Дипломная работа: Проектриование сети беспроводного широкополостного доступа города Кентау

Содержание

ВВЕДЕНИЕ
1Описание объекта, выбор технологии беспроводной связи
1.1 Описание объекта для проектирования сети
1.2 Обзор технологий широкополосной беспроводной связи
1.3 Эволюция развития мобильной беспроводной связи (GSM)
1.4 Право называться 4G
1.5 Сравнение ключевых технологий стандарта 4G (LTE и WiMAX)
Архитектура базовой сети LTE (SAE)
Радио интерфейс сети LTE
Модуляции в LTE
Физический уровень LTE
Технические требования к построению и функционированию
сети LTE
Основные технические требования к радио интерфейсу сети LTE
Спектральная эффективность сети LTE
Использование MIMO в технологии LTE
Энергетический расчёт параметров проектируемой сет
4.1 Выбор оборудования
4.2 Планирование радио сети LTE
4.3 Процесс планирования сети LTE
4.4 Расчёт энергетического бюджета
4.5 Расчёт ёмкости проектируемой сети
5Безопасность жизнедеятельности
5.1 Воздействие излучения на организм человека
5.2 Организационный метод защиты от электромагнитного излучения
5.3 Метод защиты расстоянием
5.4 Охрана окружающей среды на предприятии связи
6Технико-экономическое обоснование проектирования сети
беспроводного доступа в г. Кентау
6.1 Обоснование проектирования широкополосной системы
Радиосвязи
6.2 Расчёт капитальных затрат
6.3 Расчёт эксплуатационных расходов
6.4 Расчёт доходов от реализации услуг и прибыли
6.5 Анализ результатов и определение экономического эффекта
Заключение
Литература
Приложение
1 ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА, ВЫБОР ТЕХНОЛОГИИ
БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ

1.1 Описание объекта для проектирования сети

Внедрение новой технологии я опишу на примере городка Кентау.
Город Кентау был образован в 1955 году на базе рабочих посёлков Кантаги и
Миргалимсай для развития Ачисайского полиметаллического месторождения.
В 1971 году был утверждён генеральный план развития городка, согласно
которому Кентау был застроен 4 -5-этажными домами. Население городка в
советское время основным образом составляли выходцы из России - потомки
репрессированных: русские , греки , немцы , евреи , чеченцы, корейцы и т. д.,
а также казахи , узбеки и татары.
В 1959 году в Кентау был основан трансформаторный завод, известный
как ведущий казахстанский производитель трансформаторного оборудования
широкого применения, поставляемого для всех отраслей экономики, включая
электроэнергетику, металлургию, машиностроение, транспорт, нефтегазовый
комплекс, жилищно-коммунальный сектор.АО «Кентауский
трансформаторный завод» поставляет оборудование подразделениям ЗАО
«НК Каз мунай газ», «СНПС-Актобемунайгаз», «Тенгиз шевройл», «Каражан
басмунай»осуществляет большой объем поставок специального
оборудования различным подразделениям АО «Казакстан Темир Жолы» и
ряду других фирм, работающих в различных отраслях промышленности
Республики Казахстан. Вся продукция сертифицирована Государственной
системой сертификации Российской Федерации №РОСС KZ.МЕ22. В00378 от
12.08.2004г., Госстандартом Республики Казахстан и имеет сертификаты
соответствия, также заводом был получен сертификат соответствия по
безопасности № РОСС КZ. МВ03.ВОО501 и Российский сертификат
соответствия НИЦ ВВА г. Москва по добровольной сертификации № РОСС КZ. МВ03. НОО410.
Система управления качеством подходит
международному стандарту ISO 9001-2000.
Город Кентау находиться в 192 километрах от города Шымкент.
Площадь города составляет 18 квадратных километров с численностью
населения около 83 тысяч человек.
Плотность застройки – в общем средняя, но есть и густонаселённые
районы и частный сектор в черте города.

