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:
гр. РЭТ-161-3г. Қ.М. Аманжолов
____ ________2019 г.

_____________
(подпись)

Научный руководитель:

к.т.н., асс.-проф. Е.А.Бахтиярова
____ ________2019 г.

__________
(подпись)

Рецензент:

Доктор PhD, Ассистент - профессора кафедры Радиотехника и телекоммуникации АО "КазАТК" им. М.Тынышпаева
Оразымбетова А.К
____ ________2019 г.

___________
(подпись)

АОМеждународный 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 = 1010 (DLUL); 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 DLUL: 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
Экономическое обоснование ДП
и.о.профессор, к.э.н.,
Бердыкулова Г.М.

ОТ и ПЭ
Ассистент-
профессор,PhD
Малгаждарова М.К.

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

Дата выдачи задания: ____ _____________2018 г.

Руководитель_______________________ _______________Е.А.Бахтиярова
(подпись)
Задание принял к исполнению________________________Қ .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.
Составление графика написания дипломной работы. Представление на кафедру
Ноябрь

2.
Сбор, изучение, обработка, анализ и обобщение данных
Ноябрь-Декабрь

3.
Составление и представление научному руководителю.
Введение
Глава 1
Глава 2
Глава 3
Глава 4
Глава 5
Заключение
Январь-Февраль

4.
Доработка дипломной работы с учетом замечаний консультанта
Март-Апрель

5.
Подача заполненного дипломного проекта руководителю ДП
15 Апреля

6.
Отчетность по дипломной работе на семинарах кафедры
21-25 Января
5-16 Февраля,
1-5 Апреля

7.
Предзащита
8-12 Апреля,
13-17 Мая
20-23 Мая

8.
Предоставление ДП на утверждение рецензента
22 Мая - 5 Июня

9.
Составление доклада для ГАК
25 Мая - 8 Июня

10.
Презентация ДП для ГАК
28Мая - 11 Июня

Руководитель_______________________ ______________________Е.А.Бахтияров а
(подпись)

Задание принял к исполнению_________________________ ______Қ.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.
Введение
10
1
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
11
1.1
Особенности беспроводной технологий LTE
11
1.2
Анализ характеристик технологий LTE и WiMAX
13
1.3
Анализ состояния системы беспроводной связи в г.Каскелен
19
1.4
Перспективы развития технологий 4G в Казахстане
20
1.5
Обоснование постановки задачи
21
2
ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
22
2.1
Принципы построения радиоинтерфейса по технологии LTE
22
2.2
Нисходящий канал
25
2.3
Восходящий канал
27
2.4
Архитектура сети LTE
31
2.5
Строение SAE
37
2.6
Выбор оборудования
42
2.7
Характеристика подсистемы базовой станции
43
2.8
Технические характеристики системы
44
3
Расчет технических параметров объекта
50
3.1
Анализ технологии сети LTE
50
3.2
Расчет зоны охвата для сети LTE
50
3.3
Частотно-территориальное планирование
53
3.4
Расчет пропускной способности
55
3.5
Расчет числа потенциальных абонентов
56
3.6
Определение количества базовых станций (Node B)
58
4
Экономическая часть
60
4.1
Теоретическая часть
60
4.2
Расчет эксплуатационных расходов
65
5
Охрана труда и промышленная безопасность
71
5.1
Анализ основных опасных и вредных факторов
71
5.2
Санитарные правила и нормы
71
5.3
Защитные мероприятия
73
5.4
Анализ опасных и вредных факторов при работе с ПЭВМ
76
5.5
Организация рабочего места при работе с компьютером
80

Заключение
83

Список использованной литературы
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 сетевомтранспортном уровнях (на уровне TCPIP), 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 GSMGPRSEDGE. 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 IPIMS;
- 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
Дуплексирование
FDD и TDD
FDD и TDD
Частотный диапазон для анализа
2000 МГц
2500 МГц
Ширина канала
до 20 МГц
до 20 МГц
От базы
OFDM А
OFDMA
К базе
SC-FDMA
OFDMA
Спектральная эффективность, битГцс
Нисходящий канал, MIMO (2x2)
1,57
1,59
Восходящий канал, SIMO (1x2)

0.99
Максимальная скорость мобильной станции, кмч
350
120
Длительность кадра, мс
1
5
Антенные системы
Нисходящий канал
2x2, 2x4. 4x2, 4x4
2x2, 2x4, 4x2, 4x4
Восходящий канал
1x2, 1x4, 2x2, 2x4
1x2, 1x4. 2x2. 2x1

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): UMTSWCDMA, 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 (MSUE); Базовая станция (BSeNodeB); Шлюзы (ASN-GWMME+Serving Gateway); Центральный узел (ААА,HAHSS,PCRF); Транспортная сеть на базе протокола IPMPLS.

