Разработка сети беспроводного доступа на основе технологии LTE

Тип работы: Дипломная работа
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 76 страниц
В избранное:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

АО «МЕЖДУНАРОДНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»

ФАКУЛЬТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Аманжолов М. Қ.

Разработка сети беспроводного доступа на основе технологии LTE

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

Специальность 5B071900 - «Радиотехника, электроника и телекоммуникации»

Алматы 2019

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

АО «МЕЖДУНАРОДНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»

КАФЕДРА «РАДИОТЕХНИКА, ЭЛЕКТРОНИКА И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ»

Допущен к защите:

Заведующий кафедрой

PhD, ассист. профессор

Е. А. Дайнеко

«» 2019г.

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

Разработка сети беспроводного доступа на основе технологии LTE

по специальности 5B071900 - «Радиотехника, электроника и телекоммуникации»

Студент:: Студент:

гр. РЭТ-161-3г. Қ. М. Аманжолов«» 2019 г.:

гр. РЭТ-161-3г. Қ. М. Аманжолов

«» 2019 г.

(подпись):

(подпись)

Студент:: Научный руководитель:

гр. РЭТ-161-3г. Қ. М. Аманжолов«» 2019 г.:

к. т. н., асс. -проф. Е. А. Бахтиярова

«» 2019 г.

(подпись):

(подпись)

Студент:: Рецензент:

гр. РЭТ-161-3г. Қ. М. Аманжолов«» 2019 г.:

Доктор PhD, Ассистент - профессора кафедры «Радиотехника и телекоммуникации» АО “КазАТК” им. М. Тынышпаева

Оразымбетова А. К

«» 2019 г.

(подпись):

(подпись)

АО«Международный Университет Информационных Технологий»

Факультет Информационных Технологий

Кафедра «Радиотехника, Электроникаи Телекоммуникации»

Специальность 5B071900 - «Радиотехника, электроника ителекоммуникации»

Задание на дипломный проект

Аманжолов Мадияр Қанатұлы

Тема проекта: «Разработка сети беспроводного доступа на основе технологии LTE»

Утверждено приказом № МУИТ от «__» 201__ г.

Срок сдачи студентом законченного проекта «20» мая 2019 г.

Исходные данные к проекту: системная полоса: 20 МГц; для FDD = 10/10 (DL/UL) ; eNB - в каждом секторе один TRX, мощность выхода TRX = 60 Вт (48 дБ) ; UE - абонентский терминал -USB-модем, 5-класса ЭИИМ 33 дБ; соотношение длительности кадров DL/UL: 100%/100%.

Содержание расчетно - пояснительной записки перечень подлежащих разработке вопросoв:

1. Постановка задачи

2. Техническая часть

3. Расчетная часть

4. Экономическое обоснование дипломного проекта

5. Охрана труда и промышленная экология

Лазерный CD диск с текстом дипломного проекта и приложениями:

1. Пояснительная записка к дипломному проектированию.

2. Презентация.

Консультанты по проекту, с указанием относящихся к ним разделов проекта

Раздел

Консультант

Подпись, дата

Задание выдал

Задание принял

Раздел: Экономическое обоснование ДП

Консультант:

и. о. профессор, к. э. н.,

Бердыкулова Г. М.

Подпись, дата:

Раздел: ОТ и ПЭ

Консультант:

Ассистент-

профессор, PhD

Малгаждарова М. К.

Подпись, дата:

Раздел: Нормоконтроль

Консультант: И. о. ассоц-профессор, к. т. н. Жаксылык А.

Подпись, дата:

Дата выдачи задания: «» 2018 г.

РуководительЕ. А. Бахтиярова

(подпись)

Задание принял к исполнениюҚ. М. Аманжолов

(подпись)

Календарный план выполнения дипломного проекта

Студент группа курс

Международный Университет Информационных Технологий

Аманжолов Мадияр Қанатұлы

(Ф. И. О)

Тема: Разработка сети беспроводного доступа на основе технологии LTE

(тема дипломного проекта)

№

Наименование этапов дипломного проекта (работы)

Срок выполнения этапов проекта (работы)

Примечание

№: 1.

