Система связи города

Требование к сети связи со стороны потенциальных потребителей. Пользователи системы связи. Эволюция стандартов IEEE 802.16. Обзор современных систем беспроводного абонентского доступа. Сравнение ключевых технологий WiMAX, LTE, спектральной эффективности.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 13.02.2014
Размер файла 2,7 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Так как передача CDMA кодов осуществляется на конкурентной основе, то возможно появление коллизий (когда две или более АС передают один и тот же CDMA код в одном и том же частотно-временном диапазоне). Для выявлния коллизий АС использует таймер (T3 согласно стандарту IEEE 802.16e). После передачи CDMA кода, АС запускает данный таймер. Если в течении времени, определяемого таймером, АС не получила от БС никакого ответа, то значит произошла коллизия, и АС нужно воспользоваться алгоритмом разрешения коллизий, определенным стандартом. Подробнее об алгоритме разрешения коллизий см. в отдельной заметке. Тут же, отметим, что данный алгоритм использует метод двоичной экспоненциальной отсрочки (binary exponential backoff,).

После успешного рейнжинг процедуры АС и БС обмениваются набором базовых возможностей, которые поддерживают обе стороны, происходит авторизация АС и обмен ключами. После этого АС может создавать соединения для передачи информации. О работе с соединениями см. отдельнуюраметку(8).

Ниже приводится рис. 3.7, на котором изображены возможные состояния АС. В данной заметке рассмотрены первые два состояния: начальное (initial) и доступен (access state). В остальных заметках будут рассмотрены оставшиеся состояния, а также отдельные процедуры (например, работа с соединениями, handover, sleep mode и т.д.).

Рис. 3.7. Процедура подключения к сети

4. Методы планирования сетей

4.1 Принципы построение сети WiMAX в городского типа

В сетях стандарта мобильного WiMAX, зона покрытия одной базовой станции, так же как и в системах сотовой связи, аппроксимируется шестиугольником. Шестиугольники лучше всего аппроксимируют круговую форму зоны радио покрытия базовой станции на ровной местности без препятствий, а края шестиугольников хорошо аппроксимируют границы между сотами равных размеров. На практике область покрытия базовой станции не обладает правильной круговой формой, поскольку она зависит от структуры местности и препятствий - зданий, деревьев и т.д. Разделение области покрытия системы на соты равного размера невозможно и по техническим причинам. При размещении базовых станций необходимо учитывать множество факторов, таких как доступ к подходящим участкам местности и возможность использования естественных элементов местности башни, высокие трубы и строения. Такие элементы нечасто располагаются в центрах идеально спланированных сот. Поэтому планирование сот представляет собой сложную задачу, в ходе решения которой в современных системах проводят полевые измерения при помощи специализированного оборудования. С определенной точностью соты можно спроектировать на основе обработки данных цифровой карты местности сложным специализированным программным обеспечением, которое имитирует распространение электромагнитных волн на цифровой модели местности. Один из подходов к моделированию распространения электромагнитных волн заключается в том, что волны рассматриваются в качестве световых лучей, которые отражаются и рассеиваются на различных препятствиях местности с определенными коэффициентами отражения и рассеивания. Этот подход, который называют методом трассирования лучей (англ. ray tracing method), требует точных данных об области покрытия и больших вычислительных ресурсов. Пакеты профессионального программного обеспечения, применяемые для моделирования распространения волн и проектирования сот, используют более сложные модели распространения.

По ограниченному количеству результатов измерений можно калибровать используемые в программном обеспечении модели распространения сигналов, что позволяет получать более точные результаты (9).

Ключевой принцип работы сотовой системы заключается в многократном использовании одних и тех же частотных каналов в различных сотах, расположенных в зоне покрытия системы соответствующим образом. Группа из N сот, использующая все доступные частоты несущих, исключая при этом их повторное использование, называется сотовым кластером (англ. Се11 cluster).

Рис. 4.1. Построение многоэлементных сотовых кластеров: а) трехэлементного, б) четырехэлементного, в) семиэлементного, г) двенадцатиэлементного, д) девятнадцатиэлементного

Для анализа размера и особенностей кластера рассмотрим геометрические свойства набора шестиугольников, изображенных на рис. 4.1.

Пусть радиус окружности, описанной вокруг каждого шестиугольника, равен r. Очевидно, что r - это также и расстояние от центра шестиугольника до его вершины. Если вспомнить свойства равностороннего треугольника со стороной r, то легко доказать, что расстояние между двумя соседними шестиугольниками равно. Примем его за единицу длины. В системе координат с углом между осями координат, равным 60°, расстояние от центра любого шестиугольника до начала координат составляет:

где i и j - координаты центра рассматриваемого шестиугольника, выраженные в принятых единицах длины, равных 3r. В табл. 4.1 представлены кластеры, для каждой соответствующая своё значения i и j.

