Проектирование сети беспроводного широкополосного доступа

Глава 1 Сравнение существующих систем радиодоступа и обоснование выбора для проектируемой сети

Глава 2 Описание и технические характеристики аппаратуры WiMAX

2.1 ASN шлюзы

2.2 Базовая станция BreezeMAX 4Motion

2.3 Антенные системы

2.4 Абонентское оборудование

Глава 3 Структура сети mobile WiMAX

Глава 4 Расчет зоны обслуживания с использованием модели Окамуры-Хата

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Существующие системы проводной цифровой связи уже не могут в полной мере удовлетворять растущим потребностям высокоскоростного широкополосного доступа. Важнейшими их недостатками являются длительные сроки прокладки, сложности расширения, высокие затраты, проблема "последней мили". Основной является так называемая проблема "последней мили". Высокоскоростные цифровые соединительные линии DSL (Digital Subscriber Line) не снимают этой проблемы.

Целью курсового проекта является проектирование сети беспроводного широкополосного доступа на основе технологии mobile WiMAX.

WiMAX тАФ одна из технологий, призванных решить проблему широкополосного доступа к транспортным сетям, а вдобавок избавить пользователей от необходимости проводного подключения. WiMAX должен обеспечить высокоскоростной, защищенный беспроводной доступ с поддержкой контроля над качеством на периферии сети.

Эта технология не является воплощением принципиально новой концепции. Скорее, ее стоит рассматривать как эволюционное развитие появившихся ранее технологий широкополосного беспроводного доступа (ШБД).

Основное достоинство WiMAX тАФ наличие общепринятого стандарта, который позволяет производителям работать над одной технологией, обеспечивая взаимную совместимость оборудования.

Цель технологии WiMAX заключается в том, чтобы предоставить универсальный беспроводный доступ для широкого спектра устройств (рабочих станций, бытовой техники "умного дома", портативных устройств и мобильных телефонов) и их логического объединения - локальных сетей.

Надо отметить, что технология имеет ряд преимуществ:

ü По сравнению с проводными (xDSL, T1), беспроводными или спутниковыми системами сети WiMAX должны позволить операторам и сервис-провайдерам экономически эффективно охватить не только новых потенциальных пользователей, но и расширить спектр информационных и коммуникационных технологий для пользователей, уже имеющих фиксированный (стационарный) доступ.

ü Стандарт объединяет в себя технологии уровня оператора связи (для объединения многих подсетей и предоставления им доступа к Интернет), а также технологии "последней мили" (конечного отрезка от точки входа в сеть провайдера до компьютера пользователя), что создает универсальность и, как следствие, повышает надёжность системы.

ü Беспроводные технологии более гибки и, как следствие, более просты в развёртывании, так как по мере необходимости могут масштабироваться.

ü Простота установки как фактор уменьшения затрат на развертывание сетей в развивающихся странах, малонаселённых или удалённых районах.

ü Дальность охвата является существенным показателем системы радиосвязи. На данный момент большинство беспроводных технологий широкополосной передачи данных требуют наличия прямой видимости между объектами сети. WiMAX благодаря использованию технологии OFDM создает зоны покрытия в условиях отсутствия прямой видимости от клиентского оборудования до базовой станции, при этом расстояния исчисляются километрами.

ü Технология WiMAX изначально содержит в себе протокол IP, что позволяет легко и прозрачно интегрировать её в локальные сети.

ü Технология WiMAX подходит для фиксированных, перемещаемых и подвижных объектов сетей на единой инфраструктуре.

Глава 1
. Сравнение существующих систем радиодоступа и обоснование выбора для проектируемой сети

На сегодняшний день существует огромное количество технологий беспроводной передачи данных, такие как Bluetooth, UWB, Wi-Fi, DECT и др. Характеристики данных технологий представлены в табл. 1.1.

Эти технологии имеют различные области применения. Они предназначены для организации небольших беспроводных сетей внутри помещений и построения беспроводных мостов. Технология WiMAX, в свою очередь, предназначена для организации широкополосной связи вне помещений и для организации крупномасштабных сетей. WiMAX разрабатывался как городская вычислительная сеть (MAN).

