Міська мережа мобільного зв’язку CDMА міста Бориспіль

Вступ

Галузь зв'язку на сьогоднішній день є однією з бурхливо розвиваються галузей, поряд з мікроелектронікою і Hi-Tech. Отримання інформації «з перших рук» стає важливим аспектом при здійсненні різного роду діяльності людиною, особливо, коли ця інформація має першорядне значення. Одним із способів оперативного поширення інформації є використання бездротового зв'язку.

Бездротовий зв'язок бере свій початок в 1898 році, коли було передано першу бездротове телеграфне повідомлення, і тільки через сторіччя воно змогло розвинутися і стати доступним практично для кожного, навіть зараз телекомунікації всього світу переживають перехідний період свого розвитку. І виробники, і оператори телекомунікаційних систем відчувають необхідність пошуку способів рішень таких завдань, як підвищення економічних і соціальних вигод від використання існуючих телекомунікаційних мереж, подальше підвищення якості телекомунікаційних послуг, повномасштабне використання наявних мережевих ресурсів і реалізація нових можливостей зростання доходів. Останньою і революційною технологією дозволяє досягти поставлених цілей є технологія CDMA.

СDMA - система множинного доступу з кодовим поділом - стала, можливо, самої багатообіцяючої системою, що з'явилася на світовому ринку. Десятиліття тому ця технологія використовувалася у військовій зв'язку (США), а сьогодні відома всім як глобальний цифровий стандарт для комерційних систем комунікацій. За останні п'ять років технологія використання CDMA була протестована, стандартизована, ліцензована і запущена у виробництво більшістю постачальників бездротового обладнання і вже застосовується в усьому світі. На відміну від інших методів доступу абонентів до мережі, де енергія сигналу концентрується на вибраних частотах або тимчасових інтервалах, сигнали CDMA розподілені в безперервному частотно-часовому просторі. Фактично метод маніпулює і частотою, і часом, і енергією.

До кінця 1999 року в світі, за даними CDG (CDMA development group), технологію CDMA (Code Division Multiple Access) вибрали 50 млн. абонентів. У тому числі, 28 млн. в Азії, 16,5 млн. в Північній Америці і 5 млн. в Латинській Америці. У Європі, Близькому Сході та Африці налічується півмільйона абонентів. На сьогоднішній день ця кількість значно збільшилася.

Такий стрімкий розвиток технології доступу з кодовим поділом пояснюється очікуваним збільшенням щільності абонентів, стійкістю до перешкод, високим ступенем захищеності переданих даних від несанкціонованого доступу і кращими енерго-економічними показниками. Спрощене моделювання показує, що ємність базових станцій з технологією CDMA в кілька разів більше в порівнянні з існуючими стандартами стільникового телефонії, в яких використовується частотне розділення каналів (NMT, AMPS, TACS). Реальність, звичайно, значно складніше, ніж ідеалізовані моделі.

Переваги CDMA перед іншими системами наступні:

-  покращена якість звуку в порівнянні з AMPS;

-              відсутність частотного планування завдяки використанню тих же самих частот у суміжних секторах кожного стільника;

-              поліпшена захищеність переданих даних;

-              поліпшені характеристики покриття, що дозволяють використовувати меншу кількість сот;

-              більший час роботи батарей до розрядки;

-              можливість виділення необхідної смуги частот - по потребі.

-              эмність базових станцій збільшується в 8-10 разів у порівнянні з AMPS і в 4-5 разів - порівняно з GSM.

Метою даної роботи є вивчення цієї технології, її особливостей, загальних принципів побудови на основі CDMA2000 1X мережі бездротового зв'язку, особливо проектування базової станції для обслуговування великої території з низькою щільністю населення, т.е невеликого числа абонентів. Як об'єкт було вибрано м. Бориспіль, чисельність населення якого близько 60 тис. чоловік.

1.Аналіз стану безпроводового зв'язку

.1 Основні принципи системи безпроводової передачі CDMA

В технології CDMA можливе забезпечення високої якості мови при одночасному зниженні випромінюваної потужності і рівні шумів. Результатом є постійне високу якість передачі мови та даних з мінімальною середньою вихідною потужністю. У сотні разів менше значення вихідної потужності на відміну від інших, що використовуються в даний час стандартів - відмітна якість технології CDMA при розгляді двох важливих чинників: впливу на організм людини і тривалості роботи без підзарядки аккумулятора. Ємність CDMA від десяти до двадцяти разів вище, ніж у аналогових систем, і в три-шість разів перевищує ємність інших цифрових систем. Мережі, побудовані на її основі, ефективно використовують радіочастотний ресурс, завдяки можливості багаторазового використання одних тих же частот в мережі.