Таблица 4.1

Кластеры, (C)

I

J

1

0

0

3

1

1

4

2

0

7

2

1

9

3

0

12

2

2

13

3

1

16

4

0

19

3

2

21

4

1

27

3

3

Выражение (4.1) прямо следует из обобщенной теоремы Пифагора, которая утверждает, что квадрат длины стороны R, лежащей напротив угла , образованного сторонами с длинами и и v, равен:

В случае, изображенном на рис. 2.2, u=33r, н=2v3r и б=120°.

Таким образом, i = 3 и j = 2.

Рис. 4.2. Разделение зоны радиопокрытия на соты

Будем считать заштрихованную соту, расположенную в начале изображенной рис. 4.2 системы координат, опорной. Построим вокруг нее сотовый кластер. Другие кластеры должны быть расположены вокруг него таким образом, чтобы покрываемые ими области не перекрывались и не имели разрывов.

Возникает следующий вопрос: какое количество сот в кластере обеспечивает наиболее компактное покрытие для стандарта WiMAX? Ответ на этот вопрос вытекает из последующих рассуждений. Пусть центральные соты соседних кластеров расположены на расстоянии R от центра опорной соты.

В их распоряжении находится такой же набор частотных каналов, что и у опорной соты. Каждый кластер может быть представлен одним большим шестиугольником, площадь которого равна сумме площадей всех принадлежащих кластеру сот. Это изображено на рис. 4.3.

Площадь одной гексагональной соты радиуса r равна:

а площадь большого шестиугольника, равного сумме N площадей шестиугольников радиуса r, центры которых расположены на расстоянии R друг от друга, составляет:

Необходимо, чтобы выполнялось следующее равенство

При подстановке (4.1) и (4.4) в (4.5) получим выражение, которое определяет количество N сот в кластере:

Очевидно, что количество сот в кластере не ограничено. Кластер, образующий регулярную сетевую структуру, может состоять из одной, трех, четырех, семи, двенадцати и т.д. сот.

На рис. 23 изображен кластер с N = 3 сотами, для которых i = 1 и j = 1. На основании (4.1) и (4.6) можно получить важное соотношение, которое будет использовано в дальнейших рассуждениях:

Рис. 4.3. Аппроксимация кластеров большими треугольниками

Если при разработке системы не учитывалось количество сот в кластере, их топографическое расположение и распределение каналов, то в такой системе будет наблюдаться существенное влияние друг на друга каналов в разных сотах, использующих одни и те же несущие частоты.

Эти явления называются соканальными помехами. Они зависят от параметра Q, определенного в выражении (4.7).

Параметр Q называется коэффициентом ослабления соканальных помех (англ. со-спаппе1 interference reduction factor).

При увеличении Q соканальные помехи ослабевают, поскольку либо увеличивается расстояние, разделяющее соты с одинаковыми каналами, либо уменьшается их размер.

Расстояние R зависит от отношения мощности сигнала Ps к мощности помехи PI (энергетического параметра связности н). В свою очередь, это отношение зависит от количества влияющих друг на друга сот Ko согласно формуле:

где PIk - средняя мощность помех, генерируемых k-ой сотой.

На рис. 4.4 изображена типичная конфигурация взаимодействующих сот. В случае гексагональных сот шесть расположенных в первом ярусе сот взаимодействуют с центральной сотой, которая считается опорной. Таким образом, Ko = 6.

Рис. 4.4. Распределение в пространстве интерферирующих сот

Для регулярной структуры, построенной на основе типовых кластеров с N=3, 7, 9, 12, 19 количество влияющих друг на друга сот Kо всегда будет равно 6 (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Распределение кластеров с регулярной структурой

Предполагается, что влиянием сот второго яруса на центральную соту можно пренебречь ввиду большого расстояния между ними. Соканальные помехи искажают не только сигнал, приходящий на базовую станцию центральной соты, но и сигналы, приходящие на подвижные станции, которые в данный момент находятся в этой соте. Предположим, что базовые станции излучают сигналы с одинаковой мощностью. Тогда отношение сигнала к соканальным помехам на границе центральной соты равно:

При распространении в свободном пространстве г=2, в то время как при двулучевом распространении г=4. В действительности значение г лежит в интервале от 2 до 5,5 в зависимости от условий распространения.

Обратим внимание на то, что в предположении о равной мощности, излучаемой базовыми станциями, отношение «сигнал / соканальная помеха» зависит только от геометрических свойств распределения сот, расстояний между базовыми станциями, использующими одни и те же частотные каналы, и радиуса зоны радиопокрытия базовой станции.