Наименование этапов дипломного проекта (работы): Составление графика написания дипломной работы. Представление на кафедру

Срок выполнения этапов проекта (работы): Ноябрь

Примечание:

№: 2.

Наименование этапов дипломного проекта (работы): Сбор, изучение, обработка, анализ и обобщение данных

Срок выполнения этапов проекта (работы): Ноябрь-Декабрь

Примечание:

№: 3.

Наименование этапов дипломного проекта (работы):

Составление и представление научному руководителю.

Введение

Глава 1

Глава 2

Глава 3

Глава 4

Глава 5

Заключение

Срок выполнения этапов проекта (работы): Январь-Февраль

Примечание:

№: 4.

Наименование этапов дипломного проекта (работы): Доработка дипломной работы с учетом замечаний консультанта

Срок выполнения этапов проекта (работы): Март-Апрель

Примечание:

№: 5.

Наименование этапов дипломного проекта (работы): Подача заполненного дипломного проекта руководителю ДП

Срок выполнения этапов проекта (работы): 15 Апреля

Примечание:

№: 6.

Наименование этапов дипломного проекта (работы): Отчетность по дипломной работе на семинарах кафедры

Срок выполнения этапов проекта (работы):

21-25 Января

5-16 Февраля,

1-5 Апреля

Примечание:

№: 7.

Наименование этапов дипломного проекта (работы): Предзащита

Срок выполнения этапов проекта (работы):

8-12 Апреля,

13-17 Мая

20-23 Мая

Примечание:

№: 8.

Наименование этапов дипломного проекта (работы): Предоставление ДП на утверждение рецензента

Срок выполнения этапов проекта (работы): 22 Мая -5 Июня

Примечание:

№: 9.

Наименование этапов дипломного проекта (работы): Составление доклада для ГАК

Срок выполнения этапов проекта (работы): 25 Мая - 8 Июня

Примечание:

№: 10.

Наименование этапов дипломного проекта (работы): Презентация ДП для ГАК

Срок выполнения этапов проекта (работы): 28Мая - 11 Июня

Примечание:

РуководительЕ. А. Бахтиярова

(подпись)

Задание принял к исполнениюҚ. М. Аманжолов

(подпись)

Дата выдачи задания «___» 2019

АҢДАТПА

Берілген дипломдық жобада LTE технологиясының артықшылықтары, перспективалары мен ерекшеліктері сипатталған, LTE және WiMAX жүйелерінің сипаттамаларына салыстырмалы талдау жүргізіліп, Қаскелең сымсыз байланыс жүйесінің ағымдағы жай-күйіне талдау жасалып, LTE технологиясын енгізу перспективалары қарастырылған.

Жобада LTE желісінің технологиясы талданды, Қаскелеңдегі LTE желісі бойынша қамту есептері жасалды, жиілік аумақтық жоспарлау жүргізілді, өткізу қабілетін есептеу және әлеуетті абоненттер саны, сондай-ақ базалық станциялардың санын анықтады.

Олар сондай-ақ өмір қауіпсіздігі мәселелерін талқылады және техникалық-экономикалық негіздемені ұсынды және жобаға бизнес-жоспар ұсынды.

Түйін сөздер: LTE технологиясы, жиілік аумақтық жоспарлау, базалық станция.

АННОТАЦИЯ

В данном дипломном проекте рассмотрены В первой главе рассмотрены преимущества, перспективы и особенности технологии LTE, проведен сравнительный анализ характеристик систем LTE и WiMAX, анализ существующего состояния системы беспроводной связи в г. Каскелен, рассмотрены перспективы внедрения технологии LTE.

В проекте проведен анализ технологии сети LTE, проведены расчеты зоны охвата для сети LTE в г. Каскелен, частотно-территориальное планирование, выполнены расчеты пропускной способности и числа потенциальных абонентов, а также определено количество базовых станций.

