Разработка учебного материала для проектирования систем мобильной связи

Тип работы: Дипломная работа
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 47 страниц
В избранное:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

АО МЕЖДУНАРОДНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

ФАКУЛЬТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Бақшабай Ж.Р

Разработка учебного материала для проектирования систем
мобильной связи

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
_____ ___________2019 г.

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

Разработка учебного материала для проектирования систем мобильной связи

Разработка учебного материала для проектирования сети LTE

по специальности 5B071900 - Радиотехника, электроника и телекоммуникации

Студент:
гр. РЭТ-1503,
Б.Ж. Ринатұлы
____ ________2019 г.

_____________
(подпись)

Научный руководитель:

Сениор-лектор, А.Е.Кулакаева
____ ________2019 г.

__________
(подпись)

Рецензент:

PhD, доцент кафедры РТ, КазАТК им. М. Тынышпаева
А.К. Оразымбетова
____ ________2019 г.

___________
(подпись)

Алматы 2019
АО Международный Университет Информационных Технологий
Факультет Информационных Технологий
Кафедра Радиотехника, электроника и телекоммуникации
Специальность 5B071900 - Радиотехника, электроника и телекоммуникации

Задание на дипломный проект

Бақшабай Жалғас Ринатұлы

Тема проекта: Разработка учебного материала для проектирования систем мобильной связи

Утверждено приказом №411-с МУИТ от 28 ноября 2018 г.

Срок сдачи студентом законченного проекта 20 мая 2019 г.

Исходные данные к проекту: мощность передатчика - 20 Вт, коэффициент усиления антенны - 7дБи, потери в АФУ - 0,01 дБ на 1 метр, высота подвеса антенны h1 = 30 м, высота приемной антенны h2=1.5 м, частота f = 1880-2100 МГц (УВЧ диапазон) и тд.

Содержание расчетно - пояснительной записки перечень подлежащих разработке вопросoв:
Глава 1 Обзор и анализ универсальной системы подвижной связи
Глава 2 Исследование особенности построения сети LTE
Глава 3 Планирование зоны обслуживания пропускной способности радиосистемы LTE.
Глава 4 Экономическое обоснование дипломного проекта
Глава 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 3 декабря 2018 г

Руководитель_______________________ сениор-лектор, А.ЕКулакаева
(подпись)
Задание принял к исполнению_________________________ _Б.Ж.Ринатұлы
(подпись)

Календарный план выполнения дипломного проекта
Студент _________ группа ______ курс __
Международный Университет Информационных Технологий

___________________________________ ____________________________
(Ф.И.О)
Тема: ___________________________________ ________________________
(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
28 Мая - 11 Июня

Руководитель_______________________ ______________________А.Е. Кулакаева
(подпись)
Задание принял к исполнению_________________________ ______Б.Ж. Ринатұлы
(подпись)
Дата выдачи задания 3 декабря 2018

АҢДАТПА

Бұл дипломдық жобада LTE әмбебап мобильді байланыс жүйесін қарасыру және оқып-үйрену мақсатында WEB-сайт әзірленді. Сайт бірінші кезекте студенттерді мобильді байланыс саласында теориялық және практикалық материалдарымен қамтамасыз ету үшін әзірленген. Дипломдық жобада LTE желісін зерттеу барысында студенттер бул желінің архитектурасын, құрылғының тиімді тиімді таралу қуатын және қабылдағыш құрылғының кіріс қуатын есептеп талдау жүргізеді.
Сондай-ақ Халықаралық электрбайланыс одағының сигналдардың бос кеңістіктегі таралуларын мынандай негіздемелерге МСЭ-Р 525 және МСЭ 1546 сүйене отыра есептейді.
Жобаның төртінші тарауында экономикалық тиімділік негіздемесі мен жобаның нәтижелігі қарастырылады. Және де SWOT-талдаулар, негізгі кедергілер мен тәуекелдердер жасалынады.
Бесінші тарауда кеңсе жағдайындағы жұмыс жасауға арналған еңбек қауіпсіздігі қарастырылады. Жұмыс орнында зиянды өндірістік факторларға талдау жүргізілді, жұмыс уақытында және авариялық жағдайларда қауіпсіздік техникасы бойынша іс-шаралар туралы сипатталды№

Түйінді сөздер: LTE, жылжымалы байланыс, сайтты әзірлеу, зертханалық жұмыс, LTE архитектурасы, модуляция, кодтау.