Простоты ради предложим, что в изображенной на рис. 4.3 системе все расстояния Rk равны R. Тогда из (4.9) следует, что

(4.10)

(4.11)

Формула (4.11) определяет взаимосвязь отношения расстояния между сотами, использующими одни и те же частоты и радиус соты, с отношением «сигнал / соканальная помеха» и типом окружающей среды.

В традиционных сотовых системах отношение PS/PI выбирается таким, чтобы обеспечить качество передачи речи, приемлемое, по крайней мере, для 75% пользователей на 90% области покрытия системы (9).

Приняв г=4, из формулы (4.11) получим расчетное Q = 3. В соответствии с табл. 4.2 это значение Q = 3. Поскольку значение Q зависит от количества N сот в кластере по формуле (4.7), то при подстановке в эту формулу значения Q = 3, получим N = 3.

Коэффициент уменьшения соканальных помех Q в зависимости от числа элементов в кластере N, представлен в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Количество сот в кластере

3

4

7

12

19

Коэффициент уменьшения соканальных помех

3.00

3.46

4.58

6.00

7,55

Как видно из табл. 4.2, в рассмотренной 3-х сотовой структуре, отношение сигнал / помеха, которое равно 3.00, как правило, недостаточно для действующих стандартов.

Рассмотрим наихудший случай, иллюстрируемый рис. 4.6 и 4.7. Если обратить внимание на то, что расстояния между подвижной станцией, расположенной в точке А на границе соты, и всеми влияющими базовыми станциями приблизительно равны (R-r), (R-r), (R-r/2), R, (R+r/2), (R+r), получим:

При Q=3 и г=4 значение Ps/PI составляет 12,6. В логарифмическом масштабе эта величина приблизительно равна 11 дБ. Если взять точные расстояния от точки А до центров интерферирующих сот, то получим несколько лучшее значение Ps/PI, однако оно все же будет меньше требуемых 18 дБ. На практике, вследствие неидеального расположения базовых станций, многолучевого распространения и искажений, обусловленных неровностями местности, это отношение будет еще хуже. Поэтому рассчитанного ранее значения Q = 3 будет недостаточно.

Рис. 4.6. Наихудший случай соканальных помех

На рис. 4.7 и в формуле (4.12) рассматривается наихудшая ситуация, поскольку подвижная станция находится на максимально возможном удалении от базовой станции ее собственной соты. Поэтому приведенная выше оценка считается очень пессимистической. Тем не менее, именно такой подход к разработке систем позволяет добиться высокой надежности.

Рис. 4.7. Наихудший случай соканальных помех при N=3

Существуют несколько основных решения проблемы недостаточной величины параметра Q для кластера, где антенна базовых станций имеет горизонтальную диаграмму направленности.

4.2 Методы ослабления соканальных помех

При организации сети необходимо найти золотую середину, используя наибольший частотный диапазон, при сохранении соотношения сигнал/шум на минимально допустимом уровне.

Существуют несколько основных решений проблемы недостаточной величины параметра Q для кластера со всенаправленными антеннами.

4.2.1 Увеличение количества сот в кластере

Первый путь - это увеличение количества сот в кластере. Сотовая структура позволяет увеличить пропускную способность, всей системы путём увеличения сот, уменьшения размеров сот и уменьшения мощности передатчиков. Однако наряду с очевидными преимуществами, уменьшение радиуса сот имеет и недостатки:

· На одной площади приходится размещать большее количество БС и антенн, что подразумевает дополнительные финансовые расходы

· Поскольку стандарт WiMAX относится к частотно временному разделению каналов, то увеличение в кластере сот приведет к снижению число каналов в отдельных сотах, и снижению трафика.

4.2.2 Использование секторных антенн

Второе решение заключается в ослаблении соканальных помех при использовании секторных антенн, с шириной диаграммы направленности в 60°. Каждая сота разделяется на шесть сектора.

На рисунке 4.8 изображено группа сот с использованием антенн, диаграмма направленности 60°.

Рис. 4.8. Группа сот с использованием антенн, диаграмма направленности 60°

При использовании секторных структур сот, значительно понижается влияния соканальных помех соседних БС работающих на одних и тех же частотах. Но, так же имеется и недостаток:

· На каждый сектор приходится отдельный антенно-фидерный тракт, что так же подразумевает дополнительные финансовые затраты.

Рассмотрим третий вариант, который наиболее подходит для реализации сети WiMAX.