За характеристиками якості передачі мови параметри CDMA порівняти з якістю дротових каналів. Оскільки каналами CDMA передається не тільки голос, але і будь-яка інша інформація, особливу цінність має відсутність перешкод. Якщо рядовий користувач, за великим рахунком, байдужий до того, звучить його голос при телефонній розмові з бездоганною чистотою або з невеликими перешкодами, то помилки, допущені при передачі файлів, можуть порушити цілісність, наприклад, корпоративної бази даних. Вживаний «код» служить не тільки для ідентифікації розмови того чи іншого користувача , але і є одночасно своєрідним фільтром , що усуває спотворення і фонові перешкоди. Вбудований алгоритм кодування забезпечує високий ступінь конфіденційності, забезпечуючи захист не тільки від несанкціонованого доступу, а й прослуховування.Система CDMA забезпечує меншу затримку в передачі голосового повідомлення, ніж інші системи рухомого зв'язку. При використанні CDMA не доводиться застосовувати витончені засоби для придушення луна-сигналу. Досконалий метод корекції помилок дозволяє ефективно боротися з багатопроменевим поширенням сигналу. Ця властивість дає додаткові переваги CDMA в умовах міст з висотними забудовами. Абонент не хоче залишатися без зв'язку при пересиланні факсу, коли телефон тривалий час зайнятий. CDMA надає додатковий сервіс, що забезпечує одночасну передачу голосу і факсу по одному каналу. У технології CDMA реалізовані оригінальні алгоритми упаковки даних для більшої швидкості їх передачі.

1.2 Концепція CDMA

У зоні покриття електромагнітної хвилі в середовищі бездротового зв'язку пріоритетним завданням для будь-якої системи передачі є встановлення з'єднання по каналах між абонентами мережі зв'язку. Фактично це завдання вирішує рухомий зв'язок з множинним доступом. В даний час використовуються наступні режими бездротового зв'язку з множинним доступом: FDMA в аналогових системах, TDMA і CDMA в цифрових системах. Теоретичною основою для реалізації з'єднання з множинним доступом є принцип поділу сигналу, тобто диференціювання сигналів, що надходять від різних терміналів за рахунок належної організації сигналів на стороні передачі: на стороні прийому проводиться виділення сигналів з вступників сигнальних комбінацій пристроєм розпізнавання сигналів.

Під множинним доступом з частотним ущільненням (FDMA) розуміється спосіб організації рухомого зв'язку з множинним доступом на основі поділу несучих частот переданого сигналу ; під множинним доступом з тимчасовим ущільненням (TDMA) мається на увазі спосіб організації рухомого зв'язку з множинним доступом на основі поділу моментів часу передачі сигналів; під множинним доступом з кодовим ущільненням (CDMA) розуміється спосіб організації рухомого зв'язку з множинним доступом за рахунок використання різних кодових шаблонів переданого сигналу. На рисунку 1.1 показані часові області і частотні діапазони FDMA, TDMA і CDMA під час передачі сигналів.

Рисунок 1.1 - Часові області та частотні діапазони передачі FDMA, TDMA і CDMA

Таким чином, CDMA означає модулювання сигналів з використанням різних ортогональних псевдовипадкових адресних кодів на стороні передачі і демодулірованіе комбінованих сигналів з використанням тих же самих псевдовипадкових адресних кодів на стороні прийому для отримання вихідного сигналу.

1.3 Концепція розширення спектра

В системі передачі CDMA використовується технологія розширеного спектру. Так звана технологія розширеного спектру використовується для перетворення вихідних сигналів в сигнали передачі з набагато більш широкою смугою частот з метою підвищення перешкодозахищеності системи зв'язку.