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
802.16е
LTE Rel.8
Метод доступа DL (нисходящий канал)
OFDMA
OFDMA
Метод доступа UL (восходящий канал)
OFDMA
SC-FDMA
Режим дуплекса
FDD&TDD
FDD
Длина фрейма, мс
5
1 (длительность задержки ниже в 2 раза)
Модуляция
QPSK, 16QAM, 64QAM
QPSK, 16QAM, 64QAM
Поддержка QoS
Да
Да
Поддержка MIMO
Да
Да
Поддержка HARQ
Да
Да
Управление мощностью (режимы idle, sleep)
Да
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).

Рисунок 1.2 - Топология сети LTE

Если говорить о скоростях передачи для последних версий обеих технологий LTE Rel.10 (LTE-Advanced) и 802.16m (WiMAX2), то фактически эти данные также приблизительно равны и достигнуты только в лабораторных условиях. Сегодня можно найти много маркетинговой информации о скоростях в 300-400 Мбс. Такие значения легко рассчитать математически, как показано ниже для технологии LTE (См. рис.1.3, См. рис. 1.4).

Рисунок 1.3 - Сетевые технологии LTE и WiMAX

Рисунок 1.4 - Структура субфрейма нисходящего потока LTE
Расчётные 400 Мбс это теоретическое значение, реальная пропускная способность будет ниже. Как мы видим, 4G технологии позволяют предоставлять широкополосные сервисы, которые соответствуют современным требованиям рынка. Пользователь мобильных мультимедийных услуг не будет ощущать никакой разницы от того, через какую сеть, LTE или WiMAX, предоставляется сервис (См. рис. 1.5).

Рисунок 1.5 - Модуляционная схема для различных типов модуляции

Однако операторы связи свой выбор 4G технологии смогут реализовать только в рамках лицензии на определённый диапазон частот, что является особой темой для обсуждения. Так как LTE эволюционировал от 3G сетей UMTS и CDMA, то FDD LTE работает на частотах: 700 МГц (США), 800 МГц (Северная Америка, часть Европы), 900 и 1800 МГц, 1700 и 1900 МГц, 2100 МГц (Европа). TD-LTE работает в диапазонах 2,3 и 2,5 ГГц.
Технология WiMAX продолжает свое развитие в диапазонах 2,3; 2,5; 3,5 ГГц. Одним из существенных вопросов при развертывании 4G сетей будет вопрос доступности спектра. По сути, для построения 4G сети необходимо 50
60 МГц для организации, например, 5-6 каналов полосой 10 МГц, так как скорости 100 Мбс и выше возможно добиться в частотном канале от 10 МГц. Поэтому при построении 4G сети проще получить требуемую полосу в высоких диапазонах, которые имеют широкий спектр.
Диапазоны частот до 2100 МГц плотно распределены между GSM, CDMA, UMTS операторами. Наиболее подходящими для новых игроков являются полосы существующих WiMAX операторов (2300; 2500 МГц) и частично UMTS (2100 МГц).
Естественно, что на более низкой частоте радиус соты будет больше, также будут лучше характеристики проникновения радиоволны и работа в условиях отражения, что важно в условиях городской застройки. Но если мы говорим действительно о больших сетях с высокой плотностью абонентов, то и плотность установки базовых станции будет рассчитываться исходя из загрузки базовой станции, а факторы распространения радио волны уже не будут оказывать такого влияния, т.е. легко можно использовать частоты и более высоки диапазонов. Подводя итоги, еще раз отметим, что с точки зрения технических характеристик технологии 4G не имеют принципиальных отличий. Существенным отличием является только работа в разных частотных диапазонах. В Казахстане не по-разному может сложиться ситуация с внедрением 4G технологий. Операторам, использующим технологию WiMAX 802.16e, проще и дешевле мигрировать к технологии 802.16m. CDMA и 3G операторы, скорей всего, будут внедрять LTE, но нерешенной остается проблема освобождения частот. Также частотные диапазоны LTE в Казахстане зависят от регуляторной политики, а сети WiMAX развиваются уже несколько лет. Имея многолетний опыт построения сетей WiMAX и партнерство с одним из лидеров на рынке компанией Alvarion, наша компания сможет предоставить решения как 802.16m, так и решения TD-LTE.