4.2.3 Комбинированное планирование сот

Решение проблемы связанных с соканальными помехами на краю сот, в стандарте WiMAX предложен метод, комбинированного повторного использования частоты (FFR), то есть комбинированное планирование сот. В FFR пользователи, находящиеся на краю соты используют часть всех доступных подканалов, в то время как пользователи внутри, то есть в центре соты пользуются всеми доступными подканалами. Пользователи же, находящиеся на краю соты, работают с частотами Reuse-3 (в дальнейшем будет обозначаться как R3), в то время как пользователи в центре соты работают с частотами Reuse-1 (R1). В процессе передачи кадра пользователи R3 сгруппированы в зону R3, которая отделена во времени от зоны R1.

Преимущество метода FFR заключается в предоставлении пользователям на краю сот лучшего качества сигнала, за счёт физического разделения от источника помех. Улучшенное качество сигнала также предоставит более высокую пропускную способность для пользователей на краю соты. Однако, это достигается за счет менее эффективного спектрального распределения ресурсов. Таким образом, важно проанализировать, преобладают ли преимущества над недостатками.

Рис. 4.9. а) Структура FFR; б) Спектральная диаграмма FFR

Показанная на рис. 4.9, структура кадра имеет временное и частотное распределение ресурсов для зон R1 и R3. Заголовок управления кадрами и протокол доступа к среде (FCH/MAP), предоставляет информацию о распределении подканалов, которая позволяет пользователям определять местонахождение своего блока ресурса в пределах кадра. Кроме того, FCH/MAP осуществляет передачу сигналов, такую как переключение зональных информационных элементов, которые указывают точки переключения между зонами R1 и R3.

В стандарте WiMAX, используют дуплексное временное разделения каналов (TDD). В TDD, передачу информации в восходящем (UL) и нисходящем (DL) канале выполняют последовательно через отрезки времени, и отделены друг от друга защитным интервалом. Таким образом, передаваемый кадр разделен на два субкадра. Кроме того, в пределах субкадра существуют зоны для частоты R1 и R3 (так называемые зоны R1 и R3). Они имеют общие границы для всех сот, работающих в сети, таким образом, межзональные помехи между R1 и R3 исключены.

Однако возможны динамические изменения границ зон, в зависимости от перемещения пользователей и нагрузок в соте. Один из ключевых аспектов метода FFR: своевременное переключения из зоны в зону и назначение абоненту зоне R1 либо R3, которое должно соответствовать качеству сигнала и изменениям расположения МС. Базовая станция (БС) должна получать регулярную сигнальную посылку от мобильной станция (МС), на основе которой БС решает, какую из зон предоставить R1 или R3. При быстром движении МС скорость обновления обработки сигнальных посылок должна быть более частыми.

Предоставление зон в БС для конкретного пользователя может быть основано на нескольких параметрах. Эти параметры должны быть определены из сигналов посылок от МС до БС. Как следует из сказанного, принцип FFR существеннее, для решения проблем связанных, с соканальными помехами пользователей, находящихся на краю соты. Следовательно, параметры для назначения зон, рассматриваются от БС к МС. БС работает одновременно с обеими зонами, как с R1, так R3, настраивая порог перехода с зоны в зону. Однако, главный недостаток принципа назначения зон состоит в том, что качество сигнала не обязательно коррелирует с расстоянием от БС из-за эффектов, известных как быстрые замирание и затенение.

В процессе оценке стандарта WiMAX одним из важнейших параметров является охват и достаточно хорошее качество сигнала, который описывает процент пользователей, которые могут быть обслужены.

Компанией Fujitsu Laboratories of Europe Ltd., были проведены исследование комбинированного планирования сот, и в сравнении с другими принципами планирование Reuse1 и Reuse3 (10), были получены следующие результаты.

Пропускная способность FFR, оказалось лучше на 18% по сравнению с Reuse3, но хуже на 13% чем Reuse1. Сравнения пропускной способности показано на рис. 4.10.

Рис. 4.10. Пропускная способность для Reuse1, FFR и Reuse3

Также были исследованы покрытия и качество принимаемого сигнала на различных участках соты. В центре соты на расстоянии не превышающем 300 метров от БС (рис. 4.11.) получены следующие результаты: при Reuse1, число пользователей, которые могут быть обслужены, достигло 76%. Однако при FFR, число обслуживаемых пользователей в центре соты увеличивается до 96%.

Сравнение с Reuse3 не целесообразно, так как пропускная способность гораздо ниже чем при Reuse1 и FFR.

Рис. 4.11. Характеристика обслуживаемых пользователей, на расстоянии до 300 м., от БС

Рассмотрим возможное число пользователей с на краю сот. Результаты, полученные на краях сот таковы, что при Reuse1 число обслуживаемых пользователей достигает только 25%, в случае FFR оно достигло 76%, что является достаточно высоким показателем. На рис. 4.12 иллюстрированы результаты, полученные на краю сот, на расстоянии от 800 до 1000 м.