АННОТАЦИЯ

В данном дипломном проекте разработан WEB сайт для теоретического проектирования универсальной системы подвижной связи LTE. Сайт в первую очередь разработан с целью обеспечения студентов теоретическим и практическим материалами в области мобильной связи. В работе студенты будут изучать архитектуру сети LTE, производить расчеты по определению эффективно-излучаемой мощности передающего устройства, мощности на входе приемника и тд. Далее на основе рекомендации Международного союза электросвязи МСЭ-Р 525 и МСЭ 1546 производились расчеты по распространению сигналов в свободном пространстве.
В четвертой главе рассматривается экономическое обоснование эффективности и результативности проекта. Проводится SWOT-анализ проекта, определяются основные барьеры и риски.
В пятой главе рассматриваются безопасность условий труда в помещении, предназначенном для работы. Проведен анализ вредных производственных факторов на рабочем месте, рассмотрены мероприятия по технике безопасности во время работы и в аварийных ситуациях.

Ключевые слова: LTE, подвижная связь, разработка сайта, лабораторная работа, архитектура LTE, модуляция, кодирование.

ABSTRACT

In this diploma project developed a WEB site for the theoretical design of a universal mobile communication system LTE. The site is primarily designed to provide students with theoretical and practical materials in the field of mobile communication. In this talk, students will study the architecture of the LTE network, make calculations to determine the effective-radiated power of the transmitting device, the power at the input of the receiver, etc. Further, based on the recommendation of the International telecommunication Union ITU-R 525 and ITU 1546, calculations were made for the propagation of signals in free space.
The fourth chapter discusses the feasibility study of the effectiveness and efficiency of the project. SWOT-analysis of the project is carried out, the main barriers and risks are determined.
The fifth chapter deals with the safety of working conditions in the room intended for work. The analysis of harmful production factors in the workplace, considered safety measures during operation and in emergency situations.

Keywords: LTE, mobile communication, site development, laboratory work, LTE architecture, modulation, coding.

ВВЕДЕНИЯ

Актуальность темы. В настоящее время осуществляется модернизация системы образования. Образование, выступая одним из приоритетов Стратегической программы Казахстан 2030, характеризуется следующими основными тенденциями: становлением национальной модели образования, интеграцией системы образования Казахстана в мировое образовательное пространство. Модернизация структуры и содержания казахстанского образования затронула три важнейших составляющих образовательного процесса: его обеспечение техническими, кадровыми и учебно-методическими ресурсами обучения нового поколения. Все эти три составляющих рассматриваются в системной связи: изменение одной влечет или требует опережающего изменения всех других составляющих в крайне сжатые сроки, так как обновление технической и учебно-методической базы происходит в современном мире в очень быстром темпе.
В нашей стране идет интенсивное проникновение компьютерной техники, современных информационных технологий во все сферы человеческой деятельности, в том числе в образование. Происходит интенсивный процесс разработки методики применения современных информационных технологий в различных учебных предметах и в разнообразных видах учебной деятельности общеобразовательной и высшей профессиональной школы. Однако многочисленные педагогические программные средства имеют, как правило, малый размер, так как предназначены для изучения ограниченного объема учебного материала. Следует создавать мощные программы, способные охватить весь курс целиком. Для перехода от разработки локальных обучающих программ к комплексным педагогическим программным средствам имеются все предпосылки общедидактические и частнодидактические исследования, современные программные и технические средства, потребность образовательных учебных заведений. Однако до настоящего времени эти предпосылки не нашли должной теоретической разработки и практической реализации. Как нам кажется, один из оптимальных путей эффективного использования компьютера в обучении состоит в разработке целостных компьютерных учебных курсов, ориентированных на применение всех учебных сред, включая новейшие интерактивные технологии.
Цель работы. Основной целью данного дипломного проекта является разработка учебного материала для проектирования универсальной сети подвижной связи LTE.
Задачи работы. Для достижения поставленной цели будут решены и поставлены следующие задачи:
- разработка сайта для проектирования универсальной сети подвижной связи LTE;
- расчет основных характеристик LTE;
- расчет чистой прибыли от проекта и инвестиционный анализ;
- расчет освещенности и разные излучения.
1. Обзор и анализ существующих систем LTE

