ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

В настоящее время в развитых странах наблюдается стремительный рост новых достижений в области телекоммуникаций – появляются новые услуги (IP-телевидение, видеосвязь, видеоконференции), новые устройства, поддерживающие такие услуги. Кроме того, наблюдаются тенденции к увеличению скоростей передачи информации, улучшению качества услуг, уменьшению стоимости предоставляемых услуг и снижению цен на абонентское оборудование.

В таких условиях выигрывать будет тот оператор связи, который сможет наилучшим образом соответствовать этим тенденциям.

Стоит отметить, что в мобильной связи также возрастает спрос абонентов на новые услуги и более высокие скорости – люди хотят получать возможность доступа к высокоскоростному Интернету и IP-телевидению, оставаясь при этом мобильными. Операторам мобильной связи для решения таких задач необходимо ориентироваться на переход к сетям третьего или четвертого поколений, поскольку сети второго поколения с разными надстройками не смогут справиться с поставленной задачей.

Заданием на курсовой проект является проектирование мобильной сотовой сети связи третьего поколения для мухафазы (области) Амман в Иордании. В рассматриваемой области работают операторы связи, но ни один из них не сможет обеспечивать доступ абонентов к новым услугам с необходимым уровнем качества.

Итак, целью курсовой работы является обоснование возможности предоставления услуг Triple Play с помощью мобильной сотовой системы связи третьего поколения для мухафазы Амман Иордании.

Цель достигается за счет выполнения следующих задач:

1.     Проведение анализа исследуемой территории, населения, его предпочтений, прогноз абонентского состава, разделение абонентов на категории.

2.     Составление информационной модели сети.

3.     Расчет предполагаемого абонентского трафика.

4.     Радиопланирование сети радиодоступа.

5.     Выбор технологии и топологии сети, составление структурной схемы сети.

6.     Составление принципиальной схемы, определение протоколов и скоростей.

7.     Аппаратный синтез сети.

8.     Оценка качества спроектированной сети.

1. Анализ объекта проектирования

1.1    Описание объекта, для которого проектируется сеть


В административном делении страна Иордания разделена на 12 мухафаз. Мухафаза Амман находится в центре Иордании с административным центром в городе Амман. Площадь мухафазы составляет 8231 квадратный километр, население 2040000 человек. Город Амман также является столицей Иордании – его культурным, историческим, туристическим и деловым центром.
В мухафазе Амман сосредоточены археологические достопримечательности Иордании – развалины древних городов, памятники архитектуры, римские театры, музеи и прочее.
Карта района представлена в приложении Б, территориальное разделение на районы – в таблице 1.1

 

                                                        Table 1.1 - City of Amman Governorate

Район

Площадь

Количество жителей

1

2

3

Аль Абдали

30

127270

Шафа Бадран

45

63640

Аль Джбеха

40

72730

Хербет Апсук

45

54550

Свалех

60

109090

Бадер Аль Джадеде

40

45450

Тла Али

70

49090

Тарк

60

18180

Рас Алан

70

218180

Басман

20

54550

Марка

50

145450

Аль Насер

45

118180

Аль Ярмок

25

72730

Вади Алсир

75

90910

Марж Альхамам

68

54550

 

 

Continued Table 1.1 - City of Amman Governorate

1

2

3

Захран

45

45450

Квасмех

60

181820

Наор

70

127270

Хосбан

60

27270

Аль Жезех

170

54550

Аль Мавакар

180

27270

Сахаб

43

181820

Лобан

90

63640

Аход

190

36360

 

В Иордании в целом, а также в мухафазе Амман в частности, работают несколько операторов мобильной связи. Самые крупные операторы – это Zain (ранее назывался FastLink), Orange (бывший MobilCom) и Umniah Mobile Company. Все эти операторы второго поколения связи стандарта GSM, которые работают на частотах 900МГц и 1800МГц.

Операторы обеспечивают доступ к сети Интернет с помощью надстройки EDGE. Но такая скорость доступа не является достаточной для предоставления услуг Triple Play, популярность которых набирает обороты.