Рис. 4.12. Характеристика обслуживаемых пользователей, на расстоянии от 800 до 1000 м., от БС

4.3 Характеристика канала связи

Определение параметров канала, имеет ключевое значение при разработке любой системы связи. Свойства канала, вносимые искажения и помехи, а также допустимая ширина спектра передаваемого сигнала определяют максимальную скорость передачи при заданном качестве. Таким образом, перед нами стоит задача определить параметры канала передачи данных в этой системе.

Рассмотрим основные понятия при распространении радиоволн:

· Энергия радиосигнала от точечного излучателя распространяется сферически (рис. 4.13). Принимаемый сигнал МС от передающей антенны БС на расстоянии d обратно пропорционален площади сферы.

Рис. 4.13. Распространение радиосигнала от точечного излучателя

Потери на трассе (path loss) - определяются как любое ухудшение или ослабление сигнала при его распространении и могут характеризоваться двумя отдельными параметрами: средние потери на трассе и замирание.

Уровень сигнала на входе приемника при прямолинейном распространении в открытом пространстве при однолучевой модели:

, (4.14)

где - мощность принимаемого сигнала, - мощность передатчика, - длина волны. G - коэффициент усиления передающей и принимающей антенны.

Но в реальных условиях прохождение сигнала обусловлено тем, что на пути возникают множество препятствий, рис. 4.14. В результате переотражений от земли и от других объектов фаза волны может смещаться до .

Нужно учитывать три основных способа распространения радиоволн:

· Отражение - имеет место при падении волны на объекты с размерами намного больше длины волны. Наблюдаются, например, отражения от земли, стен зданий и т.п.

· Дифракция - явление возникновения вторичных волн при падении радиоволны на препятствие с острыми краями. Дифракцией обусловлено наличие поля за препятствиями в зоне геометрической тени. На высоких частотах дифракция, как и отражение, существенно зависит от геометрии объекта, а также от частоты амплитуды, фазы волны и поляризации поля.

· Рассеяние - имеет место при распространении волны в среде с мелкими объектами (меньше длины волны).

Рис. 4.14. Двухлучевое распространение радиосигнала

При рассмотрении двухлучевой модели рис. 4.14, (наличие прямого луча и отраженного):

(4.15)

В данном случае большую роль играет высота подвеса антенны h: чем выше высота антенны, тем лучше. Длина волны исчезла из формулы. Зависимость мощности от расстояния становится , поэтому потери энергии с увеличением расстояния становятся более значительными по сравнению с однолучевым распространением.

Для того чтобы обобщить все разнообразные параметры окружающей среды, используют эмпирическую формулу потерь на трассе:

(4.16)

Формула 2.16 обобщает различные эффекты в 2-х параметрах: экспонента потерь на трассе и измеряемые потери относительно расстояния , которое обычно равняется 1 метру.

4.4 Модель COST-231 Hata

Для расчета затухания сигнала на трассе, используют модели распространения радиоволн. Для систем стандарта WiMAX, более подходящая модель является COST-231 Hata. Рассмотрим эту модель.

Модель COST-231 Hata исходит из более ранней модели под названием Hata. Модель Hata была усовершенствована специально для сетей WiMAX группой European COST (Cooperation in the field of Scientific and Research). Расширенная модель носит название COST-231 Hata (11). Модель COST-231 Hata предполагает, что антенны базовых станций расположены выше окружающих строений, а размер ячеек при формировании макросотовой структуры сети составляет около 1 км и более. В этом случае потери распространения определяются главным образом процессом дифракции и рассеяния радиоволн на высоте крыш зданий, окружающих абонентскую станцию. Распространение основных лучей от базовой станции происходит выше крыш строений. Эта модель действительна при следующих параметрах:

1500 ? f ? 2000 МГц

30 м? hbs ? 200 м

1 м ? hms ? 10 м

1 км ? d ? 20 км

Здесь f - частота, d - расстояние между МС и БС в км, hbs и hms - высоты расположения БС и МС соответственно, в метрах. едианное значение ослабления в соответствии с COST-231 Hata Медианное значение ослабления в соответствии с COST-231 Hata

Корректирующий коэффициент в зависимости от высоты антенны АС - a(hms):

a(hms) = (1,11·lg f - 0,7) hms - (1,56 lg f - 0,8) (4.19)

Для городских и пригородных территорий поправочный коэффициент C составляет 3дБ и 0дБ соответственно. WiMAX Forum, рекомендует использовать эту модель при планировании мобильной макросотовой сети. Для получения реального (требуемого) значения затухания к общей формуле (4.18) добавляют от 6дБ до 10дБ для учета затухания, вызванного медленными замираниями. Для корректного использования формул COST-231 Hata необходимо придерживаться соответствия между типами моделей и характеристиками местности - плотная сельская застройка - малоэтажная административная и жилая застройка, индустриальные здания не выше трех этажей. При этом покрытие сот в значительной мере определяется дифракцией и рассеянием сигнала на ближайших к абоненту зданиях.