Анализ построения сети LTE

По мере роста пользователей мобильного интернета и постоянно возрастающей потребности иметь возможность мобильного широкополосного доступа (ШПД) не только в домашних условиях или на рабочем месте, а в любой точке нахождения современного пользователя интернета, мобильный ШПД становится с каждым днем, более распространенным. Развитие беспроводной связи сопровождается непрерывной сменой технологий, основой которых являются стандарты сотовой связи двух направлений - GSM и CDMA
Объем пакетных данных в сетях сотовой связи 2G3G превышает объем голосового трафика, что связано с внедрением технологий следующего поколения .
Наиболее перспективной технологией в плане удовлетворения потребителей мобильным ШПД и решения представленных задач является технология LTE.
3GPP Long Term Evolution (LTE) -- название технологии мобильной передачи данных. Проект 3GPP является стандартом по совершенствованию технологий CDMA, UMTS для удовлетворения будущих потребностей в скорости передачи данных. Стандарт 3GPP LTE, под которым чаще всего имеется в виду его релиз 9 и более ранние, формально, не является стандартом беспроводной связи 4G, однако стандарт LTE-Advanced, под которым понимается релиз 10 и более поздние релизы стандарта LTE, утвержден Международным Союзом.
LTE поддерживает различные полосы канала: 1.4МГц, 3МГц, 5МГц, 10МГц, 15МГц, 20МГц. Но выбор полосы будет зависеть от частот, на которых работает оператор, требований к обслуживанию, географического местонахождения, возможностей eNodeB и UE, схемы повторного использования частот и т. д.
LTE - технология, которая отвечает ключевым требованиям, предъявляемым к системам 4G. Переход действующих технологий 2G3G к технологиям нового поколения возможен не скачком, а только путем последовательного развития в направлении LTE с условием совместного использования действующих аппаратных платформ, т.е. межсетевым взаимодействием сетей GSM, WCDMAHSPA, TD-SCDMA и CDMA.
Исходя из рассматриваемой модели, существует несколько возможных подходов к построению сети LTE:
1. При планировании сети с нуля. Сеть разворачивается в новом районе без какой-либо опоры на действующие сети (2G, 3G). Такие сети иногда называют stand alone (отдельно стоящие). В Украине в силу ее большой территории такой подход не целесообразный.
2. Сеть LTE строится постепенно, с максимальным использованием уже имеющихся сетей 2G3G (путем модернизации):
-- В этом случае целесообразно первые базовые станции LTE ставить там, где сеть 3G2G не справляется с обслуживанием трафика и решать проблему не покрытия, а, прежде всего, наращивания емкости (пропускной способности) сети;
-- Постепенно таких хот-спотов становится больше, пока они не заместят в крупных городах и в ряде других мест покрытие 3G2G. Для клиента должно выглядеть так, что если он выходит из зоны покрытия LTE, его устройство все еще имеет возможность оставаться онлайн за счет сетей3G2G. Такой подход в мире демонстрирует, например, TeliaSonera (Норвегия).
3. Сеть LTE строится с использованием инфраструктуры имеющейся сети 3G за счет замены базовых станций 3GHSPA (или программного обеспечения в них) на LTE и соответствующим усилением транспортной инфраструктуры (путем модернизации). Это дорогостоящее решение, требующее немалых одномоментных инвестиций.
4. Создается единый на всю страну оператор LTE. Он может создаваться по 1 или 3 подходу, если есть такая возможность и финансирование. Всем остальным существующим операторам обеспечивается возможность продажи услуг этого транспортного оператора. Здесь есть ряд минусов:
-не готово законодательство;
-не задействован механизм конкуренции, а значит, себестоимость проекта и цены на его услуги могут оказаться слишком высокими;
-нет стимулов к развитию.
5. Совместное строительство сетей LTE несколькими операторами.
Государство выдает лицензии и частоты с условием, что каждая такая лицензия или некоторые из них предназначены для совместного использования двумя или большим числом операторов. Такие примеры есть за рубежом. Например, выданы сдвоенные лицензии в Польше (совместное предприятие операторов PTK (Orange) и P4 (Play), в Швеции (совместное предприятие операторов Tele2 Sweden и Telenor) и др .
Наиболее подходящим для Украины являются подходы 2 или 3. Для начала можно наращивать емкость сети, до того времени пока базовые станции LTE не заместят в крупных городах и в ряде других мест покрытие 3G2G. Этот подход потребует меньшие денежные затраты, но более длителен по времени. Если же позволяет финансирование, то целесообразнее будет подход 3, тоесть, замена базовых станций 3GHSPA на LTE или программного обеспечения в них.