Также были рассмотрены вопросы безопасности жизнедеятельности и приведено технико-экономическое обоснование и представлен бизнес - план проекта.

Ключевые слова: LTE технологии, частотно-территориальное планирование, базовая станция.

ABSTRACT

In this thesis project reviewed in the first chapter describes the advantages, prospects and features of LTE technology, conducted a comparative analysis of the characteristics of LTE and WiMAX systems, analysis of the current state of the wireless communication system in Kaskelen, considered the prospects for the introduction of LTE technology.

The project analyzed the LTE network technology, made coverage calculations for the LTE network in Kaskelen, frequency-territorial planning, carried out calculations of throughput and the number of potential subscribers, and also determined the number of base stations.

They also discussed issues of life safety and provided a feasibility study and presented a business plan for the project.

Keywords: LTE technology, frequency-territorial planning, base stations.

СОДЕРЖАНИЕ

с.: с.

: Введение

с.: 10

: 1

: ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

с.: 11

: 1. 1

: Особенности беспроводной технологий LTE

с.: 11

: 1. 2

: Анализ характеристик технологий LTE и WiMAX

с.: 13

: 1. 3

: Анализ состояния системы беспроводной связи в г. Каскелен

с.: 19

: 1. 4

: Перспективы развития технологий 4G в Казахстане

с.: 20

: 1. 5

: Обоснование постановки задачи

с.: 21

: 2

: ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

с.: 22

: 2. 1

: Принципы построения радиоинтерфейса по технологии LTE

с.: 22

: 2. 2

: Нисходящий канал

с.: 25

: 2. 3

: Восходящий канал

с.: 27

: 2. 4

: Архитектура сети LTE

с.: 31

: 2. 5

: Строение SAE

с.: 37

: 2. 6

: Выбор оборудования

с.: 42

: 2. 7

: Характеристика подсистемы базовой станции

с.: 43

: 2. 8

: Технические характеристики системы

с.: 44

: 3

: Расчет технических параметров объекта

с.: 50

: 3. 1

: Анализ технологии сети LTE

с.: 50

: 3. 2

: Расчет зоны охвата для сети LTE

с.: 50

: 3. 3

: Частотно-территориальное планирование

с.: 53

: 3. 4

: Расчет пропускной способности

с.: 55

: 3. 5

: Расчет числа потенциальных абонентов

с.: 56

: 3. 6

: Определение количества базовых станций (Node B)

с.: 58

: 4

: Экономическая часть

с.: 60

: 4. 1

: Теоретическая часть

с.: 60

: 4. 2

: Расчет эксплуатационных расходов

с.: 65

: 5

: Охрана труда и промышленная безопасность

с.: 71

: 5. 1

: Анализ основных опасных и вредных факторов

с.: 71

: 5. 2

: Санитарные правила и нормы

с.: 71

: 5. 3

: Защитные мероприятия

с.: 73

: 5. 4

: Анализ опасных и вредных факторов при работе с ПЭВМ

с.: 76

: 5. 5

: Организация рабочего места при работе с компьютером

с.: 80

: Заключение

с.: 83

: Список использованной литературы

с.: 84

ВВЕДЕНИЕ

Растущее число пользователей и необходимость увеличения ширины полосы частот является одними из основных факторов, влияющих на развитие технологий мобильной связи и широкополосного беспроводного доступа в ближайшем будущем.

Развитие беспроводной связи сопровождается непрерывной сменой технологий, в основе которых лежат стандарты сотовой связи GSM и CDMA, а также стандарты систем передачи данных IEEE 802. Исторически технологии беспроводной связи развивались по двум независимым направлениям - системы телефонной связи (сотовая связь) и системы передачи данных (Wi-Fi, WiMAX) . Но в последнее время наблюдается явная тенденция к слиянию этих функций. Более того, объем пакетных данных в сетях сотовой связи третьего поколения (3G) уже превышает объем голосового трафика, что связано с внедрением технологий HSPA [4] . В свою очередь, современные сети передачи информации обязательно обеспечивают заданный уровень качества услуг (QoS) для различных видов трафика. Реализуется поддержка приоритезации отдельных потоков информации, причем как на сетевом/транспортном уровнях (на уровне TCP/IP), так и на МАС-уровне (стандарты IEEE 802. 16) . Это позволяет использовать их для оказания услуг голосовой связи, передачи мультимедийной информации и т. п.