4.5 Выбор топологии сети

Так как передача данных между проектируемыми базовыми станциями WIMAX к центральному пульту «слежения и контроля» будет передаваться с помощью транспортной сети, необходимо определиться с топологией этой сети.

Основные топологии сетей связи:

· Цепь

· Звезда

· Дерево

· Кольцо

· Ячеистая (смешанная)

«Цепь». При этой топологии все узлы соединены последовательно. Эта топология экономична и используется в железнодорожных сетях связи.

«Звезда». При этой топологии один сетевой элемент служит как особый узел, соединяющий узлы, которые не соединены напрямую, и все потоки со всех сетевых элементов передаются через этот особый узел. Достоинством этой топологии является то, что все сетевые элементы соединяются через один узел, облегчая тем самым распределение полосы пропускания и снижая цены. Недостаток - надежность и емкость сети зависит от надежности и пропускной способности узлового элемента. Этот тип топологии используется в основном в локальных сетях (сетях доступа и в абонентских сетях).

«Дерево» - это комбинация «цепи» и «звезды», но надежность и емкость сети по-прежнему зависит от надежности и пропускной способности узлового элемента.

«Кольцо» - сеть, имеющая топологию «цепь», у которой соединены начальный и конечный элементы. Данный тип топологии характеризуется высокой надежностью, способностью к самовосстановлению, он используется в большинстве существующих сетей.

«Смешанная» формируется из комбинаций всех вышеприведенных топологий. При формировании сети она наследует и недостатки топологий, использованных при ее построении.

С точки зрения надежности, выбираем топологию сети - «Кольцо».

4.6 Выбор оборудований базовых и абонентских станций

1. Базовая станция WiMAX Base Station Air4Gs - компактная, оптимизированная по стоимости микробеспроводная базовая станция (12).

Для планирования сети возьмём оборудование компании Airspan. Произведем расчет параметров сети с использованием оборудования одобренного WiMAX Forum.

Станция Air4Gs обладает высокой производительностью, конструкцией - «все-в-одном», применяется для наружного использования - «все на улице», является оборудованием операторского класса. С небольшой, тонкий и легкий форм-фактором Масса - 10,5 kg/23.15 фунтов. Низкое энергопотребление - менее 90 Вт.

Air4Gs является простым и доступным в установке и обслуживании.

Base Station Air4Gs может работать с каналами шириной 5 МГц, 7 МГц и 10 МГц.

Air4Gs идеально подходит для операторов и операторских сетей в пригородных и сельских районах, а также расширения (развертывания) городских сетей. Продукт оптимизирован для вертикальных приложений, таких как Smart Grid или транспорта, где часто есть необходимость в мощных, экономически эффективных решениях. Air4Gs это базовая станция мобильного WiMAX (IEEE802.16e), стандартные интерфейсы R1 и R6.

Рис. 4.15. Базовая станция Air4Gs

Характеристики БС

Поддерживаемые диапазоны частот, ГГц

2.3-2.4, 2.5-2.7, 3.3-3.8, 4.9-5.0

Ширина канала, МГц

1.75, 3.5, 5,7, 10

Число поднесущих

256; 512 и 1024

Метод дуплексилования

FDD + TDD

Модуляция

2-ФМ; 4-ФМ; 16-КАМ; 64-КАМ.

Поддерживаемые профили

Фиксированный WiMAX (расширяемый до мобильного WiMAX)

Стандарт

IEEE 802.16e-2005

Мощность передатчика

до 40дБм на сектор

Чувствительность приемника

-115 дБм (1/16), -103 дБм (1/1)

Коэффициент усиления антенн (UL/DL)

17дБ

Антенна конфигурация

MIMO: круговая 2х2;

Кодирование с коррекцией ошибок

Сверточное кодирование; турбокодирование.

Кабели соединяющие ODU и IDU

Полностью внешнее исполнение

Диаграмма направленности антенны одного сектора

60°, 90°, 120°, 180°, 360°

2. Mobile WiMAX ASN шлюз решения (AN1 WIMAX ASN-GW) (12)

IEEE 802.16e-2005 совместно с сетью WiMAX Forum эталонной модели (NRM) обладает способностью управлять мобильностью абонентов, обеспечивает возможность идентификации, учета и применения политики в расчете на абонента, а также для выполнения функций AAA. Это достигается путем деления WiMAX сети на две основные части:

· Доступ к службе Network (ASN);

· Подключение сетевых служб (ДНС)

ASN состоит из базовых станций WiMAX и ASN Gateway (ASNGW).