Табл. 1. 1. Характеристики технологий беспроводных систем доступа

WPAN
IEEE 802.15.3 (Bluetooth v 1.3)	от 11 до 55 Мбит/с	до 100 м
IEEE 802.15.3a (UWB)	100 Мб/с тАУ 1,3 Гб/с	5 тАУ 10 м
WLAN
IEEE 802.11a (Wi-Fi)	до 54 Мб/с	до 100 м
IEEE 802.11b	до 11 Мб/с	до 100 м
IEEE 802.11g	до 108 Мб/с	до 100 м
IEEE 802.11n	до 300 Мб/с	до 100 м
DECT	70 Кб/с	30-70 м
WMAN
IEEE 802.16.2004 (fixed WiMAX)	30-40 Мб/с (до 75 Мб/с)	до 50 км
IEEE 802.16e (Mobile WiMAX)	до 40 Мб/с	до 50 км

Рассмотрим некоторые другие различия между этими технологиями. У WiMAX лучше качество связи, чем у WiFi. Когда несколько пользователей подключены к точке доступа Wi-Fi, они буквально ВлдерутсяВ» за доступ к каналу связи. В свою очередь, технология WiMAX обеспечивает каждому пользователю постоянный доступ. Построенный на технологии WiMAX алгоритм устанавливает ограничение на число пользователей для одной точки доступа. Когда базовая станция WiMAX приближается к максимуму своего потенциала, она автоматически перенаправляет ВлизбыточныхВ» пользователей на другую базовую станцию.

Глава 2
. Описание и технические характеристики аппаратуры
WiMAX

К концу марта 2009 года WiMAX-форум зарегистрировал 94 модели сертифицированного WiMAX оборудования 36 различных производителей. Хотя в основном этот список содержит оборудование для фиксированного доступа, доля мобильного WiMAX постоянно растет. Широко представлено как базовое, так и абонентское оборудование.

Из наиболее значимых производителей оборудования для мобильного WiMAX отметим компании Alvarion (BreezeMAX 4Motion), Alcatel-Lucent (серия 97xx), Cisco System (BWX 8305 и BWX 2305), Huawei (DBTS 3900 и WASN9970), Motorola (wi4 WiMAX), Samsung (mobile WiMAX Udicell), ZTE и др. Оборудование большинства из них сертифицировано WiMAX-форумом.

Подробнее рассмотрим построение оборудования мобильного WiMAX на примере базовой и абонентской станций системы BreezeMAX 4Motion израильской компании Alvarion.

Система 4Motion тАУ это полнофункциональное решение мобильного WiMAX операторского класса, с открытой архитектурой, позволяющее сопрягать оборудование различных производителей в одной сети.

Платформа BreezeMAX 4Motion включает четыре основные составляющие: абонентские и базовые станции, шлюзы сети доступа (ASN-шлюзы) и серверы системы управления авторизацией, аутентификацией и доступом (ААА-серверы). Последние представляют собой достаточно стандартные сетевые серверы (производители, которые не имеют своих AAA-серверов, обычно используют оборудование компаний Bridgewater и Cisco), вся их функциональность реализуется программно, поэтому я не буду рассматривать их. Остальные три элемента обеспечивают прохождение данных пользователя между оконечными устройствами (мобильными станциями, узлами IP-сетей и т.п.).

2.1 ASN шлюзы

Система BreezeMAX 4Motion может быть реализована с двумя типами ASN-шлюзов: распределенным и централизованным. В случае распределенной модели функции ASN-шлюзов реализуют устройства в составе БС (модуль устройства сетевой обработки NPU) для сетей с малой емкостью (рис.2.1.а). Централизованный ASN-шлюз предназначен для сетей большого масштаба с сотнями базовых станций и десятками тысяч абонентов внутри сети (рис.2.1.б). Шлюз ASN тАУ это логическое устройство, связывающее БС с другими сетями доступа. Шлюз ASN обеспечивает связность как на уровне каналов передачи данных, так и на уровне управления.

2.2 Базовая станция BreezeMAX 4Motion

Базовая станция обеспечивает все необходимые функции для организации соединений по радиоканалу с абонентскими устройствами станции и по каналу GB Ethernet тАУ для подключения к магистральному каналу сети провайдера. Она полностью соответствует всем требованиям стандарта IEEE 802.16e и сертификационным профилям WiMAX. Станция поддерживает режимы масштабируемой OFDMA, т.е. может работать с каналами шириной 20, 10 и 5 МГц (2048, 1024 и 512 формальных поднесущих, соответственно).