В связи с этим понятие сетей четвертого поколения (4G) неразрывно связано с созданием универсальных мобильных мультимедийных сетей передачи информации.

Цифровой стандарт LTE (Long-Term Evolution) считается логическим развитием технологий 4G, его внедрение является перспективным направлением развития сетей. Основными целями создания стандарта LTE можно назвать наращивание возможностей высокоскоростных систем мобильной связи, уменьшение стоимости передачи данных, возможность предоставления широкого спектра недорогих услуг. LTE отличается от 3G повышенной емкостью, лучшим использованием частотного спектра и меньшей задержкой, которая может снижаться всего до 5 мс для небольших пакетов. Повышение скорости передачи данных означает и повышение качества поставляемых услуг, способствует распространению современных мультимедийных сервисов (социальные сети, многопользовательские игры, интерактивные онлайн-приложения, видеоконференции, видеозвонки и др. ) .

Целью дипломной работы является разработка сети беспроводного доступа на основе технологии LTE.

1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1. 1 Особенности беспроводной технологий LTE

LTE - это более глубокое изменение, чем 3G, знаменующее переход от систем CDMA (WCDMA) к системам OFDMA, а также переход от систем с коммутацией каналов к системе коммутации пакетов. Проблемы перехода на LTE включают необходимость в новом спектре для получения преимуществ от широкого канала. Кроме того, требуются абонентские устройства, способные одновременно работать в сетях LTE и 3G для плавного перехода абонентов от старых к новым сетям.

Цели разработки LTE:

- снижение стоимости передачи данных;

- увеличение скорости передачи данных;

- возможность предоставления большего спектра услуг по более низкой цене;

- повышение гибкости использования уже существующих систем.

Введение LTE обеспечивает возможность создания высокоскоростных систем сотовой связи, оптимизированные для скоростей передачи пакетных данных до 300 Мбит / с в нисходящем канале (от базовой станции к пользователю) и до 75 Мбит / с в восходящем канале. Пик скорости передачи данных в ранних реализациях должны составлять не более 100 Мбит / с в нисходящем канале и 50 Мбит / с в направлении пользователя. Реализация LTE будет доступна в различных частотных диапазонах - от 1, 4 МГц до 20 МГц, а также разделения различных технологий - FDD (частоты) и TDD (временной) .

Теоретически скорость передачи информации по стандарту 3GPP LTE достигает 326, 4 Мбит в секунду, на оборудовании коммерческого использования демонстрационные показатели могут достигнуть 1 Гбит в секунду на прием (англ. - download) и 172, 8 Мбит в секунду на отдачу данных (англ. -upload) . В международном стандарте зафиксированы скорость приема 173 Мбит в секунду и 58 Мбит в секунду на отдачу.

Радиус действия установленной базовой станции LTE может различаться в зависимости от используемых частот и мощности. В оптимальном случае этот показатель составляет около 5 километров, однако при достаточном поднятии антенны может достигать 30 и даже 100 километров.

Еще одна важная особенность сетей LTE - сеанс передачи данных или звонок, которые были совершены в зоне покрытия сетей четвертого поколения, могут быть переданы без обрыва связи в сеть 3G (CDMA2000, W-CDMA, ) или в GSM/GPRS/EDGE. То есть, развитие сети LTE возможно на уже существующей базе мобильных операторов.