ДНС в Центре сети, обеспечивает контроль и управление функций IMS (спецификация передачи мультимедиа в электросвязи на основе протокола IP), DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol - протокол динамической конфигурации узла), FTP (File Transfer Protocol - протокол передачи файлов) и AAA (Authentication, Authorization, Accounting).

Сеть управляется программным пакетом AS8200 Netspan.

Одним из ключевых элементов ASN является ASNGW, которая контролирует и управляет трафиками от большого количества базовых станций WiMAX. Платформа AN1 представляет собой идеальную среду начального уровня для распределения покрытия WiMAX приложений к небольшому числу абонентов и удовлетворения требований к пропускной способности. Создается сеть, архитектура которой обеспечивает экономическую эффективность на сельских сетях и сетях небольших населенных пунктов.

Каждый шлюз ASN может сосредоточить трафики от нескольких базовых станций, что сокращает необходимое количество управляемых устройств и AAA операций при сведении к минимуму задержки установления соединения за счет уменьшения числа вызовов в сети. HA: (Home Agent, часть CSN) - элемент сети, отвечающий за возможность роуминга

Основные характеристики и преимущества

· Полный ASN шлюз и функциональность HA (Home Agent, часть CSN)

· Надежная производительность, тарифы, сделки, обработка пакетов

· Полный набор возможностей, управление мобильностью, в том числе и CMIP (Common Management Information Protocol. Протокол общей управляющей информации) - стандарт управления сетью OSI. PMIP v4/v6

· Прочная конструкция, операторский класс соответствует NEBS / ETSI требованиям, а также возможностью восстановления программного обеспечения

3. Netspan - программа управления сетью

Продукты Airspan включают в себя все функции, необходимые для первоначальной установки и ввода в эксплуатацию продукции, а также их бесперебойной и эффективной работы. Для этого все продукты включают в себя широкие возможности управления функциями этих продуктов, а также централизованное управление и операции (O & M) системы.

Netspan обеспечивает выполнение следующих функций:

· Исправность управления

· Управление конфигурацией

· Обработка аварийных сигналов

· Управление производительностью

· Управление безопасностью

Netspan строится в соответствии с архитектурой клиент / сервер. Сервер Netspan работает на платформе ПК, используя базу данных SQL для хранения конфигурации, статистики и историй тревоги по радиосети. Доступ к серверу Netspan от различных стандартных веб-браузеров - с помощью веб-службы сервера Netspan.

Управление сетью с помощью Netspan осуществляется одним работником - оператором круглосуточно.

4. Секторная антенна для базовой станции INT-SEC-17/5X-H

Описание антенны

SECTOR это профессиональные антенны, предназначенные для построения базовых станций высокой ёмкости в сельских районах. Антенны имеют возможность наклона, что обеспечивает мощный, сфокусированный сигнал в секторе. Благодаря высокому усилению и широкому углу охвата антенны, в малонаселённых районах достигается покрытие качественным сигналом большой площади. Высококачественный корпус позволяет достигать высокого результата даже в суровых погодных условиях.

Ключевые достоинства

· Излучающая поверхность покрыта лаком - надёжность при любых погодных условиях

· Антенна относительно небольшая и лёгкая.

· Облучатель микрополоскового типа.

· Модульная конструкция обеспечивает надёжное функционирование в самых суровых погодных условиях.

· Сегментирование покрытия позволяет обслуживать больше пользователей одной базовой станцией.

· Антенное крепеление имеет возможность наклона, что позволяет оптимизировать покрытие и уменьшить влияние посторонних сетей.

· Крепление с возможностью регулировки в горизонтальной и вертикальной плоскостях обеспечивает точное нацеливание антенны.

Таблица 4.3

Диапазон частот, МГц

2300-3800 MHz

Усиление

17dBi

в горизонтальной плоскости (-3dB)

60°

в вертикальной плоскости (-3dB)

в горизонтальной плоскости (-10dB)

134°

в вертикальной плоскости (-10dB)

25°

вперед / назад соотношение

> 24dB

кросс поляризации

> 27dB

город связь абонентский технология

5. Мобильная станция - модем BreezeMAX USB 200

Мобильные устройства BreezeMAX включают в себя BreezeMAX USB 200 WiMAX Модем и BreezeMAX PC карту - компактные, малогабаритные радиомодемы, разработанные для фиксированного и мобильного функционирования с поддержкой Plug and Play инсталляции и самостоятельной инициализации. Оборудованные передовыми handoff алгоритмами, эти мобильные устройства позволяют пользователям ноутбуков и настольных компьютеров соединяться с WiMAX сетями в любое время, в любом месте.