1.3 Анализ состояния системы беспроводной связи в г.Каскелен

Планирование радиосети LTE будет производиться в г. Каскелен (См. рис. 1.6), находящийся в 23 км от Алматы.

Рисунок 1.6 - Карта города Каскелен
Численность населения г. Каскелен по состоянию на 1 января 2018 года составляет 65,7 тыс. человек. Город Каскелен является административным и культурным центром Карасайского района. В нем размещены торгово-развлекательные, спортивные объекты (центральный стадион, детско-юношеская спортивная школа), общеобразовательные школы, высшие и средние, специальные и высшие учебные заведения, учреждения здравоохранения, краеведческий музей.
В г. Каскелен существует несколько мобильных операторов связи, такие как: Кар-тел, GSM-Казахстан, городские ATC. Следует отметить, что доходность y операторов от традиционных услуг связи ощутимо снижается. Причина такого снижения дохода от традиционного операторского бизнеса связана c тем, что распространенная услуга голосовой связи с дефицитной, нужной абсолютно всем в "чистом виде", становится востребованной в сегменте низкодоходных и нетребовательных пользователей. А наиболее платежеспособным клиентам нужно уже не просто позвонить, но и получить через сеть связи доступ к многочисленным возможностям и сервисам.
Со стороны предоставления услуг доступа к сети Интернет, операторы мобильной связи уже не могут предоставлять ту скорость, которая сейчас нужна абонентам. Ведь максимальная скорость для большинства абонентов, которую могут предоставлять наземные операторы связи являются 24 Мбитс, а мобильные операторы - 2 Мбитс.
В то же время абонентам сети г. Каскелен может быть предоставлен доступ к сети Internet со скоростью до 100 Мбитc (домашние сети) некоторыми компаниями, однако они не оказывают услуг телефонии, и других сервисов, востребованных жителями микрорайона. Следовательно, обслуживание всех услуг принесет потребителям дополнительные неудобства. Так как в Республике Казахстан активно внедряются новые технологии в телекоммуникационных системах, поэтому, в качестве целевой аудитории услуг компания ALTEL 4G видит существующих пользователей 3G у других операторов. А чтобы переход был более комфортным, уже в прошлом году ALTEL предоставляет своим 4G-абонентам и голосовые услуги в GSM-стандарте.