Таким образом, необходимо внедрение новой мобильной сети связи третьего поколения. Это позволит предоставлять новые услуги с необходимым уровнем качества даже при условии мобильности абонентов (и даже с высокой скоростью).

Итак, цель курсового проекта – обоснование возможности предоставления услуг Triple Play с помощью мобильной сотовой системы связи третьего поколения для мухафазы Амман Иордании.

Цель достигается за счет выполнения следующих задач:

1. Проведение анализа исследуемой территории, населения, его предпочтений, прогноз абонентского состава, разделение абонентов на категории.

2. Составление информационной модели сети.

3. Расчет предполагаемого абонентского трафика.

4. Радиопланирование сети радиодоступа.

5. Выбор технологии и топологии сети, составление структурной схемы сети.

6. Составление принципиальной схемы, определение протоколов и скоростей.

7. Аппаратный синтез сети.

8. Оценка качества спроектированной сети

1.2   Информационная модель объекта


необходимо определить категории абонентов, которым будет предоставляться доступ к сети.

Целесообразно разделить их на три категории:

1.       Первая категория – деловые абоненты. Это абоненты, которые работают в офисах, на предприятиях и т.д. Их специфика заключается в том, что им нужно гарантированное предоставление услуг, поскольку это может быть очень важно для работы предприятия. Например, голосовая связь, видеосвязь, высокая скорость доступа к сети Интернет (для просмотра прайсов, презентаций, важных передач, новостей), услуги, основанные на местоположении. Деловые абоненты составляют 30% от общего количества абонентов.

2.       Вторая категория – активные абоненты. Специфика данной категории – в том, что частота вызовов в час наибольшей нагрузки будет самой высокой среди всех категорий – большое количество звонков, сообщений, сеансов связи с сетью Интернет, просмотра фильмов, использование услуг онлайн-игр. Активные абоненты –студенты, молодежь, работники социальной сферы. Они составляют 45% от общего количества абонентов.

3.       Третья категория – абоненты с низкой активностью (оставшиеся 25%). То есть, те, которые не пользуются услугами сети слишком часто – их работа не связана с сетью Интернет или переговорами по телефону. Как пример – это могут быть домохозяйки, люди пожилого возраста и т.д. Тем не менее, у абонентов этой категории высокая нагрузка по услугам IP-телевидения, голосовой связи. Это связано с просмотрами фильмов, передач, частыми и продолжительными звонками. Это также могут быть туристы, которым нужна только голосовая связь, доступ в Интернет (возможно даже с небольшой скоростью), услуги, основанные на местоположении.

Теперь определим спектр услуг, которые будут предоставляться абонентам проектируемой сети, а также составим информационную модель сети (то есть, абонентам какой категории какие предоставляются услуги).

Итак, услуги, предоставляемые абонентам:

1.     Голосовая связь

2.     Передача данных

3.     Доступ к сети Интернет

4.     Видеотелефония

5.     IP-телевидение

6.     Онлайн-игры

7.     Услуги, основанные на местоположении.

Информационная модель сети, которая показывает, какие услуги доступны абонентам какой категории, приведена на рисунке 1.1.

 

Рисунок 1.1 – Информационная модель сети

2  ВЫБОР КОНЦЕПЦИИ ПОСТРОЕНИЯ СЕТИ

2.1    Выбор топологии сети


Среди стандартных топологий построения сети различают топологию типа «кольцо», «звезда», «общая шина», «дерево». Каждая топология имеет свои преимущества – к примеру, сеть, построенная по топологии «кольцо», имеет альтернативный маршрут передачи данных – в случае, если прямая связь между узлами будет нарушена. Топология «дерево» имеет наименьшую суммарную длину всех маршрутов.

Кроме того, можно использовать смешанную структуру – если это необходимо для конкретной проектируемой сети.

Сети мобильной связи имеют специфическую структуру (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 – Общая структура сети мобильной связи

Подвижные станции обслуживаются базовыми станциями, установленными посередине соты (условно обозначенной территории некоторого размера). Базовые станции соединяются с контроллером сети по топологии «звезда». Каждый контроллер обслуживает некоторое количество базовых станций (все зависит от стандарта, по которому проектируется сеть, нагрузки на контроллер и других факторов). Контроллеры подсоединяются к ядру сети – коммутатору, также по топологии «звезда». Коммутатор определяет маршрут между двумя абонентами и отвечает за пересылку данных. Если сеть большая, на уровне ядра может быть несколько коммутаторов, которые соединены между собой (или каждый с каждым, или по топологии «кольцо»).