1.2 Обзор технологий широкополосной беспроводной связи

Совершенствование беспроводной связи сопровождается непрерывной
сменой технологий, в основе которых лежат стандарты сотовой связи CDMA
и GSM, а также стандарты систем передачи данных IEEE 802 (рис.1.1).
Исторически технологии беспроводной связи формировались по двум
независимым направлениям – системы передачи данных (WiMAX, Wi-Fi) и
системы сотовой связи (телефонная связь).
Рисунок 1.1 - Основные направления развития технологии широкополосной
связи
Но в последнее время наблюдается очевидная тенденция к соединению
этих функций. Вдобавок, объем пакетных данных в сетях сотовой связи
третьего поколения (3G) уже превышает объем голосового трафика (рис.
1.2.), что связано с внедрением технологий HSPA [2]. В свою очередь,
новейшие сети передачи информации обязательно обеспечивают заданный
уровень качества услуг (QoS) для разных типов трафика. Осуществляется
поддержка приоритезации отдельных потоков информации, притом, как на
сетевом/транспортном уровнях (на уровне TCP/IP), так и на МАС-уровне
(стандартов IEEE 802.16).
Рисунок 1.2 - Соотношение объемов трафика голоса и данных в сетях
WCDMA
Это разрешает применять их для передачи мультимедийной
информации, оказания услуг голосовой связи и т.п. В связи с этим само
понятие сетей следующего, четвертого, поколения (4G) неразрывно связано
(если не синонимично) с творением универсальных мобильных
мультимедийных сетей передачи информации. На данный момент две
группы технологий очевидно нацелены на оказание универсальных услуг
связи. Это WiMAX (как совершенствование линии IEEE 802) и технологии
сотовой связи поколений "cупер 3G". Причем каждая из них занимает свою
нишу на безграничном рынке беспроводной связи.
Технология крепленного WiMAX (IEEE 802.16-2004) не оправдала
возлагавшихся на нее надежд по быстродействию, объему зоны покрытия и
ценовым характеристикам. Но операторы справедливо ожидают
качественного прорыва от мобильного WiMAX (IEEE 802.16e), который уже
начал энергично внедряться во всех странах мира, в том числе Россию.
Технологии 3G уже больше применяется операторами сотовой связи во
всем мире. Они развиваются по двум направлениям – линия UMTS
(WCDMA) и линия CDMA (cdma2000). Например, российский сотовый
оператор "МегаФон" в Санкт-Петербурге начал коммерческую эксплуатацию
сети из 450 базовых станций на основе технологии UMTS/HSPA.
Мегафон предоставляет услуги широкополосного мобильного доступа
в Интернет на базе технологии 3G в восьми больших городках России. Еще
раньше ОАО "Московская Сотовая Связь" под торговой маркой "Скай Линк"
развернуло сети по технологии CDMA2000 1X EV-DO в диапазоне 450 МГц
на территории 31 субъектa РФ [1].
Однако требования конечных пользователей к предоставляемым
услугам (рис. 1.3.) неизменно повышаются. Мобильные сети должны
применяться не только для сотовой связи, но и для передачи видео,
мобильного ТВ, музыки и работы с Интернетом с большими скоростями и
качеством передачи.
Рисунок 1.3 - Услуги широкополосного мобильного доступа
Именно с этой целью в рамках проекта сотрудничества в творений
сетей следующего поколения 3GPP (3G Partnership Project) была начата
разработка технологии LTE.

1.3 Эволюция развития мобильной беспроводной связи (GSM)
В конце 1990-х с целью совершенствования спецификаций для
технологий GSM был образован 3GPP (3rd Generation Partner ship Project)
– организация, ответственная за разработку, поддержку и совершенствования
семейства стандартов GSM. GSM (от названия группы Groupe Spécial Mobile,
позже переименован в Global System for Mobile Communications) (русск.
СПС-900) — глобальный цифровой стандарт для мобильной сотовой связи, с
разделением частотного канала по принципу TDMA и средней степенью
безопасности. Изобретен под эгидой Европейского института стандартизации
электросвязи (ETSI) в конце 80-х годов.
С того времени все стандарты, связываемые с технологией GSM
разрабатываются и обслуживаются 3GPP (табл. 1.1.). 3GPP, как предполагает
его имя, состоит из ряда партнеров. Эти партнеры представляют собой
организации по стандартизации, расположенные по всему миру и
отвечающие за: одобрение и обслуживание граней действия 3GPP, выделение
ресурсов, и работу в качестве апелляционного органа по процедурным
вопросам.
Изначально, GSM разрабатывалась в качестве сети с коммутацией
каналов, которая отлично подходит для передачи звука, но совсем не
подходит для передачи данных. Все изменилось с принятием General Packet
Radio Service (GPRS) стандарта, теперь обслуживаемый 3GPP, как и все
остальные GSM стандарты. GPRS предоставил способ пересылки пакетов по
сети GSM, и его часто описывают, как 2,5G стандарт.
Способы передачи данных по сетям GSM продвинулись еще дальше с
принятием стандарта Enhanced Data Ratesfor GSM Evolution, такж
общеизвестного как EDGE. Представленная в 2003 технология EDGE
обеспечивает втрое более большую производительность по сравнению с
GPRS и сама по себе является 3G технологией, основанной на ITU
спецификациях для 3G.
Способы передачи данных были еще больше улучшены с выпуском
очередного 3G стандарта от 3GPP под названием High Speed Packet Access
(HSPA). Сети EDGE в теории обеспечивали быстроту нисходящей передачи
данных (down link data rate) до 1 МБ/с, тогда как HSPA сети теоретически
могли обеспечивать нисходящей передачи данных до 14 МБ/с. Поэтому
HSPA сети должны были обеспечивать больший прирост нисходящей
скорости передачи данных; однако на практике это не подтвердилось. К
примеру, в начале 2009 года организация Vodafone провела тест HSPA+ сети,
обещавшей нисходящую быстроту обмена данными до 16 МБ/с, однако они
признали, что большинство пользователей получит быстроту загрузки, не
превышающую 4 МБ/с.
HSPA+, также общеизвестная под названием Evolved HSPA, является
расширением начального стандарта HSPA и обеспечивает теоретически
вероятную быстроту загрузки данных до 56 МБ/с. Добавочным аспектом
технологии HSPA+ стала необязательная архитектура all-IP. Архитектура all-
IP является главной инновацией в отрасли беспроводных телекоммуникаций,
а также необходимым элементом для LTE. HSPA+ также применяет
антенную технологию под названием Multiple Input/Multiple Output (MIMO).
Как и all-IP архитектура, MIMO являет собой технологию, также
применяемой в LTE.
Итак, если взглянуть на то, с чего начинали технологии GSM, как сеть
с коммутацией каналов, предназначенная для эффективных голосовых
приложений большей мобильности, и где они находятся сегодня с EDGE,
HSPA и HSPA+, становится очевидно, что 3GPP прогрессивно развивало
GSM стандарт, чтобы сделать его стандартом обмена данными большой
мобильности (к этим данным звук тоже относится). Наряду с неизменным и
большим увеличением быстроты обмена данными, 3GPP также представила
большие изменения архитектуры, нужные для осуществления их задачи по
достижению максимальных вероятностей GSM в третьем поколении и
переходе к четвертому поколению [3].
Доступ в Интернет (технологии передачи данных)
1.4 Право называться 4G