Базовая станция BreezeMAX обладает модульной архитектурой, что позволяет легко масштабировать систему и воплощать требуемую конфигурацию. Оборудование БС построено на основе шасси Compact PCI высотой 8U (рис. 2.2) предназначенного для установки инсталляции в 19- или 22-дюймовые стойки.

Компоненты базовой станции

тАвNPU тАУМодуль сетевой обработки (1+1).

Функции:

В· Работа в прозрачном режиме (включает внешний ASNGW) или режиме ASN-GW (BWG-IS)

В· Общие действия по управлению секцией

o Управление и диагностика AU

o Управление и контроль PSU и ACU

o Быстрое переключение & поддержка резервирования

В· Управление сигнализацией, включая наружную сигнализацию

В· Синхронизация

o Взаимодействие с GPS антенной.

o Синхронизация и IF настройки формирования/распределения сигнала

o Поддержка хэндовера

В· Особенности безопасности

o Списки доступов

o Оценка ограничений доступа (DoS)

В· QoS обозначение/присвоение для E2E QoS

В· Используемые частоты для проектируемых устройств2.3ГГц: 2,300 тАУ 2,360 МГц

o 2.5ГГц: 2,500 тАУ 2,690 МГц

o 3.5ГГц: 3,400 тАУ 3,800 МГц

o 3.3ГГц: 3,300 тАУ 3,400 МГц

В· Конфигурации 1Rx/1Tx, 2Rx/1Tx, 4Rx/2Tx, 4Rx/4Tx

o Выходная мощность : 34-39дБ

o Ширина канала до 20 МГц

o Разнесение антенн, технология MIMO и использование диаграммы направленности

тАвAU тАУУстройство доступа (6+1)

Выполняемые функции AU/BS:

В· 802.16e многоканальная OFDMA PHY

В· Выполняются функции R1/R6/R8

В· гибкий размер FFT(быстрого преобразования Фурье)тАУдо 2048 несущих частот

В· Гибкая ширина канала тАУ до 20 МГц

В· Поддержка до 4 каналов (Tx/Rx)

В· многообразие AAS

В· высокоэффективный CDMA детектор

В· IF подключается к RF ODU

В· Широкий выбор повторного использования моделей

В· Улучшенное шифрование каналов (CTC)

В· HARQ

В· Оценка приспособленности

В· Фрагментация/ повторная сборка

В· Экономия энергии

В· Управление хэндовером(переключением абонентского устройства с одной БС на другую)

В· Управление питанием

В· Управление сигналом (сетевой вход, основы взаимодействия двух абонентов сети, аутентификация и регистрация, управление соединением)

В· QoS PEP для воздушного интерфейсного трафика

В· Составление расписания тАУвычисление лимита выделяемого ресурса при подключении для доставки всех типов данных

В· Формирование кадров/пакетов

В· Составление маршрута передачи данных R6 (GRE) и интерфейса 802.16e Аутентификация трафика и шифрование

В· Аутентификация при помощи реле

В· Приемник кода безопасности

В· Взаимодействие клиент/сервер

В· Процесс определения IP-адреса

тАвPIU тАУМодуль интерфейса питания (1+1)

тАвAVU тАУМодуль воздушной вентиляции

тАвPSU тАУМодуль источника питания (3+1)

Рис. 2.2. 19-ти дюймовое шасси базовой станции BreezeMAX со всеми установленными модулями

Таблица 2.1 Технические характеристики базовой станции BreezeMAX 4Motion

Частотный диапазон:	2.3 ГГц	2,305 - 2,360 МГц
	2.5 ГГц	2,305 - 2,360 МГц
	3.5 ГГц	3,399 - 3,600 МГц
	5.2 ГГц	5,150 - 5,350 МГц
Выходная мощность	34-39 дБ
Модуляция	OFDMА 1024/512 FFT с адаптивной саб-модуляцией: QPSK, 16QAM, 64QAM
Ширина канала	5 МГц, 10 МГц, 20 МГц (выбирается программно)
Разрешение центральной частоты	0.125 МГц
Чувствительность, типовые значения	-80 dBm для самого высокого уровня модуляции (QAM64)@5 МГц -98 dBm для самого высокого уровня модуляции (BPSK)@5 МГц

2.3
Антенные системы

В платформе 4Motion предполагается использовать несколько конфигураций антенн. Так, для формирования независимых потоков в каждом антенном канале предлагается три варианта: разнесенные антенны с различной поляризацией Антенны должны быть разнее сены на расстояние не менее 10 длин волн (l). Как правило, для этого используются две двухэлементные антенны с взаимной поляризацией элементов 90В°, но подключаются только по одному элементу в антенне. Использование кросс поляризационных антенн с поляризацией В±45В° относительно линии горизонта объясняется тем, что при переотражении сигналов изменяется их поляризация. Второй вариант подразумевает применение Х-образной антенны с двумя элементами со взаимно-ортогональной поляризацией. Такая поляризация обеспечивает разнесение каналов не менее чем на 20 дБ. Оба этих варианта позволяют организовать передачу по двум независимым каналам.