Рисунок 1.2 - "Ромашка" частотного плану AMPS

Рисунок 1.3 - Частотний план CDMA

 (1.1)

Дискусія навколо вираження припускала тільки одну клітинку, не враховуючи інтерференції з сусідніми. Можна поставити запитання, в чому ж ми виграємо. Ємність ізольованою AMPS - осередки навіть більше. Насправді , ніщо не заважає використовувати всі частотні стволи ( по 1,25 МГц) всередині однієї соти (зіставимо рис.1.2 і рис. 1.3). Таким чином, якщо ми проведемо наближене зіставлення , то для AMPS ємність " ромашки " із семи сот дорівнює добутку числа абонентів на соту (59) на 7, тобто 413. Аналогічна ємність для CDMA дорівнює добутку числа абонентів на соту (32) на число частотних стволів (10) і на число сот (7), тобто 2240 . Ставлення ємності CDMA до AMPS становить 5,4. Однак, якщо врахувати інтерференцію з сусідніми сотами у виразі (1.1), то це відношення зменшиться до 4,4. Крім можливості одночасного використання всіх десяти частотних стволів, в CDMA застосовується секторізація сот. Це удосконалення дозволяє збільшити порівняльне відношення ємності CDMA і AMPS до 13 разів.

1.4 Структура системи бездротової передачі CDMA

У системі зв'язку CDMA під псевдо-випадковим адресним кодом розуміється періодична кодова послідовність з високими показниками самокорелляціі, але нульовий або дуже низькою взаємної кореляцією. Залежно від режиму модуляції сигналів системи CDMA можна розділити на дві категорії: системи DS-CDMA (CDMA c прямим розширенням спектру) і системи MC-CDMA (CDMA з декількома несучими).

В системі DS -CDMA використовується певний код для розширення спектру вихідного сигналу у часовій області на стороні передачі, і той же самий код використовується для декодування сигналів на стороні прийому з метою отримання необхідних сигналів. В системі MC-CDMA (CDMA з декількома несучими ) використовується певний код для розширення спектру вихідних сигналів в частотній області на стороні передачі, а декодування сигналів здійснюється тим же способом для отримання необхідних сигналів. Так як система MC-CDMA працює в частотному діапазоні, на стороні передачі повинен використовуватися метод швидкого перетворення Фур'є (FFT), а на стороні прийому має використовуватися зворотне швидке перетворення Фур'є (IFFT).

У комерційній системі стільникового рухомого зв'язку CDMA використовується комбінація технології CDMA з технологією DS, в результаті чого формується система DS-CDMA. На рисунку 1.4 показана

спрощена схема передачі системи DS-CDMA.

У CDMA застосовані такі основні принципи:

-  сигнали, що передаються в прямому або зворотному напрямку, повинні попередньо кодуватися і відповідним чином декодуватися в процесі прийому;

  режим передачі: частотне ущільнення в дуплексному режимі (FDD) ;

-        кодування мовлення здійснюється в режимі лінійного передбачення Qualcomm-кодом (Q-CELP) з регульованою швидкістю (1, 1/2, 1/4) ;

         для виправлення помилок каналу використовується комбінація згортального кодування і чергування пакетів;

         у прямому напрямку використовується модуляція QPSK, у зворотному напрямку модуляція π/4-QPSK;

-        швидкість передачі сигналу з розширеним спектром: 1,2288 Мбіт/с;

         використовувана смуга частот. У діпазоні 450 Мгц - 450-457.475 МГц (зворотний канал / приймальня BS), 460-467.475 МГц (прямий канал / передавальна BS). У діпазоні 800 Мгц - 824-849 МГц (зворотний канал / приймальня BS), 869-894 МГц (прямий канал / передавальна BS) ;

         рознесення несучих каналів: 1,25 МГц.

Рисунок 1.4 - Схема передачі і прийому системи CDMA

1.5 Основні технології, використовувані в системі безпроводової передачі CDMA

В системі бездротової передачі CDMA застосовується кілька нових технологій, що дозволяють значно підвищити захищеність, стабільність роботи і якість обслуговування системи.

Технологія кодування мови. В системі бездротової передачі CDMA застосовується технологія вокодера із змінною швидкістю (Q - CELP), що забезпечує мінімізацію швидкості передачі даних і максимальне підвищення якості обслуговування. У Q-CELP використовуються різницеві сигнали квантування векторів кодової таблиці , а швидкість виведення даних налаштовується на основі рівня активізації мовного сигналу . Як правило , для звичайного двостороннього розмови середня вихідна швидкість передачі даних може бути в два або більше разів нижче найвищої швидкості передачі даних.