LTE делает более эффективное использование частотного спектра, имеет высокую пропускную способность и более низкие значения задержки (задержки), что небольшие пакеты могут быть уменьшены до величины всего 5 мс. Увеличение скорости передачи данных улучшает качество услуг, ускоряет распространение новых мультимедийных услуг (многопользовательские игры, социальные сети, видеоконференции, мониторинга и М2М, интерактивные онлайн-приложений, и т. д. ) . Еще одно преимущество - в отличие от WCDMA (требующих полосу пропускания 5 МГц), LTE может работать с различными полосами частот - от 1, 5 МГц до 20 МГц.

Внедрение технологии LTE позволяет операторам сократить капитальные и эксплуатационные затраты, снизить общую стоимость владения сетью, расширить свои возможности в области конвергенции услуг и технологий, повысить доходы от услуг передачи данных. Сеть поддерживает MBSFN (Multicast Droadcast одночастотной сети), что позволяет реализовать такие услуги, как мобильное телевидение, в отличие от DVB-H.

Преимущества LTE:

- высокая пропускная способность сети;

- большая чувствительность;

- поддержка игровых приложений за счет низкого времени отклика;

- высокая интерактивность;

- более высокая скорость загрузки данных;

- возможность передачи голоса по IP/IMS;

- более высокое качество обслуживания;

- больше каналов мобильного ТВ;

- лучше качество изображения мобильного ТВ;

- OFDMA на линии от базовой станции с модуляцией 64QAM;

- полностью IP e2e сеть;

- ширина канала до 20 МГц;

- и TDD, и FDD профили;

- гибкая сеть доступа;

- улучшенная техника антенн;

- на линии к базе одна несущая с частотным доступом (SC-FDMA) . модуляция опционально до 64QAM.

1. 2 Анализ характеристик технологий LTE и WiMAX

Сравнение LTE и WiMax представлено в таблице 1. 1, из которой видно, что стандарт LTE превосходит по ряду параметров стандарт WiMax. Это в первую очередь связано с тем, что стандарт LTE был разработан на несколько лет позднее технологии WiMax, в котором были учтены и исправлены ряд недостатков стандарта WiMax.

Таблица 1. 1 - Сравнение ключевых параметров LTE и WiMAX

Параметры

LTE

WiMAX Релиз 1. 5

Параметры: Дуплексирование

LTE: FDD и TDD

WiMAX Релиз 1. 5: FDD и TDD

Параметры: Частотный диапазон для анализа

LTE: 2000 МГц

WiMAX Релиз 1. 5: 2500 МГц

Параметры: Ширина канала

LTE: до 20 МГц

WiMAX Релиз 1. 5: до 20 МГц

Параметры: От базы

LTE: OFDM А

WiMAX Релиз 1. 5: OFDMA

Параметры: К базе

LTE: SC-FDMA

WiMAX Релиз 1. 5: OFDMA

Параметры: Спектральная эффективность, бит/Гц/с

Параметры: Нисходящий канал, MIMO (2×2)

LTE: 1, 57

WiMAX Релиз 1. 5: 1, 59

Параметры: Восходящий канал, SIMO (1×2)

LTE:

