Н_АС = 1-10 м.

Рассчитаем средние (медианные) потери на трассе L_Г:

L_Г=48,55+35,4lgF13,82lgH_БС(1,1lgF0,7)H_АС+(44,96,55lgH_БС)lgR (8)

где Н_БС - эффективная высота подъема антенны базовой станции, м; Н_АС - высота антенны подвижной станции над землей, м; R - расстояние между передатчиком и приемником, км; F - частота сигнала, МГц.

Суммарные потери на трассе:

L_P=L_Г+?Pу+L_ДОП (9)

Средние (медианные) потери на трассе вниз (средняя частота поддиапазона вниз БС => АС: 1842 МГц):

L_Г=48,55+35,4lg1842 - 13,82lg100 - (1,1lg1842-0,7)5 + (44,9-6,55lg100) lg0,62=115,82

Необходимый запас мощности сигнала для его уверенного приема на 90% площади с вероятностью 75% ?Pу = 0,68у, ?Pу = 0,68 8 = 5,6 дБм, где у = 8 дБ - среднеквадратичное отклонение сигнала из-за флуктуации в точке приема. Кроме того, учтем дополнительные потери в здании L_ДОП = 12 дБ. Итак, суммарные потери на трассе:

L_P=115,82+5,6+12=133,42

Теперь по формуле (7) рассчитаем мощность сигнала на входе приемника АС, если мощность передатчика БС составляет 28 Вт (44,5 дБм):

PinАС=44,5-2+15-0-133,42+0-0=-75,92

Аналогично по формуле (6) проверяем баланс мощностей на трассе вверх. Средняя частота поддиапазона вверх АС => БС: 1744 МГц. При тех же Н_БС и Н_АС средние потери на трассе Lг, согласно модели COST 231, составляют 114,93 дБ, т. е. практически не отличаются от потерь на трассе вниз. При тех же ?Pу=5,6 дБм и потерях в здании L_ДОП = 12 дБ при мощности передатчика АС 1 Вт получаем:

PinБС=30-0+0-132,53+15+3-2=-86,53

Найденные величины PinAC и PinБС превышают чувствительность приемников мобильной станции -104 дБв и базовой станции - 111 дБм.

Таблица 3.-Результаты расчетов.

Трасса вниз БС => АС
F, МГ	НБС,м	НАС,м	R, км	LГ, дБ	?Pу,дБ	LДОП, ДБ	PoutБС ДБм	LfБС, ДБ	GaБCДБ	Lс, ДБ	LP, ДБ	GaАCДБ	LfAC, ДБ	PinAC, ДБ
1842	100	5	0,62	115,82	5,6	12	44,5	2	15	0	133,42	0	0	-75,92
Трасса вверх АС => БС
F, МГ	НБС, м	НАС,м	R, км	LГ, дБ	?PудБ	LДОП, ДБ	PoutБС ДБм	LfАС, ДБ	GaАCДБ	LP, ДБ	GaБCДБ	GdБC, ДБ	LfБCДБ	PinБC, ДБ
1744	100	5	0,62	114,93	5,6	12	44,5	0	0	132,53	15	3	2	-86,53

3.4 РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ БАЗОВОЙ СТАНЦИИ

В сетях сотовой связи наибольшее распространение получили источники бесперебойного питания (ИБП) переменного тока. Организация бесперебойного питания объекта подразумевает возможность его переключения при неполадках в электросети на альтернативный источник энергии. В ИБП любого типа функции такого источника выполняют аккумуляторные батареи.

Аккумуляторы являются вторичными элементами питания или, как их еще называют, химическими источниками тока второго типа. Аккумуляторные батареи функционируют в двух основных режимах: разряда и заряда. Установленные в ИБП переменного тока батареи находятся в одном из трех состояний - дежурном, аварийном и поставарийном. Поскольку аварии в сети происходят все-таки не столь часто, большую часть срока эксплуатации батарея функционирует в дежурном, или буферном, режиме постоянного подзаряда. Аварийные режимы (питание нагрузки от батареи) в телекоммуникациях занимают сравнительно небольшое время. Поставарийный - это автоматический режим заряда разряженной батареи.