Для реализации передачи по четырем каналам рекомендована четырехэлементная антенная система тАУ две Х-образные антенны (как в предыдущем варианте), разнесенные друг 0от друга не менее чем на 10l. Во всех этих вариантах подразумевается, что каждый антенный элемент формирует луч шириной 65В° в азимутальной плоскости и 7В° тАУ в вертикальной (по уровню 3 дБ), уровень боковых лучей до -30 дБ в азимутальной плоскости и -17 дБ тАУ в вертикальной. Для задач адаптивного формирования диаграммы направленности используют антенные массивы из четырех близко расположенных элементов с вертикальной поляризацией. Однако для смешанных режимов этот вариант не оптимален.

2.4 Абонентское оборудование

С платформой BreezeMAX 4Motion предлагается несколько вариантов оборудования конечного пользователя (CPE), которые позволяют операторам эффективно обслуживать разнообразных пользователей в деловых и жилых секторах (рис.11). Выпускается четыре варианта CPE: для наружного монтажа тАУ устройства BreezeMAX PRO CPE (с наружным и внутренним модулями), для установки внутри помещений самостоятельно инсталлируемые устройства BreezeMAX 4Motion Si, а также модемы в формате PC Card и USB Dangle.

Устройство BreezeMAX 4Motion Si тАУ это компактное, портативное устройство, инсталлируемое непосредственно конечным пользователем. Оно напрямую подключается к ПК и активируется через SIM-карту или с помощью специального приложения. Так же, как и абонентское устройство PRO, портативная абонентская станция выпускается в двух вариантах тАУ на чипсете Intel RD2 и на чипсете компании Beceem. В первом случае устройство оснащено шестью антеннами, расположенными под корпусом.

Устройство на чипсете Beceem оснащено двумя небольшими всенаправленными антеннами. Выпускается несколько вариантов устройств BreezeMAX 4Motion Si для каждого из диапазонов 2,3; 2,5 и 3,5 ГГц. Все они включают обязательный интерфейс IEEE 802.3 Ethernet 10/100-BaseT (от 1 до 4 портов RJ-45). Опционально устройства оснащаются модулем IEEE 802.11b/g для организации локальной точки доступа, а также голосовым шлюзом для передачи VoIP.

BreezeMAX 4Motio PC Card тАУ это сетевой адаптер на чипсете Beceem, позволяющий подключать к сети мобильного WiMAX переносной компьютер. Он выпускается для каждого из диапазонов 2,3; 2,5 и 3,5 ГГц и при ширине канала 10 МГц обеспечивает максимальную скорость в нисходящем канале до 20 Мбит/с, в восходящем тАУ до 7 Мбит/с. Ширина канала задается при конфигурации и может составить 5; 7; 8,75 и 10 МГц. На карте находятся две выдвигающиеся антенны, регулирование положения которых, при необходимости, позволит улучшить прием сигнала. Возможна работа на удалении до 5 км от базовой станции.

Устройство US210 тАУ это WiMAX USB-адаптер для ПК. Адаптер полностью соответствует стандарту IEEE 802.16e и поддерживает мобильное беспроводное соединение на скорости до 130 км/ч. Устройство инсталлируется и настраивается конечным пользователем, пиковая скорость в нисходящем канале тАУ до 33 Мбит/с, в восходящем тАУ до 7 Мбит/с. Работает в частотных диапазонах 2,3; 2,5 и 3,5 ГГц. Мощность передатчика тАУ 23 дБм, усиление антенны тАУ 2 дБ от изотропной мощности. Благодаря одной передающей и двум приемным антеннам US210 поддерживает MIMO-технологию. Энергопотребление тАУ 2,4 Вт при мощности в антенне 23 дБм.