WiMAX Релиз 1. 5: 0. 99

Параметры: Максимальная скорость мобильной станции, км/ч

LTE: 350

WiMAX Релиз 1. 5: 120

Параметры: Длительность кадра, мс

LTE: 1

WiMAX Релиз 1. 5: 5

Параметры: Антенные системы

Параметры: Нисходящий канал

LTE: 2×2, 2×4. 4×2, 4×4

WiMAX Релиз 1. 5: 2×2, 2×4, 4×2, 4×4

Параметры: Восходящий канал

LTE: 1×2, 1×4, 2×2, 2×4

WiMAX Релиз 1. 5: 1×2, 1×4. 2×2. 2×1

WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) основанный на стандарте IEEE 802. 16, является беспроводной технологией для предоставления широкого спектра услуг (интернет, голос, видео, передача данных) на большие расстояния. На данный момент применяются стандарты 802. 16d и 802. 16е. А в январе 2010 года был принят стандарт 802. 16m, который разработан с целью улучшения основных показателей. Первые решения, соответствующие стандарту 802. 16m ожидаются в 2012 году. Технология LTE (Long term evolution) эволюционировала от технологий CDMA и UMTS, ее развитием занимается организация 3GPP, которая изначально занималась развитием 3G технологий. Появление LTE явилось ответом на необходимость увеличения скоростей передачи данных мобильных сетей CDMA и UMTS, в виду большого роста трафика мобильных устройств. Т. е. изначально 3GPP разрабатывала усовершенствованные версии CDMA и UMTS: Release 99 (Март, 2000) : UMTS/WCDMA, Rel-5 (Март, 2002) : HSDPA, Rel-6 (Март, 2005) : HSUPA,

Rel-7 (2007) : DL MIMO, IMS (IP Multimedia Subsystem) . И только в январе 2008 года был принят стандарт Rel-8, в котором и появилась терминология “LTE”. Далее были приняты стандарты версии Release 9 и 10. В основе этих рекомендаций лежат передовые радио технологии: OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Frequency domain equalization SC-FDMA (Single Carrier FDMA) MIMO (Multi-Input Multi-Output) Multicarrier channel-dependent resource scheduling Fractional frequency reuse. Как можно легко заметить, что почти все перечисленные радио технологии уже применялись на тот момент в мобильном стандарте WiMax (802. 16е), который был принят намного ранее в 2005 году. А в 2008 году насчитывал уже более 200 коммерческих сетей WiMax. Если сравнивать обе технологии WiMax и LTE, мы убедимся, что с технологической точки зрения они имеют минимальные отличия.

С точки зрения архитектуры обе технологии используют протокол IP, что значительно минимизирует капитальные затраты, позволяет гибко предоставлять сервисы, упрощает управление сетью, предоставляет простую интеграцию различных производителей. Также похожа и структура сетей (См. рис. 1. 1 и См. рис. 1. 2), в которых основные элементы имеют аналогичное функциональное назначение: Клиентское устройство (MS/UE) ; Базовая станция (BS/eNodeB) ; Шлюзы (ASN-GW/MME+Serving Gateway) ; Центральный узел (ААА, HA/HSS, PCRF) ; Транспортная сеть на базе протокола IP/MPLS.

Рисунок 1. 1 - Топология сети WiMax

Сравнительный анализ основных характеристик существующих на сегодняшний день технологий LTE Rel. 8 и WiMax 802. 16e проведен в таблице 1. 2. Из таблицы 1. 2 видно, что обе технологии применяют самые последние инновации радио технологий и не имеют принципиальных отличий.

Таблица 1. 2 - Сравнительный анализ основных характеристик

Функционал: Функционал

802. 16е: 802. 16е

LTE Rel. 8: LTE Rel. 8

Функционал: Метод доступа DL (нисходящий канал)

802. 16е: OFDMA

LTE Rel. 8: OFDMA

Функционал: Метод доступа UL (восходящий канал)

802. 16е: OFDMA

LTE Rel. 8: SC-FDMA

Функционал: Режим дуплекса

802. 16е: FDD&TDD

LTE Rel. 8: FDD

Функционал: Длина фрейма, мс

802. 16е: 5

LTE Rel. 8: 1 (длительность задержки ниже в 2 раза)

Функционал: Модуляция

802. 16е: QPSK, 16QAM, 64QAM

LTE Rel. 8: QPSK, 16QAM, 64QAM

Функционал: Поддержка QoS

802. 16е: Да

LTE Rel. 8: Да

Функционал: Поддержка MIMO

802. 16е: Да

LTE Rel. 8: Да

Функционал: Поддержка HARQ

802. 16е: Да

LTE Rel. 8: Да

Функционал: Управление мощностью (режимы idle, sleep)

802. 16е: Да

LTE Rel. 8: Да

В технологии LTE на 3-м сетевом уровне используются нестандартные протоколы, пришедшие из технологии 3G, которые закрыты и усложняют процесс интеграции (См. рис. 1. 2) .