Любая АБ характеризуется взаимосвязанной системой параметров, базовыми из которых являются емкость и номинальное напряжение. Выбор емкости АБ обусловлен типом нагрузки, которую она будет поддерживать в течение заданного времени при определенных режимах разряда. Для любого телекоммуникационного объекта определяющими являются требования по энергоснабжению: время работы, ток разряда, мощность. Требования по емкости определяются на основании этих характеристик.

Выбор батареи во многом зависит от качества сети: одни батареи лучше работают в буферном режиме, другие рассчитаны на циклическое применение. Чем глубже разряжается батарея, тем меньше циклов заряда/разряда она обеспечивает. Например, для линий связи в сельской местности более важен параметр количества циклов заряда/разряда, которые может выдержать аккумулятор. В этих сетях качество электроснабжения приводит к частым и длительным (более часа) отключениям выпрямительных устройств с переходом нагрузки на питание от аккумуляторной установки. В таком случае целесообразнее использовать гелевые аккумуляторы, так как ресурс их работы в режиме циклирования выше, чем у других аккумуляторов.

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи

Основные области применения:

- непрерывное электропитание;

- телекоммуникация;

- пожарное освещение;

- пожарная тревога и системы обеспечения безопасности.

Отличительные особенности:

- дешевизна и простота производства - по стоимости 1 кВт·ч энергии эти батареи являются самыми дешевыми; 14

- малый саморазряд - самый низкий по сравнению с аккумуляторными батареями других типов;

- низкие требования по обслуживанию - отсутствует «эффект памяти», не требуется доливки электролита;

- допустимы высокие токи разряда.

- не допускается хранение в разряженном состоянии;

- низкая энергетическая плотность - большой вес аккумуляторных батарей ограничивает их применение в стационарных и подвижных объектах;

- допустимо лишь ограниченное количество циклов полного разряда (200-300);

- кислотный электролит и свинец оказывают вредное воздействие на окружающую среду;

- при неправильном заряде возможен перегрев.

Свинцово-кислотные батареи имеют настолько низкую энергетическую плотность по сравнению с другими типами батарей, что это делает нецелесообразным использование их в качестве источников питания переносных устройств. Хотя примеры их применения в портативной электронной технике есть. Кроме того, при низких температурах их емкость существенно снижается.

Производители ИБП всегда указывают полную мощность, выраженную в вольт-амперах, следовательно, необходимо перевести активную мощность оборудования в полную. Активная мощность вычисляется по формуле (10):

P_ИБП>Pmax/PF (10)

где Р_ИБП - требуемая мощность источника бесперебойного питания базовой станции;

PF(Power Factor) - коэффициент мощности, который в данной курсовой работе принимается равным 0,7;

Pmax - максимальная потребляемая мощность.

Максимальная потребляемая мощность для базовых станций сетей GSM 60 Вт. Необходимо также учесть максимальную потребляемую мощность охранно-пожарной сигнализации - 900 Вт и системы управления микроклиматом - 3000 Вт.

Pmax=60+900+3000=3960Вт

P_ИБП>3960/0,7=5658Вт

Для работы в автономном режиме ИБП базовой станции комплектуется четырьмя батареями. Необходимо рассчитать максимальное время автономной работы при заданной нагрузке:

t=(60•E•U)/P (11)

где t - максимальное время автономной работы, мин;

Е - ёмкость батареи;

U=24В - суммарное напряжение батарей в ИБП;

Р - расчётная мощность нагрузки.

t=60•2000•24/5658=510мин.