На данный момент за приоритетное право именоваться связью 4G
соперничают: технология Wimax (основана на стандарте IEEE 802.16e) и
мобильный протокол передачи данных 3GPP Long Term Evolution (LTE).
Основная технология 4G
–OFDM (ортогональное частотное уплотнение).
Существует много разных мнений о будущем сетей 4 поколения: выбор
остановился между мобильным WiMAX и LTE, хотя в последнее время все
больше организаций мобильного сектора дают предпочтение именно
последнему.
Long Term Evolution (LTE) также являет собой 3G-стандарт
беспроводного широкополосного доступа, LTE – последний стандарт
семейства GSM, развитый на основе GSM на базе архитектур от коммутации
каналов до All-IP. После стандарта General Packet Radio Service (GPRS), в том
числе и стандарты Enhanced Data Ratesfor GSM Evolution (EDGE) и High
Speed Packet Access (HSPA), стандарты GSM постепенно, но неумолимо,
переходят к архитектуре All-IP.
1.5 Сравнение ключевых технологий стандарта 4G (LTE и WiMAX)

Данное сравнение составлено по материалам WiMAX-форума и на мой
взор, это достаточно объективные данные. Системы с технологией HSPA
(3GPP релиз 6) коммерчески доступны с 2007 года. Технология предполагает
частотное дуплексирование (FDD) с шириной каждого дуплексного канала 5
МГц. В нисходящем канале применяется модуляция QPSK либо 16-QAM,
двойное пространственное разнесение на приеме (1×2 SIMO), пиковая
быстрота 14 Мбит/с. В восходящем канале модуляция BPSK либо QPSK,
антенная конфигурация 1×2 SIMO пиковая скорость 5,8 Мбит/с.
В то же время на рынке были системы WiMAX (релиз 1.0) с
временным дуплексированием (TDD). При схожей ширине полосы 10 МГц
они обеспечивали быстрота в нисходящем канале в 2–3 раза большую чем у
HSPA, поскольку в WiMAX при TDD всеобщая пропускная способность
динамически распределяется между нисходящим и восходящим каналами,
истинное значение привести невозможно.
Следующим шагом в эволюции систем HSPA являются технологии
HSPA+ (HSPA релиз 7 и отдельные поправки релиза 8). Системы HSPA+
стали доступны в конце 2008 года. В нисходящем канале их отличает
модуляция 64-QAM с SIMO (1×2) или 16-QAM с MIMO (2×2). В восходящем
канале добавлена модуляция 16-QAM и улучшены вероятности для VoIP.
Поправки в соотношений с релизом 8 (внедрение ожидается не ранее 2009
года) разрешают применять в нисходящем канале режим MIMO (2×2) с
модуляцией 64-QAM, рассматривается вероятность использования MIMO
больших порядков в нисходящем канале и MIMO (2×2) — в восходящем
канале.
Сравнивая HSPA+ и мобильный WiMAX (табл. 1.2.), можно сделать
следующие выводы: Мобильный WiMAX (релиз 1.5) имеет сравнимые с
HSPA+ (релиз 8) пиковая быстрота в нисходящем канале при одинаковых
модуляции, скорости кодирования и ширине канала. При этом у мобильного
WiMAX в восходящем канале пиковая быстрота больше в 2 – 3 раза. [4]....