CC BY
51
Аракелян Л. А. аспирант первого курса институт фундаментального образования Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина
Россия, г. Екатеринбург ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕТИ 4G НА БАЗЕ ТЕХНОЛОГИИ LTE (НА ПРИМЕРЕ Г. АШТАРАК, АРАГАЦОТНСКАЯ ОБЛАСТЬ, РЕСПУБЛИКА АРМЕНИЯ)
Аннотация: автор статьи проектирует сеть 4G на базе технологии LTE в небольшом районе республики Армения. Проводится расчет пропускной способности сети, с учетом числа потенциальных абонентов; расчёт зоны покрытия базовых станций. На основе полученных расчётов проводится анализ и выбор оборудования сети LTE.
Ключевые слова: зона покрытия, LTE, оборудование транспортной сети, базовые станции eNB.
Arakelyan L.A. is a first year PhD student of The Institute of
Fundamental Education Ural Federal University named after the first President of Russia B.N.
Yeltsin
Russia, Yekaterinburg DESIGN OF A 4G NETWORK BASED ON THE LTE TECHNOLOGY (ON THE EXAMPLE OF ASHTARAK, ARAGATSOTN REGION, REPUBLIC OF ARMENIA)
Abstract: The author of the article designs a 4G network based on the LTE technology in a small region of the Republic of Armenia. The network bandwidth is calculated, taking into account the number of potential users; the base stations coverage area was calculated. Based on the obtained calculations, analysis and selection of LTE network equipment are carried out.
Keywords: coverage area, LTE, transport network equipment, eNB base stations.
Научно-технический прогресс повлиял на развитие возможностей телекоммуникаций и крупные города в эпоху глобализации стремятся развивать технологии связи, как фиксированной, так и мобильной. Ключевой посыл - улучшение качества коммуникации. Природный ландшафт Армении создает определенные трудности для предоставления операторами связи доступа к сети интернет. Если в крупных городах проблема решена, то в сельской местности, небольших районах республики все еще остро стоит вопрос с беспроводным и проводным доступом. Как правило, крупные операторы мобильной связи выбирают своей адресной аудиторией крупные города, а телефонизировать труднодоступные местности с небольшим количеством жителей и обеспечить их качественным доступом в глобальную
сеть уходит на второй план.
Выбор территории проектирования сети обусловливается необходимостью расчета зоны покрытия сети 4G в Аштаракском районе Арагацотнской области, поскольку местность сельская.
Сельская местность предполагает учет планирования радиосети LTE: базовые станции располагаются вдали друг от друга. Это обусловливается низкой плотностью абонентов и как следствие каждый eNB должен покрыть достаточно большой радиус территории. В связи с этим необходимо выбрать подходящий радиочастотный спектр. В этом случае необходимо придерживаться положения, что чем ниже частота, тем дальше распространяется радиосигнал. Радиочастотный спектр 791 - 862 МГц полностью удовлетворит данному решению. Частотный - FDD является необходимым видом дуплекса.
Далее мы рассчитали пропускную способность сети, для того чтобы вычислить пропускную способность базовой станции ReNB , умножим количество секторов базовой станции на пропускную способность одного сектора, у одной базовой станции eNB число секторов равняется трем, формула будет выглядеть следующим образом:
Для линии DL: Для линии UL:
ReNB — RDL/UL Х 3
ReNB DL — 34,3 Х 3 — 102,9 Мбит/с.
ReNB UL = 18,29 Х 3 = 54,87 Мбит/с.
Далее мы осуществляем расчет сот в планируемой сети LTE. Расчет будет производится путем расчета общего количества каналов, которые выделены выделяемых для развертывания проектируемой сети LTE.
В сетях LTE под радиоканалом подразумевается такой термин, как ресурсный блок (РБ), который обладает шириной 180 кГц, Д/к =180 кГц .
.. 71000 __г
Nk =-« 395 каналов
k 180
После установим количество каналов Мкхек, необходимое для обслуживания абонентов в1-ом секторе 1-ой соты:
44 канала
N
''к.сек
395
.(3x3).
Вычислим количество каналов трафика в одном секторе одной соты
N
''кт.сек
^ктхек — 1 Х 44 — 44 канала
В соответствии с моделью Эрланга, отображенной в виде графика на рисунке 1 установили номинальную нагрузку в секторе одной соты Асек при возможном значении вероятности блокировки равной 1% и вычисленным выше значении Мктхек. Установим, то что Асек=50 Эрл.
Рис.1 Расчет зависимости допустимой нагрузки в соответствии с числом канала трафика и возможности блокировки.
Затем рассчитали количество абонентов, которое будет обслуживаться одной базовой:
"50"
N.
аб .еЫВ
= 3 х
0.2
= 750 абонентов
Далее рассчитали количество базовых станций eNB в проектируемой сети LTE:
Г6125-
NеМВ =
750
+ 1 « 9 (еЫВ).