Глава 3
. Структура сети
mobile WiMAX

WiMAX Forum разработал архитектуру, которая определяет множество аспектов работы WiMAX сетей: взаимодействия с другими сетями, распределение сетевых адресов, аутентификация и многое другое. Приведённая иллюстрация даёт некоторое представление об архитектуре сетей WiMAX (рис3.1).

Рис.3.1. Архитектура WiMAX сети

ü SS/MS: (Subscriber/Mobile Station) тАУ абонентская/мобильная станция;

ü ASN: (Access Service Network)- Сеть доступа;

ü BS: (Base station), базовая станция, часть ASN - Основной задачей является установление, поддержание и разъединение радио соединений. Кроме того, выполняет обработку сигнализации, а также распределение ресурсов среди абонентов.;

ü ASN-GW: (ASN Gateway), шлюз, предназначен для объединения трафика и сообщений сигнализации от базовых станций и дальнейшей их передачи в сеть CSN.

ü CSN: (Connectivity Service Network)- сеть обеспечения услуг;

ü HA: (Home Agent, часть CSN)- элемент сети, отвечающий за возможность роуминга. Кроме того, обеспечивает обмен данными между сетями различных операторов;

ü NAP:(a Network Access Provider)

ü NSP: (a Network Service Provider)

Следует заметить, что архитектура сетей WiMax не привязана к какой-либо определённой конфигурации, обладает высокой гибкостью и масштабируемостью.

Базовые точки в рамках базовой модели сети WiMAX - это каналы связи между базовыми модулями. Они представляют собой стандартные интерфейсы, причем не обязательно физические, особенно если соединяемые базовой точкой модули конструктивно находятся в одном устройстве.

R1 представляет собой канал связи между мобильной станцией и сетью доступа ASN. Это тАУ беспроводной интерфейс, соответствующий стандарту IEEE 802.16, однако допустимы и дополнительные протоколы управления.

R2 является каналом между МС и CSN. Она включает протоколы и процедуры, связанные с аутентификацией МС, авторизацией и IP-конфигурированием. Это тАУ чисто логический интерфейс, ему нельзя поставить в соответствие никакой конкретный физический интерфейс между МС и CSN.

R3 содержит набор протоколов управления между ASN и CSN для реализации процедур AAA, выполнения различных политик и управления мобильностью. Она также поддерживает функции передачи данных (в том числе туннелирования) между ASN и CSN.

R4 тАУ это канал связи между ASN-шлюзами различных ASN-сетей или между ASN-шлюзами в пределах одной ASN.

R5 является каналом связи между сетью домашнего и гостевого сервис-провайдера.

R6 служит интерфейсом между БС и ASN-шлюзом.

R7 определен как некий виртуальный канал внутри ASN-шлюза для связи двух групп функций (связанных с каналом передачи информации и не связанных с ним). Конкретизации протоколов R7, видимо, следует ожидать в будущем (или не ожидать вовсе).

R8 тАУ это канал связи непосредственно между базовыми станциями. Он должен поддерживать передачу управляющих сообщений и опционально тАУ непосредственную трансляцию данных (для быстрого и бесшовного хендовера).

Глава 4
. Расчет зоны обслуживания с использованием модели Окамуры-Хата

Исходные данные:

ü тип местности: Город средних размеров;

ü тип стандарта: IEEE802.16е тАУ Mobile WiMAX;

ü вид модуляции принимающей стороны: 64QAM;

ü коэффициент усиления антенны:

БС: 14 дБ;

МС: 18 дБ;

ü высота антенны:

БС: 40 м,

МС: 1,5 м;

ü мощность передатчика БС: 40 Вт;

ü потери в фидере антенны БС: 4,4 дБ;

ü потери в дуплексере тАУ 1 дБ;

ü потери в комбайнере тАУ 3 дБ;

ü К мшу = 25 дБ.

В соответствии с этой моделью величина затухания сигнала при распространении в городских районах определяется по формуле 4.1:

,ВаВа (4,1)

где

Ва- частота излучения, МГц;

Ва- расстояние между БС и МС, км;

Ва- высота антенны БС, м;

Ва- высота антенны МС, м;

-поправочный коэффициент, учитывающий высоту антенны МС в зависимости от размеров города, дБ.

Частоту излучения выбираем из диапазона стандарта (2495 - 2690) МГц равной 2500МГц.

Расстояние между БС и МС выбираем равным 2км.

Высота антенн БС и МС над землей по заданию равно 40 и 1,5 метров соответственно.