По такой топологии и будет построена проектируемая сеть. Между подвижными и базовой станциями будет радиосвязь (какой именно интерфейс – зависит от стандарта связи, который будет выбран). Между базовыми станциями и контроллером – или оптоволоконные линии связи, или радиорелейные (также зависит от стандарта, от нагрузки, от возможности прокладывания оптоволокна в данной местности и т.д.). Контроллеры будут соединяться с коммутатором, а также коммутаторы между собой и с другими устройствами уровня ядра (регистрами абонентов, шлюзами) с помощью оптоволоконных линий связи.

2.2. Стандарт CDMA2000


Стандарт связи UMTS расшифровывается как Universal Mobile Telecommunications System – универсальная система мобильной электросвязи. Стандарт разработан Европейским Институтом Стандартов Телекоммуникаций для модернизации сетей GSM. Он получил широкое распространение в Европе, а также в других регионах мира.

Стандарт использует разработки WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) – широкополосный множественный доступ с кодовым разделением каналов. Это технология радиоинтерфейса, которая может быть реализована на различных частотах, хотя чаще всего используется область 2ГГц. Ширина полосы, которая предоставляется абоненту составляет 5МГц.

Технология оптимизирована для высокоскоростных мультимедийных услуг типа видео, доступа к сети Интернет и видеоконференций. Обеспечивает скорости доступа до 2Мбит/с на коротких расстояниях и 384Кбит/с на больших расстояниях с полной мобильностью. Такие скорости требуют широкую полосу частот, поэтому необходимо 5МГц.

Стандарт использует кодовое разделение каналов. Это обстоятельство имеет положительные стороны. Самое важное из них – это то, что все абоненты передают данные на одной частоте. У каждого есть свой псевдослучайный код, поэтому приемник базовой станции может распознать сигнал именно «своей» подвижной станции, и наоборот. Поскольку ситуация в мире с распределением частот довольно напряженная, кодовое разделение каналов – это отличная возможность развернуть сеть на достаточно небольшом частотном диапазоне.

При кодовой модуляции применяется техника расширения спектра с множественным доступом. Она позволяет увеличить пропускную способность при неизменной мощности сигнала. Передаваемые данные комбинируются с более быстрым шумоподобным псевдослучайным сигналом с использованием операции побитового взаимоисключающего ИЛИ (XOR) (рисунок 2.2).

 

Рисунок 2.2 – Пример генерации передаваемого кода с использованием технологии кодового разделения каналов

 

Сигнал данных с длительностью импульса Tb комбинируется при помощи операции XOR с кодом сигнала, длительность импульса которого равна Tc, следовательно ширина полосы пропускания сигнала с данными равна 1/Tb и ширина полосы пропускания получаемого сигнала равна 1/Tc. Так как Tc много меньше Tb, ширина полосы пропускания получаемого сигнала намного больше, чем таковая оригинального сигнала передаваемых данных.

Таким образом, сигнал, полученный с помощью технологии кодового разделения каналов, шумоподобен, то есть, помехи, моделью которых чаще всего принимается Гауссов белый шум, не смогут существенно ухудшить качество сигнала.

Кроме того, у систем с кодовым разделением каналов высокая скрытность передачи данных – ведь без знания расширяющего кода не получится расшифровать передаваемые данные.

Начиная с 2006 года на сетях UMTS распространяется технология высокоскоростной пакетной передачи данных от базовой станции к мобильному терминалу HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access – высокоскоростная пакетная передача данных от базовой станции к мобильному телефону), которую необходимо относить к сетям поколения 3,5G. К началу 2008 года HSDPA поддерживает скорость передачи данных в режиме от «базовой станции к мобильному терминалу» до 7,2Мбит/с.

Сейчас ведутся разработки по повышению скорости передачи данных в режиме от мобильного терминала к базовой станции HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access – высокоскоростная пакетная передача данных от базовой станции к мобильному телефону).