1.1 Анализ современного состояния LTE в Казахстане

Использование низких частот дает возможность расширить покрытие и обеспечить устойчивость связи внутри сооружений, что крайне актуально в любом регионе Казахстана. В настоящее время LTE -- это одна из самых высокоскоростных технологий мобильного доступа. Ее скорости позволяют предоставлять современные услуги связи в высоком цифровом качестве.
В Казахстане возможности сети LTE впервые были протестированы в 2010 году. Первым в апреле 2010 года сеть LTE протестировал Beeline.
В результате тестирования сети LTE в центральной части города Алматы, данные передавались со скоростью до 60 Мбитс при передаче информации к абоненту и до 15 Мбитс -- от абонента.
В июле 2010 года в городе Астанa, тестирование провел Kcell.
В марте 2016 года завершилась монополия Алтел на LTE в Казахстане. О запуске сети LTE заявила Tele2, KCell и Beeline приступили к тестовой эксплуатации пилотных зон LTE. KCell уже 2016 года обеспечил до 32% населенной территории страны покрытием LTE.
К сентябрю 2012 года сети LTE в коммерческую эксплуатацию запустили 96 операторов в 46 странах мира.
На сегодняшний день в мире объявлено о запуске в коммерческую эксплуатацию 494 сетей LTE в 162 странах, а прогноз GSA на конец 2016 года - более 550 сетей LTE в коммерческой эксплуатации.
На конец марта число подключений к сетям LTE в мире по примерной оценке превысило 1,123 млрд.

1.2 Обзор основных технических параметров технологии LTE

Использование сети четвёртого поколения LTE дает возможность достигнуть скорости передачи данных до 100 Мбитс. Это обеспечивает работу качественно новых сервисов, которые в предыдущих поколениях оборудования были недоступных в сетях. Для бизнеса это, прежде всего, качественные видеоконференции на больших офисных экранах, участники которых могут находиться в разных городах или передвигаться в автомобиле. Для частных пользователей становится доступным участие в многопользовательских онлайн играх, загружать фото, аудио и видеоконтента в большом объеме за считанные секунды, просмотр фильмов по запросу в HD разрешении и многое другое.
В рамках государственных проектов технология LTE позволяет широко внедрять электронное образование в высших и средних учебных заведениях, проекты в здравоохранение, транспорт и логистику.
3GPP LTE-SAE - долгосрочная перспектива эволюции системной архитектуры (Long Term Evolution - System Architecture Evolution) - так называется новая технология для беспроводной передачи данных. Проект 3GPP создавался как стандарт для усовершенствования и модернизации технологий CDMA, UMTS для удовлетворения всё больших потребностей в скорости и объёмах передачи данных.
Протокол 3GPP LTE, или, еще конкретнее, его релиз 9 и еще более ранние версии, не является абсолютным стандартом беспроводной связи 4G. Но стандарт LTE Advanced, которым принято считать релиз 10 и следующие релизы стандарта LTE, считается стандартом беспроводных сетей, утвержденным Международным Союзом Электросвязи. Это связано с тем, что LTE Advanced отвечает всем требованиям беспроводной связи четвертого поколения и включен в IMT-Advanced. Но на данный момент, большинство используемых сетей LTE соответствуют релизу 8 или 9.
В перспективе модернизация LTE Advanced может повысить эффективность, снизить издержки, расширить и усовершенствовать спектр уже оказываемых услуг, и существовать совместно (интегрироваться) с действующими протоколами. Теоретически скорость передачи согласно стандарту 3GPP LTE достигает 326,4 Мбитс (демонстрационно 1 Гбитс на оборудовании, используемом в коммерческих целях) при приёме данных (download), и 172,8 Мбитс при передаче (upload). Но в международном стандарте фигурируют данные - 173 Мбитс на приём и 58 Мбитс - на передачу.
Преимуществами новой технологии являются:
- возможность обмениваться не только большими видео и звуковыми файлами, но и потоковым видео;
-высокая пропускная способность канала связи 4G - 1 Гбитс при статичном состоянии абонента;
- возможность открытого интернет доступа. Абонент сети мобильной связи может быть не привязан к конкретному устройству и может выходить в интернет с любого, доступного для него устройства -- ноутбука, мобильного телефона, смартфона, характеристики которого имеют более подходящие параметры для обмена информацией (объем памяти, размер экрана, и т.д.)