3.5 РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ СЕТИ СОТОВОЙ СВЯЗИ

Одной из важнейших задач при проектировании сетей сотовой связи является разработка устройств и узлов, обеспечивающих выполнение всех возложенных на них функций в течение длительного срока службы оборудования. Решение этой проблемы возможно только при комплексном решении вопросов надежности на всех стадиях проектирования и эксплуатации

Надежность - это свойство системы обеспечивать нормальное выполнение заданной функции, обеспечивать первоначальные технические характеристики в течение определенного времени в заданных пределах допуска.

Надежность характеризуется:

- безотказностью;

- ремонтопригодностью;

- долговечностью.

Сбой в работе сети сотовой связи может быть вызван различными причинами: обрывом линий связи, выходом из строя оборудования и некоторыми другими. Однако для пользователей услуг не имеет значения, вследствие чего пропадает связь.

В рамках соглашения о качестве обслуживания абоненту должен быть гарантирован определенный, достаточно большой промежуток времени, в течение которого показатели качества обслуживания не будут ниже заданных.

Простои, вызванные сбоями в работе сети, могут сопровождаться огромными потерями прибыли. Таким образом, актуальными являются вопросы сокращения времени простоя, оценка потерь, вызванных простоями, и оценка затрат на минимизацию этих потерь.

Для решения поставленных задач возникает необходимость в количественной оценке надежности. С этой целью в теории надежности вводятся количественные характеристики и устанавливается связь между ними, разрабатываются методы, позволяющие анализировать физические причины отказов и прогнозировать надежность.

Время наработки на отказ Тн и среднее время восстановления после сбоя Тв являются основными параметрами, которые следует учитывать при решении задачи обеспечения надежного и стабильного сервиса.

Параметры безотказности:

- интенсивность отказов системы;

- наработка на отказ системы;

- вероятность безотказной работы.

Зная Тср каждого элемента системы, можем определить интенсивность отказов л, 1/ч, каждого элемента по формуле:

л = 1/Tср (12)

Интенсивность отказов БС:

лБС=1/27000=38•10^-6 1/ч

Интенсивность отказов контроллера:

лК=1/60000=17•10^-6 1/ч

Интенсивность отказов мультиплексора:

лМ=1/46000=22•10^-6 1/ч

Интенсивность отказов всей системы в целом вычисляется по формуле (13):



(13)

где лi - интенсивность отказов каждого элемента системы

Л(t)_c=(38+17+22)• 10^-6=77•10^-6 1/ч

Зная интенсивность отказов всей системы, можно определить наработку на отказ системы:

Тср.с=1/ Л(t)_c (14)

Тср.с=1/77•10^-6=12987ч.=542сут.

Вероятность безотказной работы - вероятность того, что в течение заданного времени не произойдет отказа в системе. Определяется по формуле (15):

P_с(t) = e-^Лt (15)

где t - время испытания, ч;

Л - интенсивность отказов системы.

Время испытания может принимать следующие значения: 24, 720, 2172, 8760 ч.

Расчет вероятности отказа при t=24ч:

P_с(t)=e^{0,000077•24}=0,9981

при t=720:

P_с(t)=e^{0,000077•720}=0,947

при t=2172:

P_с(t)=e^{0,000077•2172}=0,847

при t=8760:

P_с(t)=e^{0,000077•8760}=0,512



Рисунок 5.-Кривая безотказности системы.

Параметры ремонтопригодности:

- среднее время восстановления;

- коэффициент готовности;

- коэффициент простоя.

Используя параметры надежности T_cp и T_в, можно вычислить коэффициент доступности услуг К_д (коэффициент готовности К_г).

Коэффициент готовности - вероятность того, что система будет в работоспособном состоянии в любой момент времени в промежутках между выполнением профилактического обслуживания или ремонта.

Коэффициент готовности

К_г=Т_ср/(Т_ср+Т_в) (16)

где T_cp- среднее время наработки на отказ системы;

T_в - время восстановления системы.

К_г=12987/(12987+5)=0,9997

Коэффициент простоя учитывает все простои аппаратуры, вызванные техническим обслуживанием, но без учета простоев по организационным причинам.