Технологія активізації мовного сигналу. Імовірність знаходження мовного сигналу мобільного абонента в постійно активному стані становить 35%. В системі передачі CDMA (коли один і той же канал бездротового зв'язку спільно використовується всіма мобільними абонентами) ця концепція використовується для зниження (або навіть зменшення до нуля) потужності передачі контролера вихідний швидкості вокодера в той момент, коли між абонентами не відбувається обміну інформацією, що дозволяє приблизно в три рази підвищити пропускну здатність системи. Технология синхронизации.

В системі передачі CDMA синхронізація реалізується за рахунок повного використання ортогональности кодів з розширеним спектром. Ця технологія синхронізації дозволяє забезпечити ортогональность сигналів різних каналів, не приводячи до виникнення перешкод (фактично, помилка синхронізації може викликати незначні перешкоди). Реалізація синхронізованою системи CDMA здійснюється в три етапи: перевірка синхросигналов, встановлення і утримання синхронізації.

Технологія управління потужністю. В системі передачі CDMA попередньою умовою розділення сигналів різних терміналів рухомого зв'язку засобами CDMA є однакова потужність сигналів, які передаються по різних каналах. Для підтримки приблизно однакової потужності сигналів різних каналів використовується функція управління потужністю сигналів, які передаються базовою станцією і терміналом рухомого зв'язку. Технологія управління потужністю включає в себе технологію управління потужністю в прямому напрямку і технологію управління потужністю в зворотному напрямку. Технологія управління потужністю у зворотному напрямку ділиться, у свою чергу, на технологію управління потужністю при розімкнутому шлейфі, в якому задіяний тільки термінал рухомого зв'язку, і на технологію управління потужністю при замкнутому і зовнішньому шлейфі, в якому задіяні термінал рухомого зв'язку і базова станція . В обох цих технологіях управління потужністю (у прямому і зворотному напрямку) має дотримуватися наступне правило: швидке зниження потужності і повільне підвищення потужності.

Технологія м'якого хендовера між сотами. В системі передачі CDMA під м'яким хендовера розуміється межсотовое перемикання каналів, в основу якого покладено принцип "підключення до нової соте до відключення від попередньої соти"; м'який хендовер може виконуватися в трьох випадках: між різними секторами в зоні дії одного і того ж BTS, між різними зонами BTS в межах зони дії одного і того ж BSC і між різними зонами BSC в межах зони дії одного і того ж MSC.

Технологія рознесення каналів. Для повного усунення ослаблення сигналів, обумовленого їх багатопроменевим поширенням, в системі передачі CDMA використана технологія рознесення. В системі передачі CDMA реалізується три типи рознесення: тимчасове рознесення, частотне рознесення і просторове рознесення.

Технологія множинного доступу.

) Код Уолша

Диференціація прямих каналів: у кожному прямому субканалов з кодовим ущільненням системи CDMA використовується функція Уолша (Walsh) 64-го порядку зі швидкістю передачі 1,2288 Мбіт / с для розширення спектру, за рахунок чого забезпечується взаємна ортогональность всіх прямих субканалов з кодовим ущільненням.

) PN-код

Короткий код 215-1: диференціація базових станцій;

Довгий код 242-1: диференціація терміналів рухомого зв'язку в зворотному напрямку і скремблирование в прямому напрямку.

У CDMA використовується дві m - послідовності , довжини яких відповідно рівні 242-1 (г = 42 ) і 215-1 (г = 15 ) . У прямому каналі m - послідовність довжиною 242-1 використовується для скремблірованіе службового каналу ; m - послідовність довжиною 215-1 використовується для ортогональної модуляції прямого каналу. Різні базові станції використовують для модуляції m - послідовності з різницею фаз не менше 64 бітів. У зворотних каналах m - послідовність довжиною 242-1 використовуються для прямого розширення спектра, при цьому кожному абоненту присвоюється деяка фаза т - послідовності. Обчислювані за номером ESN абонента фази цих m - послідовностей розподіляються в довільному порядку без повтору ; зворотні канали цих абонентів є ортогональними по відношенню один до одного. Для виконання ортогональної модуляції зворотного службового каналу використовується також PN -код довжиною 215-1 , однак оскільки не потрібно визначати базові станції службових каналів , то для всіх терміналів рухомого зв'язку використовується m - послідовність однієї і тієї ж фази , при цьому зсув фази дорівнює 0.приймач. В системі передачі CDMA є три коррелятора і один коррелятор пошуку для приймача прямих каналів (терміналу рухомого зв'язку). Сигнали після демодуляції QPSK надсилаються на ці три коррелятора, які здійснюють прийом і розподіл сигналів , що надходять з трьох трактів. Корелятор пошуку видає значення затримки 1, 2 і З відповідних адресних кодів. Потім система прийому, відповідно до результатів порівняння даних затримки і ширини кодового елементу , визначає відповідний спосіб вибірки та оцінки трактів і схем зваженого аналізу, з яких передбачається прийом сигналів, і визначає максимальне відношення S / N для вихідних сигналів. У приймачі зворотного каналу ( на базовій станції ) використовується практично такий же режим обробки сигналів, як і в приймачі прямого каналу, за винятком того, що в ньому є додаткова схема прийому з просторовим рознесенням.