1.3 Принципы сетевой архитектуры стандарта LTE

Главные принципы построения сетевой LTE-SAE архитектуры - это узел шлюза (например, GW, Gateway Node), опорная точка, которая является общей как для этой, так и для остальных технологий доступа. Для пользователя выпол-нена оптимизация архитектуры на функциональном уровне в плоскости. Объединяет все интерфейсы реализация протоколозование технологий доступа, которые не относятся к 3GPP, реализуется на базе IP в сети и непосредственно у абонента. Используется снижение количества узлов с четырех до двух в базовых станциях и шлюзах. Применяется принцип разделения функций интерфейса в сети RAN-CN радиодоступа, также, как у технологий WCDMAHSPA.
Плоскость пользователя и плоскость управления между шлюзом и систе-мой управления мобильностью (ММЕ) тоже разделяются.
Конфигурации сервисного шлюза и шлюза, выполняющего функции устройства сети пакетных данных (PDN), настраиваются на выполнение обеих задач или одной из них. Опорной точкой, общей для всех остальных технологий доступа служит PDN-шлюз. Это условие обеспечивает стабильная точка присутствия для всех пользователей на основе IP, независящая от мобильности. Архитектура сети представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Архитектура сети LTE

Ниже представлена таблица частотных диапазонов операторов Казахстана , которые предоставляют разновидности услуг (см. таблицу 1.1).

Таблица 1.1 - Частотных диапазонов операторов РК.
Бренд
2G
3G
4G
Altel
900 МГц
850 МГц- 900 МГц
(Базовые Станции Tele2)
1800 МГц
Beeline
900 МГц
2100 МГц
Алматы и Шымкент - 800 МГц и 1800 МГц;
Уральск и Аксай - 1800 МГц; в остальных городах сеть работает на частоте 800 МГц; в пилотных зонах г.Алматы на частоте 2100 МГц
Kceel
900 МГц
2100 МГц
Алматы и Шымкент - 800 МГц b 1800 МГц;
В остальных городах на частоте 800 МГц;
В пилотных зонах 2100 МГц;
Tele2
900 МГц
900 МГц-850 МГц(Базовые станции Altel)
1800 МГц (базовые станции Алтел)

По мнению большинства казахстанцев, самый первый сотовый оператор в Казахстане, что не является правдой. В свое время эта контора принадлежала Казахтелекому и турецким компаниям. По некоторым данным турецкая компания Turkcell продали свою долю шведам на компанию TeliaSonera. Это было не продажей, а скорее передача активов, т.к. шведы и турки объединились в контору под названием FINTUR HOLDINGS B.V., где у турецкой компании 26%, а у шведской 74%. А вот Казахтелеком в 2012 году продал свою долю. И продал он их всё той же TeliaSonera.
На данный момент Казахтелеком и Mobile Telecom Service подписали договор о приобретении 49% доли шведского мобильного оператора в совместном предприятии Khan Tengri Holding B.V. Помимо этих Казахстанских сотовых операторов есть дочерняя компания Beeline. А российский Билайн входит в большую тройку операторов России. То есть, если посмотреть на все вышеуказанные данные мобильные операторы которые обслуживает нашу страну являются иностранными инвесторами.

2.5 Разработка сайта для расчета основных характеристик технологии LTE

Одним из лучших решением проблем при радиопланировании и оптимизации различных мобильных сетей является специализированные программы. Преимущества таких специализированных программ в том, что они лучше учитывают факторы, влияющие на распространение радиоволн, зоны Френеля, и разработаны с учетом и требований рекомендации Международного союза электросвязи. Кроме такого, такие специализированные программы могут работать одновременного с десятками тысяч базовых станций и имеют такую функцию как автоматическое планирование и оптимизация сети, что упрощает работу специалистов и операторов мобильной связи.
В данной главе дипломного проекта будет описание разработанного сайта. Целью создания сайта является изучение технологии LTE, которая на сегодняшний день является одной из востребованных систем в Республике Казахстан. На рисунке 2.12 продемонстрирован внешний вид разработанного сайта.

Рисунок 2.12- Внешний вид сайта

На рисунке 2.13 представлен внешний вид сайта. Сайт состоит из следующих разделов:
- краткий теоретический курс;
- исходные данные;
- тестовые задания для проверки знаний студентов по рассматриваемой технологии;
- результаты исследования;
- анализ полученных результатов.

Рисунок 2.13 - Внешний вид раздела по изучению технологии LTE
В разделе краткий теоретический курс рассматривается принцип построения и работы технологии LTE. Для выполнения работы студенту необходимо изучить раздел краткий теоретический курс, который находится на сайте. После изучения теоретического курса, студенту необходимо сдать тест и тест студент сдает один раз. Во избежание низкой оценки студенту необходимо хорошо подготовится к тестовому заданию, и сдать тест на оценку как минимум 18 баллов. Тесты разработаны строго в соответствии с материалом, который содержится в разделе краткий теоретический курс. Тестовые задания жестко регламентированы по времени. На рисунке 2.14 продемонстрирован раздел сайта с тестовыми вопросами.