Коэффициент простоя:

К_п=1-К_г(17)

К_п=1-0,9997=0,0003

Таблица 4.-Результаты расчета надежности системы.

Интенсивность отказов системы Л(t)c, 1/ч	Наработка на отказ системы Тср, ч	Вероятность безотказной работы системы Pс(t)	Тв	Кг	Кп
		t=24	t=720	t=2172	t=8760
77•10-6	12987	0,9981	0,947	0,847	0,512	5	0,9997	0,0003

Сравнив расчетные параметры с нормативными показателями были сделаны выводы о состоянии надежности системы. Так как Т_ср более 350 суток и К_г более 0,99, то данную систему можно считать надежной.

4. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ

сотовый связь трафик коммутация

По результатам данных показателей и рассчитанных параметров было выбрано оборудование.

4.1 БАЗОВАЯ СТАНЦИЯ HUAWEI DBS3900

Рисунок 6.- Базовая станция Huawei DBS3900

Базовая станция Huawei DBS3900 работает одновременно в двух режимах, как GSM так и UMTS. Эта базовая станция поддерживает работу по IP транспорту, что является очень важной характеристикой. Так же DBS3900 поддерживает плавный переход к сетям 4 поколения, LTE.

Рисунок 7.- Принципиальная схема Базовой станции DBS3900.

Базовая станция DBS3900 состоит из трёх частей:

1. BBU- это основная часть БС (Обрабатывает информацию)

2. RRU- это передатчики TRx.

3. Антенна (штыревая всенаправленная).

4.2 КОНТРОЛЛЕР БАЗОВЫХ СТАНЦИЙ HUAWEI BSC6900

Рисунок 8.- Контроллер базовых станций Huawei BSC6900

Контроллер базовых станций является важным элементом сети сотовой связи GSM и UMTS. Один 69-ый контроллер может работать в трёх режимах, как GSM, как UMTS, как GSM/UMTS и может обслуживать до 7-8 БС.

Таким образом, на сети с 1199 сотами понадобится 170 контроллеров, которые будут обслуживать по 7 БС и 1 будет обслуживать 8 БС.

Таблица 5.- Основные характеристики контроллера BSC6900

4.3 МОБИЛЬНЫЙ ЦЕНТР КОММУТАЦИИ MSC SOFTX3000

Рисунок 9.- Мобильный центр коммутации MSC SoftX3000

Мобильный центр коммутации MSC для сети GSM-R - важная часть решения Huawei для сетей мобильной связи GSM-R. Он содержит MSC-сервер и медиашлюз MGW, поддерживает стандартные интерфейсы и все услуги, определенные в спецификациях EIRENE (European integrated railway radio enhanced network). Он может взаимодействовать с устройствами других производителей, например, с центром диспетчеризации.

4.4 МАPШPУТИЗАТОP QUIDWAY AR46-40

Рисунок 10.- Маpшpутизатоp Quidway AR 46-40

Маpшpутизатоpы Quidway сеpии AR 46 - это высокопроизводительные гpаничные маpшpутизатоpы для телекоммуникационных пpовайдеpов и сетей пpедпpиятий. Кpоме того, эти маpшpутизатоpы могут pаботать как магистpальные маpшpутизатоpы или высокопроизводительные агpегиpующие маpшpутизатоpы в сетях пpедпpиятий.

В маpшpутизатоpах Quidway AR 46 используются быстpодействующий микpопpоцессоp PowerPC и унивеpсальная платфоpма маpшpутизации (VRP). Эти маpшpутизатоpы пpедоставляют пользователям pазличные сpедства доступа с pазными пpотоколами канального уpовня. Они могут также поддеpживать DLSw, многоадpесную маpшpутизацию, pазличные типы VPN (включая VPN L2TP, GRE, IPSec и MPLS), пеpедачу голоса и услуги DDR.