1.4 Перспективы развития технологий 4G в Казахстане

Всем известно, какую важную роль в жизни человека занимают телекоммуникации. Интернет, телевидение, телефон, радио, -- все это средства связи, которые стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Можно сказать, мы живем в информационном веке, где информация -- это ключ и двигатель прогресса. Обществу необходимо обмениваться информацией, по этой причине все типы телекоммуникаций постоянно развиваются. Сейчас сотовый телефон не является символом престижа, как десять лет назад, а скорее является обыденным предметом, позволяющим человеку быть всегда на связи и эффективно использовать свое время.
И впрямь сложно представить жизнь современного человека без возможности доступа к сети Интернет. Нужно отдать должное новшеству нашего века, ведь это главный справочник для многих из нас, в котором можно найти ответы на любые интересующие нас вопросы. Сегодня 34% населения земли (2 405 510 175 человек) пользуются ресурсами сети Интернет, в том числе 59% населения Казахстана (10 008 838 человек) . С увеличением количества пользователей и стремительным прогрессом техники становятся выше и требования к телекоммуникациям. Так, сети 3-го поколения, совсем недавно вполне удовлетворявшие человечество, с появлением 4G постепенно отходят в сторону.
Мобильная связь развивается с невероятной скоростью, -- заявил Дэвид Ван, президент направления беспроводных сетей Huawei. -- Современные технологии способствуют масштабной эволюции сетей - эффективному использованию частотного ресурса, агрегированию широкополосных каналов и увеличению скорости доступа.
Как сказал наш президент в послании к народу Казахстана: Понятие развитая страна -- изменчивая во времени категория. В развитых странах появляются радикально новые качества жизни народа. На сегодняшний день уровень развитости страны во многом определяется степенью развития телекоммуникационной отрасли. Так в концепции вхождения Казахстана в число 30 самых развитых стран мира обозначены долгосрочные приоритеты развития отрасли мобильных технологий.
На основе вышесказанного можно с уверенностью сказать, что вопрос повсеместного внедрения сетей LTE для такого молодого и стремительно развивающегося государства, как Казахстан, несомненно, является актуальным. Полная готовность и потребителей, и операторов к внедрению 4G сетей обеспечит естественную эволюцию стандартов мобильной связи и вместе с тем эволюцию нашей страны в целом.
Что касается развития LTE в Казахстане, то рыночные перспективы данной технологии весьма реальны. Так, возможность использования низких частот, которыми уже располагают операторы, дает надежду на то, что административные согласования и получения разрешений не окажутся такими же драматичными, как в случае с 3G. Еще одним плюсом данного частотного диапазона является то, что на низких частотах обеспечивает более широкое покрытие и более устойчивую связь внутри зданий, что крайне актуально в условиях географии Казахстана. Надо отметить, что крупнейшие отечественные операторы уже начали присматриваться LTE. Так, лидирующий оператор сотовой связи Kcell 19 августа 2010г. провел тестовые испытания LTE в своем головном офисе в Алматы. По словам представителей компании, в ходе испытаний им удалось получить скорость передачи данных около 170 Мбит в секунду. Мобильная сеть LTE (4G) была введена в коммерческую эксплуатацию в декабре 2012 года в городах Астана и Алматы с проведением в IV квартале 2013 года последующего расширения сети в городах-спутниках Алматы: Есик, Каскелен, Капшагай, Талгар, Шамалган, Щучинск и дополнительно в более чем 30 населенных пунктах Алматинской области. Активное строительство сети продолжается.
Сеть LTE работает в Казахстане в диапазоне частот 1800 МГц, также министерство прорабатывает диапазоны 2500 - 2700 мегагерц, 2300 - 2400 мегагерц и 700 - 800мегагерц.
По оценкам мировых экспертов, затраты на развертывание сетей HSPA (3G) и LTE (4G) вполне сопоставимы, в связи с чем развертывание данных сетей в Казахстане вполне актуально. Однако, для того, чтобы развитие технологии не происходило ради развития технологии, а имело коммерческую целесообразность, операторам необходимо четко понимать, что новые возможности будут востребованы рынком исключительно при условии близости мобильной реализации услуг передачи данных к привычной фиксированной как по уровню качества, так и по стоимости. Услуги, оказываемые по новой технологии, едва ли окажутся востребованными потребителями, если операторы не модернизируют свои магистральные сетеи, так как каждой базовой станции LTE необходима полоса как минимум в 200 Mбитс. Наконец, ключевым вопросом остается стоимость трафика. Соизмеримость тарифов в проводных и беспроводных сетях является основным залогом успешного развития услуг на базе передачи данных как таковых.
LTE -- это следующий шаг в развитии мобильного доступа, который предоставит мобильным и фиксированным интернет-пользователям Казахстана более высокий уровень подключения. Теперь LTE появился и на горизонте Казахстана.

1.5 Обоснование постановки задачи

Целью дипломной работы является разработка сети беспроводного доступа на основе технологии LTE. В первой главе рассмотрены особенности беспроводной технологии LTE, проведен анализ характеристик технологий LTE и WiMAX, состояния системы беспроводной связи в г.Каскелен, рассмотрены перспективы развития технологий 4G в Казахстане.
2 ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Принципы построения радиоинтерфейса по технологии LTE