Рисунок 2.14 - Задания для проверки знания студентов

Разработанный сайт для изучения технологии LTE соответствует всем требованиям, которые предъявляются к современным техническим вузам.
Данный сайт можно использовать только в учебных целях, потому что все расчеты не учитывают реальный рельеф местности, реальные пути распространения сигналов и конечно же всех видов затухания и помех, которые оказывают влияние и на дальность распространения сигналов. Однако данный сайт может дать студентам общее представление о частотно-территориальном планировании сети, примерные расчеты определения зоны покрытия без учета рельефа местности и атмосферных потерь.
Для реализации данного сайта необходимо следующие требования:
- персональный компьютер с поддержкой ОС версии Windows 7-10;
- доступ к Интернету
- приложение Сотовые Вышки, Локатор;
- смартфон, для скачивание приложения Сотовые Вышки, Локатор.
Начнем с того что каждый студент должен иметь свой почтовый ящик. Это понадобится им для регистрации на данном сайте и получить доступ от администратора для выполнения лабораторных работ. Для этого нам необходимо:
- открыть любой браузер. Например:Google Chrome, Mozilla Firefox, Opera и т.д;
- вводить адрес нашего сайта www.radio.fractal.kz
- зарегистрироваться на сайте, как показано на рисунке 2.15. Для этого выберите вкладку signup.

Рисунок 2.15 - Главная страница сайта

После получения доступа со стороны администратора, можете выбрать дисциплину. На сайте предложены две дисциплины, которых вы будете изучать в течении учебного года(см. рисунок 2.16).
1. Системы телерадиовещания;
2. Системы мобильной связи.

Рисунок 2.16 - Выбор системы
Заходя на вкладку Системы мобильной связи выберите подходящую тему для проведения лабораторных исследований(см.рисунок 2.17)

Рисунок 2.17 - Темы для изучения работ.
После выбора темы у вас появится ряд выполняющих работ, по которым студент должен пройтись. Это:
1. Краткий теоретический курс.
2. Исходные данные.
3. Результаты исследования.
4. Анализ полученных результатов.
5. Тест (см. рисунок 2.18).

Рисунок 2.18 - Разделы
После прохождения первого этапа, должны пройти тест. Данный тест считается допуском лабораторной работы, расчетов. Если вы готовы сдать тестовые вопросы, нажмите на Начать тест.
Для участников теста общее количество тестовых заданий составляет- 20. На тест отводится 10 минут;
Оценки выставляются по следующему правилу: если количество баллов, полученных при тестировании, не превышает 12, то это соответствует оценке 2; оценке 3 соответствует количество баллов от 12 до 14; оценке 4 - от 15 до 17; оценке 5 - свыше 18 баллов;
Время теста вы можете мониторить в онлайн режиме, он будет в обратном счете представлен на той страничке где вы сдаете тест (см. рисунок 2.19). Вероятность повторения вопросов у двоих студентов очень мала. В базе достаточно много вопросов, они даются случайным образом с помощью онлайн генератора случайных вопросов, то есть рандомно.

Рисунок 2.19 - Раздел тестовой вкладки

Во время прохождения теста запрещается:
- выходить из аудитории без разрешения преподавателя;
- переговариваться;
- пересаживаться с места на место;
- обмениваться материалами тестирования;
- использовать шпаргалки, учебники и методическую литературу, мобильные средства связи: пейджер, сотовые телефоны, планшеты, iPad, iPod, iPhone, SmartPhone, ноутбуки, плейеры, модемы ,мобильные роутеры и т.д; А так же во время сдачи тестовых вопросов у вас не будет доступа на обратную страницу и на остальных всех страниц. Ошибка приведена ниже на рисунке 2.20. Если вы выйдете со странички теста не закончив данную попытку ваши работы опять же аннулируются, обратиться нужно к администратору.
При нарушении вышеустановленных правил, преподаватель имеет полное право аннулировать баллы студента и не допускать его в дальнейших научно-исследовательских работ.