Таблица 6.-Основные поддерживаемые протоколы и приложения

Описание системы маpшpутизатоpов Quidway AR 46-40
Позиция	Описание AR 46-40
Число слотов	4
Встpоенные поpты	2 поpта Ethernet 10/100 Мбит/с 1 поpт AUX 1 консольный поpт
ROM начальной загpузки	512 Кбайт
SDRAM	256 Mбайт
Флэш-память	32 Мбайт
Размеpы (шиpина х высота х глубина)	436,2 х 420 х 130,5
Вес	17,5 кг
Входное напpяжение	Пеpеменное: От 100 В до 240 В 50/60 Гц Постоянное: от 48 В до 60 В (+/-20%)
Максимальная мощность	240 Вт
Рабочая температура	От 0 до 40°C
Относительная влажность	От 0 до 95% (без конденсации)

4.5 GSM ШЛЮЗ ATEUS EASYGATE FAX

Рисунок 11.- GSM шлюз ATEUS EASYGATE FAX

Порт FXS Прием и передача аналоговых факсимильных сообщений GPRS-сервис Режим передачи данных, прием и посылка SMS Функция FSK Подключение внешнего устройства.

4.6 КОНДИЦИОНЕР LG GOOD G09AHT

Рисунок 12.- Кондиционер LG Good G09AHT

Поскольку оборудование БС чувствительно к изменениям температуры и влажности было принято решение поставить систему контроля микроклимата. Наиболее простым решением является установка настенной сплинт-системы. В связи с этим был выбран кондиционер LG Good G09AHT с режимами работы охлаждения/обогрева, с функцией осушения воздуха и режимом автоматической работы.

5. АНАЛИЗ ПОСТРОЕНИЯ СЕТИ СОТОВОЙ СВЯЗИ

Так как в сети используется один частотный канал применяется схема трехэлемнтного кластера, в каждой соте которого одна частота.

Рисунок 13.-Структурная схема построения сети на базе кластеров

Всего по расчетам данная сеть включает в себя 1199 сот. 399 полных кластеров и один неполный, состоящий из двух сот.



Рисунок 14.-Принципиальня схема организации связи.

6. СМЕТА

Таблица 7.-Смета

№ пункта	Наименование оборудования	Стоимость оборудования, руб	Занятость человек/час	Стоимость человек/час, руб.	Кол-во оборудования на сеть
Базовая станция	HUAWEI BSC6900	150000	7	150	1199
Контроллер	HUAWEI BSC6900	55298	5	150	171
Мобильный центр коммутации	HUAWEI MSC SOFTX3000	128300	5	150	1
Маршрутизатор	QUIDWAY AR46-40	14000	3	150	1
Шлюз	ATEUS EASYGATE FAX	11750	1	150	1
Кондиционер	LG Good G09AHT	3596	1	150	2398
Итоговая стоимость:	198083216
№ бригады	Кол-во чел. в бригаде	З/п, руб
1	5	210500
2	5	419650
3	5	419650
4	4	359700
5	4	128250
6	4	210500
Итоговая стоимость:	1748250
Всего по смете:	199831466

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения курсовой работы были рассмотрены общие принципы построения сети сотовой связи на базе стандарта GSM-1800 методом частотного планирования, требования и рекомендации по размещению оборудования БС; рассчитаны качественные параметры сети и ее надежность. По результатам расчетов выбрано оборудование. Составлена смета на строительство такой сети в среднем городе. Общая стоимость строительства составила 199831466. Из этого следует, что строительство такой сети не рентабельно, так как стоимость слишком высокая и сеть окупится через очень большое время. Это вызвано тем, что по задаче в одной соте используется всего одна частота. Если увеличить количество частот в соте, то ее радиус увеличится, а количество сот на сети уменьшится. Это значительно уменьши стоимость строительства и обслуживания данной сети.

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Города Росси и связь - электронные данные http://seoofis.ru/

2. Muvicom - электронные данные http://www.muvicom.ru/

3. Компания ИМАГ - электронные данные http://www.emag.ru/

4. HUAWEI - электронные данные http://www.huawei.com/ru/

Размещено на Allbest.ru