Средняя планируемая пропускная способность RN проектируемой сети рассчитывается путем произведения количества базовых станций на среднюю пропускную способность базовых станций:
т = (102,9 + 54,87) х 9 = 1419,93 (Мбит/с).
Следующим шагом осуществили оценку емкости проектируемой сети с сопоставлением результатов с рассчитанной нами сетью. Установим средний трафик одного абонента в час наивысшей нагрузки (ЧНН):
15х2
7х30
= 0,14 (Мбит/с)
^т.ЧНН
Определили общий трафик проектируемой сети в ЧНН Rобщ./ЧНН Яобщ./ЧНН = 0,14 х 5573 = 780,22 (Мбит/с).
Таким образом, ЯКЖобщ./ЧНН соответственно проектируемая сеть не будет подвергаться перегрузкам в ЧНН.
Определение допустимых потерь линии (МДП) является первоочередной задачей. Допустимые потери возможно рассчитать с помощью разности между эквивалентной изотропной излучаемой мощностью передатчика (ЭИИМ) и минимально необходимой мощностью сигнала на входе приемника сопряженной стороны.
Расчет МДП выполняем по следующей формуле:
Т =Р — Я +Гтл — Т ^ — М — М — М +П
•"■мпд хэиим.прд ■-'ч.пр ' ^А.прд '-'ф.прд 1*прон 1 *пом 1*затен ' ^хо
Мы рассчитали все необходимые значения и по полученным результатам рассчитали значение МДП:
Для линии DL:
LМДП = 63,7 - (-167,64) -0,3- 8 - 6,4 - 8,7 + 1,7 = 209,64 (дБ) Для линии ЦЬ:
LМДП = 33 - (-101,29) - 8 - 2,8 - 8,7 + 1,7 = 116,49 (дБ) Из двух значений МДП, полученных для линий DL и ЦЬ выбираем минимальное, чтобы вести последующие расчеты дальности связи и радиуса соты. Линия вверх является той самой линей, которая ограничивает дальность линии. Рассчитать дальность связи возможно при помощи эмпирической модели распространения радиоволн Окитига - Hata. Эта модель обобщает опытные факты, в которых отражены различные условия и виды сред. В данной модели следующим образом определяется среднее затухание радиосигнал в городских возможностях:
¿г = 69,5 + 26,16 - 13,82 ^ — + (44,9 - 6,55 х
(2.14)
Для сельской местности выражение примет вид с поправкой:
¿с = ¿г — 4,78(^/с)2 + 17,33 х — 40,94 , (2.15) Найдем поправочный коэффициент А(^г) для редко заселённой местности:
А(^г) = (1,1 х к^800 — 0,7) х 3 — (1,56 х к^800 — 0,8) = 3,751 Вычислив из формул радиус соты, определил, что й- 7км. Далее рассчитываем площадь SeNB покрытия трехсекторного сайта по формуле:
8еШ= 9—х
8
8еШ= 72 = 95,48 (км2)
Приведенные раннее расчеты продемонстрировали минимальное количество базовых станций eNB, которые необходимы для того, чтобы густонаселенные районы обеспечить устойчивым радиосигналом:
Таблица 1
Характеристики eNB
eNB Характеристики
Мощность каждого передатчика 40 Вт
Высота подвеса антенны 42 метра
Число приемопередатчиков TRX 3 (по одному на каждый сектор)
Системная полоса для одного сектора 20 МГц (10 МГц для линии «вверх» и 10 МГц для линии «вниз»)
Линия «вниз» поддерживает технологию MIMO 4x2
Пропускная способность: линия «вниз» 102,9 Мбит/с, линия «вверх» 54,87 Мбит/с.
Произведем расстановку базовых станций на местности. Для этого на рисунке 2 разделим Аштаракский район Арагацотнской области на три части.
Рис.2 Территория Аштаракского района Арагацотнской области. Далее увеличим масштаб каждой части и расставим базовые стации.
Рис.3 Первая часть территории
Рис. 4 Вторая часть территории района
Рис.5 Третья часть территории района
На основе полученных расчётов мы определили оборудование транспортной сети. Компания «H^wei» предлагает для организации в транспортной сети LTE маршрутизатор базовых станций ATN 950B с поддержкой соединения Ethernet 10 Гбит/с. ATN 950B расширяет возможности решений «H^wei» для мобильных широкополосных сетей, давая возможность операторам развертывать крупномасштабные сети последнего поколения и предоставлять абонентам широкий набор сервисов.
В качестве транспортного оборудования сети радиодоступа применяется коммутатор H^wei S3700-28TP-EI-24S-AC. H^wei S3700-28TP-EI-24S-AC - интеллектуальный коммутатор, выполняющий коммутацию данных на третьем уровне сетевой модели OSI. Коммутатор поддерживает 24 порта 100Bаse FX, два порта 1000Bаse-X, а так же два универсальных 10/100/1000Bаse-T/SFP для подключения к волоконно-оптической сети.