Технологія організації мережі та управління. Рухома зв'язок може бути реалізована лише шляхом створення великомасштабної мережі. Отже, важливу роль відіграє технологія організації мережі та управління. Сучасні технології цифрової рухомого зв'язку об'єднують в собі не тільки досягнення високих технологій бездротового і дротового зв'язку, але також і технології комп'ютерного управління і побудови мережі. Аналогічним чином, безліч високоякісних функцій системи CDMA реалізується на основі представлених в системі складних, гнучких і надійних технологій організації мережі та управління.

Функції початкового управління реалізуються в радіоінтерфейсу (тобто в ит-інтерфейсі між терміналом рухомого зв'язку і базовою станцією) через пілот-канал, канал синхронізації і пейджинг-канал в прямому напрямку і через канал доступу в зворотному напрямку. Після встановлення зв'язку управління може бути реалізовано тільки за допомогою мультиплексованих послуг сигналізації в прямому і зворотному каналі, наприклад, межсотовий хендовер, технологія управління потужністю і т.д.

Крім того, між базовою трансиверного станцією (BTS) і контролером базової станції (Abis-інтерфейс), між BSC і комутаційним центром рухомого зв'язку (MSC) і між BSC, що знаходяться під управлінням одного і того MSC, використовуються досить складні інтерфейси, технології сигналізації, організації мережі, експлуатації і техобслуговування (ОМС) та управління, найбільш складні з яких представлені в MSC. Отже, з точки зору забезпечення захисту мережі вкрай важливе значення має ефективне мережеве управління.

1.6 Архітектура системи рухомого зв'язку CDMA

Як показано на рисунку 1.5, в структуру системи CDMA входить система цифрової рухомого зв'язку CDMA і пов'язані з нею інші мережі зв'язку. Система CDMA складається з трьох незалежних підсистем: термінал рухомого зв'язку (MS), підсистема базової станції ( BSS) і підсистема мережевий комутації (NSS). На рисунку 1.5 символами A, Abis, Um, В, С, D, Е, Н, М, N, О, Р представлені інтерфейси між функціональними об'єктами. Залежно від конфігурації функціональних об'єктів у фізичних блоках , деякі інтерфейси виконують функції внутрішніх інтерфейсів, і не потрібно їх відповідність уніфікованим стандартам на інтерфейси. Ai, Di і Pi - це інтерфейси, що забезпечують з'єднання цифрової мережі рухомого зв'язку CDMA з іншими мережами зв'язку.

Рисунок 1.5 - Архітектура системи стільникового рухомого зв'язку CDMA.

Підсистема базової станції (BSS). BSS - це збірний термін, що використовується для обладнання бездротового зв'язку і устаткування управління бездротовими каналами, обслуговуючого одну або кілька сот. Як правило, до складу BSS входить один або кілька контролерів базових станцій (BSC) і базових трансиверного станцій (BTS).

Комутаційний центр рухомого зв'язку (MSC). MSC являє собою функціональний об'єкт, призначений для виконання функцій управління і комутації в терміналах рухомого зв'язку, що знаходяться в зоні його обслуговування, а також частини функцій автоматичного проключенія абонентського трафіку між мережею CDMA та іншими комутованими мережами загального користування або між абонентами та іншими MSC.

Шлюзовий комутаційний центр рухомого зв'язку (GMSC). Якщо абонент, який не є абонентом мережі CDMA, посилає виклик на термінал CDMA-абонента, то цей виклик маршрутізіруєтся спочатку в MSC мережі CDMA (тобто GMSC), який запитує відповідний HLR і направляє виклик в MSC, обслуговуючий абонента, що викликається.