UMTS использует в своей работе пару каналов с шириной полосы 5МГц. Это приводит к неэкономичной эксплуатации спектра и к необходимости освобождения уже занятых под другие службы частот.

UMTS в основном использует спектр частот 1885-2025Мгц для передачи в режиме «от мобильного терминала к базовой станции» и 2110-2200МГц в режиме «от станции к терминалу».

UMTS имеет еще одну важную особенность – для операторов, которые имеют сеть стандарта GSM, переход к UMTS может быть постепенным и более легким, чем при стыке двух других стандартов

 

3.     РАДИОПЛАНИРОВАНИЕ СЕГМЕНТА СЕТИ

3.1   Обзор программных средств радиопланирования


Радиопланирование требует больших материальных, трудовых и временных затрат. Для качественного проведения планирования необходимо использование специальных программных средств.

Компания Mentum предлагает несколько решений для проведения радиопланирования беспроводных сетей:

1 Mentum Planet – комплекс радио планирования и оптимизации беспроводных сетей доступа (с интегрированной ГИС MapInfo).

2     Capesso – система оптимизации и развертывания сетей радиодоступа.

3     Mentum Ellipse – комплекс проектирования беспроводных транспортных сетей.

4     RF-vu – проектирование indoor.

5     Mentum Geodata – цифровые модели для радиопланирования.

Mentum Planet предназначена для решения сложных требований беспроводных технологий широкополосной связи. Продукт поддерживает большинство беспроводных стандартов: GSM, GPRS, EDGE, WCDMA, HSPA, HSPA +, LTE, WiMAX, CDMA2000, EVDO, TDMA, FDMA, DVB-H, MediaFLO, и используется для решений основных задач. Для более точного расчета радиопланирования, а также для его оптимизации можно использовать Capesso – это более дорогой и мультифункциональный продукт, и считается лучшим в своем классе. Есть также Capesso Aurad – более доступное программное обеспечение, ограничение здесь только в мультитехнологичности.

Комплекс Mentum Ellipse позволяет проводить радиопланирование транспортных сетей, причем, не только беспроводных, но и фиксированных.

RF-vu – это отличное решение для оформление проектной документанции.

Альтернатива программным комплексам Mentum – Atoll от Forsk. Это гибкая платформа для планирования сетей сотовой связи. Программа позволяет планировать сети связи, которые построены на базе следующих технологий:

·     GSM/TDMA/GPRS/EDGE;

·     UMTS/HSDPA/HSUPA;

·     CDMA2000/1xRTT/EV-DO;

·     WiMAX/BWA;

·     РРЛ.

3.2 Выбор технологии транспортной сети


В демо-версии программы доступна карта  Амман и его окрестностей. Поэтому будем рассчитывать покрытие для пригорода Санкт-Петербурга (рисунок 5.1).

Рисунок 5.1 – Карта местности

Перед началом работы необходимо определить стандарт связи. Поскольку в демо-версии доступен только CDMA2000 (или IS-95), необходимо назначить основные параметры сети самостоятельно (рисунок 5.2).

Рисунок 5.2 – Параметры стандарта

3.3  ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА СЕТИ


Проанализировав возможные варианты топологий сети, а также учитывая географические аспекты района проектирования и возможности расположения коммутационных узлов в местах расположения существующего оборудования GSM, делаем вывод, что для обеспечения масштабируемости и производительности, наиболее обоснованной выглядит топологии кольцо на транспортном уровне ядра (RNC, MGW, MGC, SGSN) и кольцевые соединения на транcпортном уровне доступа между Node B.

Преимущество данной топологии заключается в том, что в сравнении с топологиями она имеет лучшую отказоустойчивость, поскольку включает все лучшие качества других топологий и обеспечивает высокую надежность передачи данных.

Таким образом, в данном проекте магистральная сеть будет организована по принципу кольца, которое будет объединять маршрутизаторы узлов ядра сети (RNC, MGW, MGC, SGSN). Транспортная сеть доступа будет представленна также топологией кольцо для соединения Node-B. Это позволит сохранить сервисы части абонентов при возникновении аварийной ситуации. Node B будут включены в большое транспортное кольцо.