Поправочный коэффициент, учитывающий высоту антенны МС, рассчитаем для городов средних размеров в дБ, определяется по формуле 4.2:

,ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (4,2)

Таким образом, с учетом данных:

радиодоступ сеть станция базовый

Определяем величину затухания сигнала по формуле 4.1:

Размеры зоны покрытия базовой станции будут определяться дальностью связи между базовой и мобильной станциями. Дальность связи будет определяться путем решения первого уравнения связи по формуле 4.3:

,ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (4,3)

где РПС[дБм] тАУ уровень мощности полезного сигнала на входе приемной антенны в дБм;

РИЗЛ [дБм] тАУ уровень эффективной изотропно излучаемой мощности передатчика в дБм;

L(R, hБС, hMC) [дБ] - затухание сигнала при распространении в небольшом городе;

ВТ [дБ] - дополнительные потери сигнала при работе с портативной абонентской станцией, которые составляют величину около 3 дБ;

ВЭ [дБ] - дополнительные потери сигнала при работе с портативной абонентской станцией в здании или автомобиле (для автомобиля около 8 дБ, для здания -15 дБ ).

Уровень эффективной изотропно излучаемой мощности передатчика определяется по формуле 4.4:

, ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (4,4)

где тАУ уровень мощности передатчика в дБ/мВт;

Р'ПРД - мощность передатчика в Вт = 40 Вт;

[дБ] = ВатАУ потери в фидере антенны передатчика;

Ва[дБ/м] тАУ погонное затухание в фидере антенны передатчика;

Ва[м] тАУ длина фидера антенны передатчика;

ВД ПРД [дБ] - потери в дуплексере на передачу = 1 дБ;

ВК [дБ] - потери в комбайнере (устройстве сложения) = 3 дБ;

GПРД [дБ] - коэффициент усиления антенны передатчика = 15 дБ.

С учетом приведенных выше данных определяется по формуле 4.4:

Тогда уровень мощности полезного сигнала на входе приемной антенны находим по формуле 4.3:

Основным условием обеспечения связи будет необходимость превышения уровня мощности полезного сигнала на входе приемной антенны минимально необходимого уровня мощности (РПСмин), определяемого техническими характеристиками приемника согласно формуле 4.5:

,ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (4,5)

где Ва- чувствительность приемника в дБм

Р'ПРМ - чувствительность приемника в мкВт (в случае, если чувствительность приемника задается в дБм, то в качестве РПРМ используется именно это значение);

РПРМ = - 98, дБм;

RПРМ [Ом] - входное сопротивление приемника; тАУ потери в фидере антенны приемника;

ВД ПРМ [дБ] - потери в дуплексном фильтре на прием = 1 дБ;

КМШУ [дБ] - коэффициент усиления антенного тракта приема (МШУ) =25 дБ;

GПРМ [дБ] - коэффициент усиления антенны приемника =17 дБи.

С учетом всех данных находим минимальную мощность полезного сигнала по формуле 4.5:

Величина дополнительного запаса уровня мощности сигнала определяется статистическими параметрами сигнала на трассах подвижной связи, а именно стандартными отклонениями сигнала по месту (sd[дБ]) и по времени (st[дБ]). При этом многочисленные экспериментальные исследования показали, что значение sd зависит в основном от степени неровности местности и диапазона частот, а st - от дальности связи.

На расстояниях меньше 10 км значение стандартного отклонения зависит от дальности связи (r).Для практических вычислений эти данные с высокой степенью точности в диапазоне 300..3000 МГц аппроксимируются формулой 4,6:

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (4,6)

Подставляя данные, получаем:

Стандартное отклонение сигнала по времени σt зависит от дальности связи и для точек приема, расположенных на расстоянии менее 100 км от передатчиков, определяется формулой 4,7:

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (4,7)

Обобщенное значение стандартного отклонения сигнала по месту и по времени вычисляется по формуле 4,8:

Подставляя рассчитанные значения, получаем:

Дополнительный запас уровня сигнала рассчитывается по формуле 4,9:

РПСдоп= kтр ×s,ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (4,9)

где kтр - коэффициент логнормального распределения, обеспечивающий требуемую надежность связи.

Определяется из таблицы 4.1 для заданной вероятности Ваи kтр = 1,645.