В качестве одного из решений транспортного оборудования радиодоступа выберем базовую станцию Huawei DBS3900 LTE, она обеспечивает большую емкость сети, - одна eNodeB поддерживает до 3600 абонентов в подключенном состоянии (RRCConnected). DBS3900 LTE обеспечивает большую площадь покрытия, благодаря функциям, таким как много антенный разнесенный прием и Inter-cellInterferenceCoordination (ICIC) в линии вверх, DBS3900 LTE поддерживает максимальный радиус соты 100 км [10].
Модуль - BBU3900 - это блок, устанавливаемый внутри помещений для обработки базовых частот, который обеспечивает обслуживание и централизованное управление эксплуатацией, обработку сигнализации всей системы базовой станции и наличие опорного сигнала синхронизации. Этот блок имеет физические интерфейсы для соединения с BSC и RRU3908.
DBS3900 - это распределённая базовая станция, использующая платформы BTS компании Huawei. Она состоит из выносного радиочастотного блока (RRU) и блока обработки базовых частот (BBU). Радиочастотный блок RRU3908 поддерживает работу двух/четырёх радиопередатчиков.
Приемопередатчик RRU3908 - это выносной радиочастотный блок. В его функции входит обеспечение обработки радиочастотных сигналов и сигналов основных частот. Вместо двух приёмопередатчиков теперь можно использовать один блок RRU3908. Если в подстатив RRU3908 установить два модуля RRU3908, будут решены задачи, ранее выполняемые четырьмя приемопередатчиками.
Проведенное исследование и разработка сети 4 G в Аштаракском районе Арагацотнской области LTE обеспечит население качественной сотовой связью и более широким выбором услуг в сотовой связи.
Использованные источники: 1. Афанасьев В.В., Горностаев Ю.М. Эволюция мобильных сетей - Москва : Связь и бизнес, 2001.
2. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами - Москва : Радио и связь, 1985. - 384 с.
3. Варакин Л.Е. Теория систем сигналов - Москва : Сов. радио, 1978. - 304 с.
4. Вишневский В. М., Портной С. Л., Шахнович И. В. Энциклопедия LTE. Путь к 4G. - М.: Техносфера, 2009. - 156 с.
5. Гельгор А.Л. Технология LTE мобильной передачи данных: учебное пособие. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011. - 188 с.
6. Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи - Москва : Мобильные ТелеСистемы - Эко-трендз, 1997.
7. Исследование использования новых стандартов сотовой связи и широкополосного доступа LTE [Электронный ресурс] - URL: https://moluch.ru/archive/52/6793/ (Дата посещения 12.04.17).
8. Карташевский В.Г., Семенов С.Н., Фирстова Т.В. Сети подвижной связи -Москва : Эко-трендз, 2001.
9. Кловский Д.Д. Теория электрической связи - Москва : Радио и связь, 1998. - 450 с.
10.Лохвицкий М.С., Разумов В.И. Алгоритм оптимального приёма бинарных сигналов в пилотных системах связи при сверхбыстрых замираниях. Труды 5 конференции по теории кодирования и передачи информации. - Горький, 1972.
11. Маглицкий Б.Н. Технология LTE систем сотовой связи четвертого поколения /СибГУТИ, Новосибирск. 2010.-168 с.
12. Мардер Н.С. Нумерация в сетях электросвязи общего пользования Российской Федерации. - Москва: ИРИАС, 2004. - 232 с.
13. Портал о современных технологиях мобильной и беспроводной связи [Электронный ресурс] - URL: http://1234g.ru/4g/lte (Дата посещения 17.03.17)
14.Ратынский М.В. Основы сотовой связи - Москва : Радио и связь,1998.
15.Слюсар В. Системы MIMO: принципы построения и обработки сигналов. - Электроника: Наука, технология, бизнес. - 2005. - с. 52-58.
16. Техническая спецификация (TS 36.413) [Электронный ресурс] http://www.etsi.org/deliver/etsi_ts/136400_136499/136413/10.05.00_60/ts_13641 3v100500p.pdf. (Дата обращения 12.09.2017).
17. Технический отчет "Исследование возможности и условий использования полос радиочастот 694-915 МГц, 925-960 МГц, 1710-1880 МГц, 1900-1980 МГц, 2010-2025 МГц, 2110-2170 МГц и 2500-2700 МГц для создания в Российской Федерации сетей подвижной связи стандартов LTE/LTE-Advanced".
18.Тихвинский В.О., Терентьев С.В., Высочин В.П. Сети мобильной связи LTE/LTE Advanced: технологии 4G, приложения и архитектура. - М.: Издательский дом Медиа Паблишер, 2014. - 384 с.
19.Тихвинский В.О., Терентьев С.В., Минаев И.В. Стандартизация, спецификации, эволюция технологии и архитектура базовой сети LTE. Сети и средства связи, № 2(10). Специальный выпуск "Сети доступа". 2009, № 3.