Рисунок 2.20 - Вывод ошибки программы

По пятибальней шкале, увидев свои оценки, можете приступить к лабораторной работе. Если студент получает допуск, то может приступить к расчетам характеристик LTE, выбрав виды антенн, место для установки БС начертить частотно-территориальное планирование. Нулевой вариант расчетов предоставлен студентам на сайте. Ранее мы говорили о программе Сотовые Вышки, Локатор. Вы можете найти программу для вашего смартфона и установить ее на любой гаджет с двумя сим-картами с программными обеспечениями Android 5.1 и выше. Для проверки правильности ваших расчетов, можете опираясь на данную программу посмотреть какие БС расположены на каких местах и расстояние между АС и БС.
Чем ближе к БС расположен АС, тем лучше прием сигнала, быстрее мобильный интернет. На открытой местности можно ориентироваться визуально, по мачтам антенн. В лесу или в плотной городской застройке это будет затруднительно.
Приложение Сотовые Вышки, Локатор позволяет определить расположенные рядом базовые станции сотового оператора. Программа покажет их положение на карте, сообщит расстояние до ближайшей из них и укажет направление.
Как работает приложение. Разработчики предусмотрели ряд настроек для лучшего взаимодействия с разными смартфонами. Принцип работы приложения очень прост. Открываете его, даете приложению все необходимые для работы разрешения, после чего на карте демонстрируется вышка, к которой вы в данный момент подключены. Помимо этого, вы можете увидеть уровень сигнала и понять, насколько нормально текущее положение дел и качество соединения в данный момент.
Для начала работы нужно дать разрешения для определения местоположения, телефонные звонки и доступ к памяти и переключиться на вторую сим-карту, как показано на рисунке 2.21.

Рисунок 2.21 - Запуск программы

Когда местоположение определено, программа отображает ближайшие базовые станции и рисует направление к ближайшей из них. Нагляднее показан на рисунке 2.22.
Кнопкой Настройки можно переключиться в режим работы со второй SIM. С помощью опции Карта-Спутник можно придать карте более привычный вид. Впрочем, в лесу разницы между спутниковым снимком и схемой практически нет.

Рисунок 2.22 - Определение местоположения и вышек

Таким образом вы можете посмотреть насколько далеко находитесь от БС, насколько сигнал принимается хорошо или плохо. Как видите на вышеуказанных рисунках сверху указан в каком режиме сейчас смартфон работает.
Что бы было понятнее студенту по какой схеме он работает, ниже приведен алгоритм данной работы. (см.рисунок 2.23).

Рисунок 2.23 - Алгоритм выполнения работ студента

3. Синтез модели сети LTE
Для решения поставленных задач в качестве сегмента для проектирования мобильной сети был выбран КП Аэропорт Донецк, который является одним из крупнейших аэропортов Украины. Аэропорт обслуживает как внутренние так и межгосударственные рейсы, чартерные рейсы, принимает гостей высокого уровня, государственных и политических деятелей. На территории аэропорта действует городская АТС, которая удовлетворяет потребности персонала и жителей прилегающего района в скоростном Интернете, телефонной связи. На территории аэропорта расположены базовые станции операторов мобильной связи, все они работают на стандарте GSM.
3.1 Алгоритм проектирования сети
Проектирования сети происходит по следующему порядку:
Синтез информационной сети объекта.
Расчет трафика сети.
Выбор транспортной топологии сети.
Выбор оптимальная топология сети доступа.
Выбор линий связи.
Синтез структурной схемы сети.
Синтез функциональной схемы сети .
3.2 Синтез информационной сети объекта
Можно выделить три типа потенциальных групп абонентов в соответствии с требованиями, которые они ставят перед оператором:
Рабочий - абонент, который не требует широкой полосы пропускания. Важнейшим сервисом для него остается голосовая связь. Также важны защищенность канала передачи данных и высокая стабильность соединения. Абоненты этого типа имеют наивысший приоритет в обслуживании. Работник аэропорта использует этот сервис для координации действий с другими сотрудниками. Абонентами с такими же требованиями могут быть и пассажиры VIP - терминала, для которых важна надежность обмена информацией.
Пассажир - активный абонент с большими требованиями к мобильности сервисов. Он характеризуется нестабильными требованиями к полосе пропускания. Его приоритет ниже, чем у абонентов других категорий. Типичные сервисы, которыми пользуются абоненты этого типа - IPTV, просмотр видео и онлайн-игры, для которых также характерны высокие требования к задержке.
Охранные системы - важным показателем качества для этой категории есть видеонаблюдения в режиме реального времени, что требует высокой полосы пропускания и скорости передачи данных.
3.3 Расчет трафика сети
Сеть проектируется для пассажиров и персонала КП Международный аэропорт Донецк, это примерно 3500 человек. Реально одновременно услугами спроектированной сети будет пользоваться половина от этого количества, т.е. примерно 1800 абонентов, а то и меньше. Сеть разобьем на 6 сетевых узлов, в соответствии с количеством застроек на территории аэропорта. В таблице 1 приведены технические зоны и количество абонентов.
Таблица 1. - Технические зоны и количество абонентов