Таблица 4.1 тАУ Значения величин Ваи

	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	0.95	0.99
	0	0.253	0.524	0.842	1.282	1.645	2.326

Подставляя данные, получаем:

РПСдоп= 1,645*6,3= 10,4;

Таким образом, для того чтобы мощность сигнала на входе приемной антенны РПС, превышала минимальную мощность сигнала на входе приемной антенны РПСмин исходя из чувствительности приемника, с заданной вероятностью, необходимо, чтобы выполнялось условие 4,10:

РПС ³ РПСмин + РПСдопВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (4,10)

Значение требуемого уровня мощности сигнала на входе приемной антенны, обеспечивающей необходимую надежность связи

Ва,

РПСтр = -141+10,4 = -130,6 дБм

-150 ³ - 130,6;

-112 ³ - 130,6.

Максимально допустимые потери при распространении сигнала на трассе:

LДОП = РИЗЛ тАУ РПСтр тАУ ВТ тАУ ВЭ.ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (4,11)

LДОП1 = 52,6+130,6-3-8 = 172,2 дБм;

LДОП2 = 52,6+130,6-3-15 = 165,2 дБм.

Максимальная дальность связи решается уравнением:

L(R) = LДОП

Необходимо решить это уравнение графическим способом для этого найдем все необходимые параметры.

ü Расчет для R=4км:

, дБ

РПСдоп= kтр ×s

РПСдоп= 1.645×7,5= 12,3;

;

РПС ³ РПСмин + РПСдоп ,

LДОП1 = 52,6+128,7 -3-8 = 170,3 дБм;

LДОП2 = 52,6+128,7 -3-15 = 163,3 дБм.

-115,2 дБм ≥ -128,7 дБм

-122,2 дБм ≥ -128,7 дБм тАУ условие выполняется.

ü Расчет для R=6 км:

, дБ;

;

РПСдоп= kтр ×s

РПСдоп= 1,645×8,3= 13,65;

Ва,

РПСтр = -141+13,65 = -127,35 дБм;

;

РПС ³ РПСмин + РПСдоп ,

LДОП1 = 52,6+127,35 -3-8 = 168,95 дБм;

LДОП2 = 52,6+127,35 -3-15 = 161,85 дБм.

-122,1 дБм ≥ -127,35 дБм тАУ условие выполняется

-129,1 дБм ≥ -127,35 дБм тАУ условие не выполняется => максимальный радиус действия для здания R=4 км.

ü Расчет для R=8 км:

, дБ;

;

РПСдоп= kтр ×s

РПСдоп= 1,645×8,9= 14,6;

РПСтр = -141+14,6= -125,4 дБм;

;

РПС ³ РПСмин + РПСдоп ,

LДОП1 = 52,6+125,4 -3-8 = 167 дБм;

LДОП2 = 52,6+125,4 -3-15 = 160 дБм.

-125,4 дБм ≥ -125,4 дБм тАУ условие выполняется, следовательно максимальная дальность связи для автомобиля R=8 км.

-132,4 дБм ≥ -125,4 дБм

Сведем получившиеся данные в табл. 4.2 .

Табл. 4.2 Изменение величины затухания от дальности связи для автомобиля

R (км)	2	4	6	8
L (R)	146,6	156,8	163,7	167,3

Рис.4. 1. Расчет максимального радиуса действия для автомобиля

Максимальный радиус действия для автомобиля .

Рис.4. 2. Расчет максимального радиуса действия для здания

Максимальный радиус действия для здания .

Заключение

В данном курсовом проекте была рассмотрена технология широкополосного беспроводного доступа mobile WiMAX. Произведен расчет параметров сети связи с подвижными объектами в городской местности на основе системы стандарта IEEE 802.16e. Мы рассчитали технические параметры базовых и абонентских станций, рассмотрели структурные схемы сети, БС и МС, определили радиус зоны обслуживания.

Список используемой литературы

1. В.И. Носов Сети радиодоступа. Часть 1.: Учебное пособие. УМО по специальности связь/ СибГУТИ. тАУ Новосибирск, 2006 г. тАУ 256 стр.

2. В.И. Носов Сети радиодоступа. Часть 2.: Учебное пособие. УМО по направлению ВлТелекоммуникацииВ»/ СибГУТИ. тАУ Новосибирск, 2007 г. тАУ 256 стр.

Вместе с этим смотрят:

IP-телефония. Особенности цифровой офисной связи

РЖсторiя звтАЩязку та його розвиток

Автоматика, телемеханика и связь

Анализ режимов автоматического управления

Аргоновый лазер