LTE базируется на трех основных технологиях: мультиплексирование посредством ортогональных несущих OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing), многоантенные системыMIMO (Multiple Input Multiple Output) и эволюционная системная архитектура сети (System Architecture Evolution) [4].
Принципиально, что дуплексное разделение каналов может быть как частотным (FDD), так и временным (TDD). Это позволяет операторам очень гибко использовать частотный ресурс. Такое решение открывает путь на рынок тем компаниями, которые не обладают спаренными частотами. С другой стороны, поддержка FDD очень удобна для традиционных сотовых операторов, поскольку у них спаренные частоты есть "по определению" - так организованы практически все существующие системы сотовой связи. Сама же по себе система FDD существенно более эффективна в плане использования частотного ресурса, чем TDD, - в ней меньше накладных расходов (служебных полей, интервалов и т.п.).Обмен между базовой станцией (БС) и мобильной станцией (МС) строится по принципу циклически повторяющихся кадров (в терминологии LTE - радиокадр) Длительность радиокадра - 10 мс.
Все временные параметры в спецификации LTE привязаны к минимальному временному кванту Ts = 1 (2048·Δf), где Δf - шаг между поднесущими, стандартно - 15 кГц. Таким образом, длительность радиокадра - 307200Ts. Сам же квант времени соответствует тактовой частоте 30,72 МГц, что кратно стандартной в 3Gсистемах (WCDMA с полосой канала 5 МГц) частоте обработки 3,84 МГц (8x3,84 = 30,72).
Стандарт LTE предусматривает два типа радиокадров[4]. Тип 1 предназначен для частотного дуплексирования - как для полного дуплекса, так и для полудуплекса. Такой кадр состоит из 20 слотов (длительностью 0,5 мс), нумеруемых от 0 до 19. Два смежных слота образуют субкадр (См. рис. 2.1).

Рисунок 2.1 - Структура кадра LTE при частотном разделении дуплексных каналов
Из рисунка 2.1 видно что, при полнодуплексном режиме радиокадры в восходящем и нисходящем каналах передаются параллельно, но с оговоренным в стандарте временным сдвигом.
Радиокадр типа 2 предназначен только для временного дуплексирования. Он состоит из двух полукадров длительностью по 5 мс (См. рис. 2.2).
Из рисунка 2.2 [4] видно, что каждый полукадр включает 5 субкадров длительностью 1 мс. Стандарт предусматривает два цикла временного дуплексирования - 5 и 10 мс. В первом случае 1-й и 6-й субкадры идентичны и содержат служебные поля DwPTS, UpPTS и защитный интервал GP. При10-мс цикле TDD 6-й субкадр используется для передачи данных в нисходящем канале. Субкадры 0 и 5, а также поле DwPTS всегда относятся к нисходящему каналу, а субкадр 2и поле UpPTS - к восходящему. Распределение остальных субкадров определяется таблица 1. Возможно несколько вариантов длительности полей DwPTS, UpPTS и GP, но их сумма всегда равна 1 мс.

Рисунок 2.2 - Структура кадра LTE при временном разделении дуплексных каналов

Как уже отмечалось, в LTE используется модуляция OFDM, хорошо исследованная в системах DVB, Wi-Fi и WiMAX. Напомним, технология OFDM предполагает передачу широкополосного сигнала посредством независимой модуляции узкополосных поднесущих вида Sk(t) = ak·sin [2PI (f0 + kΔf)],расположенных с определенным шагом по частоте Δf. Один OFDM- символ содержит набор модулированных поднесущих. Во временной области OFDM-символ включает поле данных (полезная информация) и так называемый циклический префикс CP (Cyclic Prefix) - повторно передаваемый фрагмент конца предыдущего символа. Назначение префикса - борьба с межсимвольной интерференцией в приемнике вследствие многолучевого распространения сигнала. Отраженный сигнал, приходящий с задержкой, попадает в зону префикса и не накладывается на полезный сигнал. В LTE принят стандартный шаг между поднесущими Δf = 15 кГц, что соответствует длительности OFDM-символа 66,7 мкс.
Каждому абонентскому устройству (АУ) в каждом слоте назначается определенный диапазон канальных ресурсов в частотно-временной области - ресурсная сетка (См. рис. 2.3) [2].

Рисунок 2.3 - Ресурсная сетка LTE при стандартном шаге поднесущих Δf = 15 кГц

Из рисунка 2.3 видно, что ячейка ресурсной сетки - так называемый ресурсный элемент - соответствует одной поднесущей в частотной области и одному OFDM-символу во временной. Ресурсные элементы образуют ресурсный блок - минимальную информационную единицу в канале. Ресурсный блок занимает 12 поднесущих (т.е. 180 кГц) и 7 или 6 OFDM- символов, в зависимости от типа циклического префикса (таблица 2) - так, чтобы общая длительность слота составляла 0,5 мс. Число ресурсных блоков NRB в ресурсной сетке зависит от ширины полосы канала и составляет от 6 до 110 (ширина частотных полос восходящегонисходящего каналов в LTE - от 1,4 до 20 МГц).