Регістр місця розташування візитерів (VLR). VLR - це регістр місця розташування, використовуваний MSC для запиту інформації. Він забезпечує зберігання та оновлення даних про мобільних абонентах, що переміщаються в зону обслуговування цього VLR. Цей VLR може бути інтегрований в MSC або може бути встановлений окремо; якщо ці об'єкти об'єднані один з одним, то В-інтерфейс виконує функції внутрішнього інтерфейсу.

Опорний регістр місця розташування (HLR). HLR - це регістр місця розташування, призначений для реєстрації ідентифікаторів абонентів, включаючи абонентську інформацію (ESN, MDN, IMSI (MIN), інформацію про послуги, дані про поточне місцезнаходження, дійсне час і т.д.). HLR може розташовуватися в MSC або може бути встановлений окремо. Якщо ці об'єкти об'єднані один з одним, то С-інтерфейс виконує функції внутрішнього інтерфейсу.

Центр аутентифікації (AUC). Центр аутентифікації являє собою функціональний об'єкт, призначений для управління аутентификационной інформацією, пов'язаною з терміналами рухомого зв'язку. Він забезпечує аутентифікацію мобільних абонентів, зберігання параметрів аутентифікації мобільних абонентів і генерацію та передачу відповідних параметрів за запитом MSC / VLR. AUC може бути об'єднаний з регістром HLR або може встановлюватися окремо. Якщо ці об'єкти об'єднані один з одним, то Н-інтерфейс виконує функції внутрішнього інтерфейсу.

Центр обробки коротких повідомлень (МС або SC). МС або SC відповідає за прийом, зберігання та передачу коротких повідомлень абонентів, а також збереження пов'язаних з абонентом даних про коротких повідомленнях.

Об'єкт коротких повідомлень (SME). SME - це функціональний об'єкт, призначений для об'єднання і розбиття коротких повідомлень на фрагменти. Цей об'єкт може бути розташований в MSC, HLR або SC.

Центр експлуатації і технічного обслуговування (ОМС). ОМС забезпечує оператора зв'язку функціями експлуатації і технічного обслуговування мережі, управління зареєстрованої інформацією про мобільних абонентів і функціями планування мережі з метою підвищення ефективності роботи та якості обслуговування системи. Залежно від основних виконуваних функцій технічного обслуговування розрізняють два типи ОМС: OMC-S і OMC-R. OMC-S головним чином використовується для технічного обслуговування MSS, a OMC-R - для технічного обслуговування BSS.

1.7 Постановка завдання

У зв'язку з постійним зростанням абонентів стільникового зв'язку та все більшими вимогами, що пред'являються до їх обслуговування, все більш актуальним стає питання модернізації систем стільникового зв'язку. Стандарт GSM, який користується зараз найбільшою популярністю, в найближчому майбутньому може вичерпати свої можливості, до того ж, він не дає можливості для розширення спектру послуг, що надаються, або це зажадає значних витрат, що відіб'ється на вартості. Так як стандарт GSM нераціонально використовує надані частоти, неможливо збільшувати число абонентів без значного погіршення якості.

На зміну стандарту GSM поступово приходить стандарт CDMA , який починає користуватися все більшою популярністю. Впровадження стандарту CDMA допоможе вирішити назріваючі проблеми.

Якість передачі голосу в даному стандарті набагато вище, спектр надаваних послуг досить широкий і існує можливість його розширення , якість наданих послуг знаходиться на високому рівні. Важливу роль грає і нижча вартість надання даних послуг, що, в свою чергу, приверне велику кількість абонентів. За рахунок стрибкоподібної перебудови частоти раціонально використовуються надаються ресурси , що дозволяє збільшувати кількість абонентів без погіршення якості наданих послуг.

Стандарт CDMA є новим щаблем у розвитку систем зв'язку, стандартом третього покоління. Розвиток економіки, промисловості, рух суспільства вперед неможливо без якісних засобів зв'язку, тому дуже важливо вчасно модернізувати систему зв'язку, щоб на високому рівні задовольняти потреби населення, підприємств і т.д.

У бакалаврській роботі представлений проект впровадження стандарт CDMA в місті Бориспіль. Необхідно підібрати найбільш оптимальну структуру мережі, підібрати обладнання , оптимально поєднує в собі якість, надійність та прийнятну ціну. Розробити тарифні плани, способи надання найбільш широкого спектру послуг, можливість залучення якомога більшої кількості абонентів.