Топология для сегмента сети центральной части города в привязке к карте г.Амман приведена на рисунке 3.

Топология сети на карте центрального района города

Рисунок 3 – Топология сети на карте центрального района города

Эта топология допускает соединение большого количества станций и характерна, как правило, для больших сетей и поддерживает высокий уровень масштабируемости и управляемости. На рисунке 4 приведена структурная схема информационной модели сети.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте выполнена разработка проекта сети беспроводной мобильной связи третьего поколения стандарта UMTS/WCDMA для мухафазы Амман страны Иордания.

Доказана актуальность внедрения такой сети для предоставления услуг Triple Play – голос, видео, Интернет. Рассчитано предполагаемое количество абонентов для заданной области (во внимание было принято то обстоятельства, что подобной сети в мухафазе еще нет, а также перспектива на ближайшие 5-10 лет). Абоненты разделены по категориям, для каждой категории заданы параметры нагрузки, в итоге рассчитаны информационные потоки в сети.

Выбрана конкретная реализация стандарта UMTS – четвертый релиз. Эта реализация удобна тем, что производители смартфонов, мобильных телефонов, модемов выпускают абонентские устройства, поддерживающие этот стандарт. Проведено радиопланирование сети по модели Хата COST231, в результате которого рассчитано приблизительное количество базовых станций, которое необходимо для обеспечения качественного покрытия. Стоит отметить, что это количество должно быть уточнено с помощью специальных программных комплексов, которые недоступны из-за своей цены для студентов. Поэтому для проведения дальнейших расчетов принято  примерное число базовых станций.

Далее составлены структурная и функциональная схемы сети, выбраны интерфейсы и протоколы передачи.

Выбрано оборудование производителя Huawei Technologies – как наиболее оптимальное по соотношению цена/качество. Зная характеристики оборудования, было рассчитано точное количество медиашлюзов, серверов коммутации, узлов SGSN и GGSN.

Изучено программное обеспечение RPS2 для проведения программного радиопланирования сети, рассмотрен расчет радиопокрытия сети для пригорода Санкт-Петербурга. Также рассчитаны некоторые другие показатели сети.

Рассчитана задержка при передаче голосового трафика для абонентов, находящихся на максимальном удалении друг от друга. Задержка составляет 46,92мс и является принятой согласно рекомендации ITU.

.

Список источников

  1. Шиллер Й. Мобильные коммуникации.: Пер. с англ. – М. :Издательский дом "Вильямс", 2002. – 384 с.
  2. Маковеева М.М., Шинаков Ю.С. Системы связи с подвижными объектами: Учебное пособие для вузов. – Г.: Радио и свиязь, 2002. – 440 с.
  3. Андрианов В., Соколов А. Средства мобильной связи. – СПб.: BHV-Петербург, 2001. – 256 c.
  4. Карташевский В. Г., Семенов С. Н. Сети подвижной связи. – М.: Эко-трендз, 2001. – 299 с.
  5. Невдяев Л. М. Мобильная связь 3-го поколения. – М.: Связь и бизнес, 2000. - 208 с.
  6. Бабков В.Ю., Вознюк М.А., Михайлов П.А. Сети мобильной связи. Частотно-территориальное планирование. СПбГУТ, СПб, 2000, 196 с.
  7. Sipila, K., Laiho-Steffens, J., Jasberg, M. and Wacker, A., «Modelling the Impact of the Fast Power Control on the CDMA Uplink», Proceedings of VTC'99. Houston, Texas, May 1999, pp. 1266–1270.
  8. Ojanpera, T. and Prasad, R., Wideband CDMA for Third Generation Mobile Communications, Artech House, 1998.
  9. Lee, J. and Miller, L., CDMA Systems Engineering Handbook, Artech House, 1998.
  10. 3GPP Technical Specification 25.101, UE Radio Transmission and Reception (FDD).
  11. 3GPP Technical Report 25.942, RF System Scenarios.
  12. 3GPP TSG RAN WG4 Tdoc 99/329, Impact of OHG Harmonisation Recommendation on UTRA/FDD, June 1999.