2.2 Нисходящий канал

В нисходящем и восходящем канале применение технологии OFDM различно. В нисходящем канале эта технология используется не только для передачи сигнала, но и для организации множественного доступа (OFDMA) - т.е. для мультиплексирования абонентских каналов.
Помимо описанного физического структурного блока вводится понятие логического структурного блока. По числу ресурсных элементов они эквивалентны, однако возможно два варианта отображения ресурсных элементов физического блока в логический - один в один и распределено. В последнем случае элементы логического ресурсного блока оказываются распределенными по всей доступной ресурсной сетке.
В отличие от пакетных сетей, в LTE нет физической преамбулы, которая необходима для синхронизации и оценки смещения несущей. Вместо этого в каждый ресурсный блок добавляются специальные опорные и синхронизирующие сигналы. Опорные сигналы могут быть трех видов - опорный сигнал, характеризующий ячейку (Cell-specific), сигнал, связанный с конкретным абонентским устройством, и сигнал для специального широковещательного мультимедийного сервиса MBSFN [6]. Опорный сигнал служит для непосредственного определения условий в канале передачи (поскольку приемнику известно его месторасположение и исходная форма). На основе этих измерений можно определить реакцию канала для остальных поднесущих и с помощью интерполяции восстановить их исходную форму.
Опорный сell-specific-сигнал должен присутствовать в каждом субкадре нисходящего канала (кроме случаев MBSFN-передачи). Форма сигнала определяется на основе псевдослучайной последовательности Голда (вариант m-последовательности), при инициализации которой используется идентификационный номер ячейки БС (Cell ID). Такой опорный сигнал равномерно распределен по ресурсным элементам (См. рис. 2.4). Так, при стандартной длине префикса он транслируется в 0-м и 4-м OFDM-символе, при расширенном СР - во время 0-го и 3-го OFDM-символа. В частотной области опорные сигналы передаются через каждые шесть поднесущих, причем смещение определяется идентификатором ячейки, взятым по модулю 6.
Помимо опорных сигналов, в нисходящем канале транслируются и синхронизирующие сигналы. Синхронизирующие сигналы также однозначно определяют Cell ID. В LTE принята иерархическая структура идентификации ячейки, как и в предшествующей ей технологии WCDMA. Предполагается, что на физическом уровне доступно 504 Cell ID. Они разбиты на 168 ID-групп, по 3 идентификатора в каждой. Номер группы N1 (0 - 167) и номер идентификатора в ней N2 (0 - 2) однозначно определяют ID ячейки. Используется два синхросигнала - первичный и вторичный. Первичный синхросигнал представляет собой 62-элементную последовательность в частотном плане, задаваемую последовательностью Задова-Чу на основе идентификатора N2 [6]. Такая последовательность из 62 поднесущих, распределенных по ресурсной сетке симметрично относительно ее центральной частоты, передается в радио- кадре типа 1 в последнем OFDM-символе слотов 0 и 10 (субкадры 0 и 5). В радиокадре типа 2 для передачи первичного синхросигнала используется третий OFDM-символ субкадров 1 и 6. Вторичный синхросигнал генерируется на основе номера ID-группы N1. Он передается в слотах 0 и 10 радио-кадра типа 1 (пятый OFDM-символ при стандартном СР) и в слотах 1 и 11 радиокадра типа 2 (шестой OFDM-символ при стандартном СР).

Рисунок 2.4 - Расположение опорного сигнала (сell-specific) в нисходящем канале ресурсной сетки LTE в случае работы с одной антенной

Из рисунка 2.4 видно, что формирование сигнала в нисходящем канале достаточно стандартно для современных систем цифровой передачи информации. Оно включает процедуры канального кодирования, скремблирования, формирования модуляционных символов, их распределения по антенным портам и ресурсным элементам и синтеза OFDM-символов. Канальное кодирование подразумевает вычисление контрольных сумм (CRC- 24) для блоков данных, поступающих с МАС-уровня. Затем блоки с контрольными суммами обрабатываются посредством кодера со скоростью кодирования 13. В LTE предусмотрено ... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.