Проектується станція спочатку на 10 000 абонентів, так як населення міста не дуже велике, яка в перший рік не потребуватиме модернізації і забезпечить високу якість зв'язку та додаткових послуг (SMS, Internet, прогноз погоди, ділові новини, ігри і т.д.). Населення отримає доступ до найсучасніших засобів зв'язку. При необхідності ємність станції можна збільшити за рахунок комплектації додатковими модулями.

Також при установці даної станції з'явиться можливість створення в майбутньому мережі на території всієї області, що забезпечить надійним зв'язком навіть найвіддаленіші селища , а це не тільки дзвінки близьким, а й можливість отримати допомогу .

Важливу роль грає і повний захист інформації від несанкціонованого доступу, так як частота передачі між приймачем і передавачем постійно змінюється і підключитися до розмови на сьогоднішній день неможливо. За рахунок цього досягається повна конфіденційність розмов і переданої інформації.

Таким чином, я вважаю, що стільниковий зв'язок стандарту CDMA має великі перспективи розвитку, здатна задовольнити зростаючі запити абонентів за якістю наданої зв'язку та інших послуг. Висока якість зв'язку в цьому стандарті поєднується з прийнятною ціною, нижчою, ніж при стандарті GSM. Також станції стандарту CDMA легко модернізуються, розширюються і комплектуються додатковими модулями. Зараз ведуться розробки по впровадженню стандарту WCDMA на базі CDMA для передачі відео даних, відеодзвінків і т.д.

2. Проектування мережі стандарту CDMA

 

.1 Вибір обладнання

У даній бакалаврській роботі буде використано обладнання китайської корпорації ZTE: це мобільна стільникова система ZXC10-BSS. Швидкість частоти розширення підсистеми базової станції мобільного стільникового зв'язку CDMA ZXC10 - BSS досягає 1 × 1.2288 Мбіт/с. Одна несуча займає смугу частот 1.25 МГц, підтримує передачу високошвидкісних даних 153.6 кбіт/с. ZXC10 - BSS є центральним компонентом ( підсистема базової станції) у системі мобільного цифрового стільникового зв'язку CDMA2000, розробленої на основі стандартів IS- 2000, IOS4.0 і відповідних стандартів. Між підсистемою базової станції і рухомий станцією (MS) пропонується інтефрейс UM, а з центром комутації рухомого зв'язку (MSC ) використовується інтерфейс А. Підсистема базової станції виконує функцію обміну радіо інформацією з рухомою станцією і підтримує послуги високошвидкісних пакетних даних максимальною швидкістю 153.6 кбіт / с.

2.2 Загальна структура підсистеми базової станції ZXC10-BSS

Рисунок 2.1 - Схема структури підсистеми базової станції ZXC10-BSS

Підсистема базової станції ZXC10-BSS складається з двох частин: контролер базової станції BSC і приймач базової станції BTS. Контролер базової станції є частиною управління підсистеми базової станції. Він включає високошвидкісну підсистему маршрутизації HIRS, підсистему шукача / вокодера SVPS, підсистему пакетного управління функцією PCFS, підсистему обробки викликів CPS , підсистему адміністрації базової станції BSM і підсистему тактової синхронізації TS. BSC з'єднується з BTS за допомогою CDSU, з'єднує MSC через SVICM, з'єднує PDSN через PCF. Експлуатація і техобслуговування системи BSS здійснюються на стороні BSC. BSC відповідає за управління бездротовими мережами, управління радіо ресурсами, управління обслуговуванням BSS, обробку викликів, управління виконанням перемикання рухливих станцій , здійснення мовних кодувань і підтримку послуг високошвидкісних пакетних даних з максимальною швидкістю 153.6 кбіт/с.

Приймач базової станції BTS бездротова частина підсистеми базової станції, включаючи цифрову підсистему в смузі первинної групи BDS, підсистему радіочастоти RFS і підсистему тактової синхронізації TFS . При управлінні контролера базової станції BTS виконує бездротову передачу і відповідні функції управління. У підсистемі BDS модулі через внутрішні S_HIRS з'єднуються з BTS підключатися до місцевого центру обслуговування для експлуатації і техобслуговування. На сторонах BSC і BTS встановлено програмне забезпечення підсистеми базової станції ZXC10 - BSS, що складається з декількох плат апаратного забезпечення. У програмне забезпечення системи входять наступні кілька підсистем: підсистема операційної системи OSS (Operating System Subsystem), підсистема обробки послуг SPS (Service Processing Subsystem), підсистема експлуатації і техобслуговування OMS (Operation and Maintenance Subsystem) і підсистема бази даних. DBS (Database Subsystem). Модулі в цих підсистемах координують один одного і разом здійснюють різноманітні функції системи.