Список литературы

1. http://ru.wikipedia.org/wiki/Йемен

2. Рашич А.В. Сети беспроводного доступа WiMAX: учеб. пособие / Рашич А.В. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011. - 179 с.

3. Вишневский В., Портной С., Шахнович И. Энциклопедия WiMAX. Путь к 4G. - М.: Техносфера, 2009

4. Григорьев В.А., Лагутенко О.И., Распаев Ю.А. сети и системы радиодоступа. - М.: Эко - Трендз, 2005. - 384 с.: ил

5. Вишневский В.М., Портной С.Л., Шахнович И.В. Энциклопедия WiMAX. Путь к 4G. - М.: Техносфера, 2009. - 465 с.

6. Григорьев В.К. Системы беспроводного доступа / В.К. Григорьев. - М.: Экотрендз, 2005

7. IEEE Std 802.16e-2005 and IEEE Std 802.16-2004/Cor 1-2005 Part 16: Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems. Amendment

8. http://anisimoff.org/wimax/ne.html

9. Весоловский Кшиштоф. Системы подвижной радиосвязи /Пер. с польского И.Д. Рудинского; под ред. А.И. Ледовского. - М.: Горячая линия - Телеком, 2006.

10. Luciano Sarperi, Mythri Hunukumbure, Sunil Vadgama. Simulation Study of Fractional Frequency Reuse in WiMAX Networks. - Fujitsu laboratories of Europe Ltd., March, 2008.

11. Mogensen P.E., Eggers P., Jensen C., Andersen J.B. Urban Area Radio Propagation Measurements at 955 and 1845 MHz for small and Micro Cells. - GLOBECOM, 1991.

12. http://www.acomputer.ru

13. Hui Liu and Guoqing li., OFDM - Based Broadband Wireless Networks Desing and Optimization. Canada.: Wiley-Intersciencience, 2005.

14. Jeffrey G. Andrews, Arunabha Ghosh, Rias Muhamed. Fundamentals of WiMAX. Understanding Broadband Wireless Networking. - Prentice hall, 2007.

15. Бабков В.Ю. Вознюк М.А. Михайлов П.А. Сети мобильной связи частотно-территориальное планирование. - М.: Эко - Трендз, 2000

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Анализ стандарта беспроводной передачи данных. Обеспечение безопасности связи, основные характеристики уязвимости в стандарте IEEE 802.16. Варианты построения локальных вычислительных сетей. Виды реализаций и взаимодействия технологий WiMAX и Wi-Fi.

    курсовая работа [1,7 M], добавлен 13.12.2011

  • История создания технологий беспроводного доступа. Описания набора стандартов связи для коммуникации в беспроводной локальной сетевой зоне. Исследование принципа работы беспроводной связи Wi-Fi. Анализ рынка инфраструктуры Wi-Fi операторского класса.

    презентация [854,9 K], добавлен 28.10.2014

  • Особенности построения цифровой сети ОАО РЖД с использованием волоконно-оптических линий связи. Выбор технологии широкополосного доступа. Алгоритм линейного кодирования в системах ADSL. Расчет пропускной способности для проектируемой сети доступа.

    дипломная работа [5,9 M], добавлен 30.08.2010

  • Обзор сетей передачи данных. Средства и методы, применяемые для проектирования сетей. Разработка проекта сети высокоскоростного абонентского доступа на основе оптоволоконных технологий связи с использованием средств автоматизированного проектирования.

    дипломная работа [1,7 M], добавлен 06.04.2015

  • Сравнение систем радиодоступа и обоснование выбора для проектируемой сети. Описание и технические характеристики аппаратуры WiMAX. ASN шлюзы, базовая станция BreezeMAX 4Motion, антенные системы и абонентское оборудование. Структура сети mobile WiMAX.

    курсовая работа [3,7 M], добавлен 28.04.2011

  • История и особенности развития технологий беспроводного доступа. Разработка плана и обоснование построения сети беспроводной связи на основе стандарта Wi-Fi (IEEE-802.11n) в общежитии института. Технико-экономическое обоснование внедрения данного проекта.

    дипломная работа [3,4 M], добавлен 28.01.2011

  • Современные системы телекоммуникаций; основные стандарты подвижной связи GSM, CDMA 200, UMTS. Использование операторами сотовых сетей новых услуг и технологий 3-го поколения. Характеристики новейших стандартов беспроводного доступа: Wi-Fi, Bluetooth.

    учебное пособие [4,6 M], добавлен 08.11.2011

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.