Трафик рассчитывается отдельно для каждого вида услуги на каждом узле сети. Формула для расчета имеет вид:

где k - номер сетевой услуги;
i - номер узла;
γ - математическое ожидание трафика, генерируемого k-й услугой на i-м узле;
Bср - скорость передачи данных - средняя пропускная способность канала связи, которой достаточно для качественной передачи трафика k-й услуги;
Nаб - количество абонентов на i-м узле, которые пользуются k-й услугу;
Tс - средняя продолжительность сеанса связи для k-й услуги;
fвыз - среднее число вызовов в час наибольшей нагрузки для пользователей i-го узла, которые используют k-ю услугу.
Скорость передачи данных находится по формуле:

где Bmax - максимальная пропускная способность канала связи;
P - пачечность на одного абонента - отношение между максимальной и средней пропускной способностью, необходимой для обеспечения k-й услуги .
При расчетах было спрогнозировано трафик этой сети. Он составляет примерно 1,6 Гбитс.
3.4 Транспортная топология сети
Технология транспортной сети должна соответствовать следующим требованиям:
Поддерживать скорость передачи от 100 Мбитс.
Надежная защита информации.
Возможность наращивания решений.
Протяженность сети от 500 м до 5 км.
В качестве транспортной сети имеет смысл рассматривать технологии Fast Ethernet, Gigabit Ethernet. Ethernet - пакетная технология передачи данных преимущественно локальных компьютерных сетей. В зависимости от скорости передачи данных и передающей среды существует несколько вариантов технологии:
Fast Ethernet, 100 Мбитс:
100BASE-ТX (IEEE 802.3 раздел 21; 25; ИЕЕЕ 802.3u);
100BASE-T4 (IEEE 802.3 раздел 21; 23; ИЕЕЕ 802.3u);
100BASE-FX (IEEE 802.3 раздел 21; 26; ИЕЕЕ 802.3u);
1000BASE-LX (IEEE 802.3 раздел 34; 36; 37; 38 ИЕЕЕ 802.3z).
Gigabit Ethernet, 1 Гбитс:
100BASE-X (IEEE 802.3 раздел 21, 24; ИЕЕЕ 802.3u).
10-гигабитный Ethernet;
40-гигабитный и 100-гигабитный Ethernet [9].
3.5 Топология сети
Сегментом сети, для которого моделируется сеть, выбран КП Международный аэропорт Донецк - общая площадь застроек составляет 50 тысяч квадратных метров, небольшая территория для сети и, поэтому, главным критерием выбора топологии будет надежность сети и ее качественные характеристики, поэтому оптимальной топологией сети будет топология иерархическая звезда. Иерархическая звезда - разновидность звездообразной топологии, характеризующаяся тем, что по крайней мере часть ветвей, выходящих из главного центра, сами ветвятся на втором своем конце, исполняющие роль концентратора нижнего уровня.
Топологию моделируемой сети можно представить в виде структурной схемы, приведенной на рисунке 1, где показана взаимосвязь элементов сети с серверами сети LTE и другими элементами сети. Кроме того, на соединительных линиях представлены технологии транспортной сети для каждого направления.

Рисунок 1. - Структурная схема сети.
4.6 Выбор линий связи
Линии связи - это промежуточная аппаратура и физическая среда, по которой передаются информационные сигналы. В одной линии связи можно образовать несколько каналов связи, например путем частотного или временного разделения каналов. Для проектируемой сети будем использовать оптоволоконный кабель, благодаря его приемлемым характеристикам. Оптоволоконный кабель - это оптическое волокно на кремниевой или пластмассовой основе, заключенное в материал с низким коэффициентом преломления света, который закрыт внешней оболочкой.
Оптическое волокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон. На передающем конце оптоволоконного кабеля требуется преобразование электрического сигнала в световой, а на приемном конце обратное преобразование. Основное преимущество этого типа кабеля - чрезвычайно высокий уровень помехозащищенности и отсутствие излучения. Несанкционированное подключение очень сложно. Скорость передачи данных 3 Гбитc. Основные недостатки оптоволоконного кабеля - это сложность его монтажа, небольшая механическая прочность и чувствительность к ионизирующим излучениям.
4.7 Синтез структурной схемы сети
В нашем случае местность, для которой проектируется сеть невелика, но с большим количеством абонентов, ... продолжение

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