2.3 Характеристика підсистеми базової станції ZXC10-BSS

Характеристика підсистеми базової станції ZXC10-BSS:

- високошвидкісна пакетна комутація;

-        сумісність з продукцією наступного покоління: У проекті - ровании системи повністю взяли в розрахунок програму переведення на третє покоління системи мобільного зв'язку. Швидкість послуг високошвидкісних пакетних даних можуть успішно досягти 2М;

         висока інтегральність: в підсистемі базової станції ZXC10-BSS у великій кількості застосовуються передові елементи, що підвищили інтегральність системи і зменшили тип і кількість плат;

         висока надійність: підвищення надійності системи за допомогою зменшення кількості плат, використання способів надлишкової конфігурації 1 +1 або N +1;

         гнучка конфігурація: крім того, що, підтримуючи традиційні організації мереж, підсистема базової станції ZXC10 - BSS може організувати гірляндного з'єднання з 6 BTS максимумом. За потреби BTS може конфигурироваться ємністю з 1 несучої частоти / 1 сектора до 4 несучих частот / 3 секторів;

         підтримка багатьох послуг: підтримка мовного виклику ( підтримка мовного кодування 8К, 13К , 8КEVRC ) , тестового виклику (виклик Маркова, виклик Loop back, виклик TDSO), виклику даних, підтримка послуг даних схеми (Асинхронні дані, факс G3) і додаткові послуги;

2.4 Технічні характеристики системи BSS

Підсистема базової станції ZXC10-BSS має наступні основні технічні характеристики:

- використовуючи мережеву структуру пакетної комутації , пропонує 192 повнодуплексних порту, швидкість кожного порту досягає 9.72 Мбіт / с;

-        маючи функції управління радіо ресурсами та моніторингу базової станції, виконує управління експлуатацією та техобслуговуванням системи BSS і тестування базової станції ;

         підтримуючи організацію зіркоподібній , лінійної та кільцевої мереж BTS, пропонує функцію гірляндного з'єднання BTS ;

         підтримує алгоритми 8KQCELP, 13KQCELP і EVRC, використовують високу здатність ослаблення фоного шуму;

         підтримує виклик початку MS і MSC або виклик даних, що починаються з PDSN: підтримка послуг даних каналу ( Асинхронні дані, факс G3), підтримка послуг високошвидкісних пакетних даних з максимальною швидкістю 153.6 кбіт / с;

         максимальне число E1 сполук з MSC до 240 ;

         підтримує максимум 7200 шукачів / вокодеров .

         максимальна можливість обробки трафіку досягає 5040 Ерл

         максимальне підключення BTS ( базових станцій ) - 380 станцій;

         пакетні дані підтримують максимум 40000 PPP ;

         плата каналу підтримує загальне використання блоків каналів всіх секторів однаковою несучої частоти;

         підтримувати керування потужністю в прямому і зворотному напрямку ;

         підтримує макростільниками , мікростільники , пікосоти ;

         підтримує кілька видів м'яких перемикань : внутрішнє м'яке перемикання BTS , внутрішнє м'яке перемикання BSC , м'яке перемикання між BSC і BTS ;

         задовольняє потреби розширення і скорочення району

         підтримувати функцію управління посиленням випромінюваної зв'язку TPTL ;

         радіо інтерфейс відповідає вимогам EIA / TIA IS - 2000 Release 0 і TSB74 ;

         підтримує Band Class 0 (стільниковий частотний діапазон 800МГц), Band Class 1 (частотний діапазон PCS 1900 МГц) і конфігурацію частоти Band Class 5 (частотний діапазон 450М).

2.5 Центр мобільної комутації ZXC10-MSC/VLR

- це регістр місця розташування MSC , призначений для пошуку інформації , зберігання та оновлення абонентських даних терміналу MS , що переміщається в зону обслуговування цього VLR . Цей VLR може розташовуватися в MSC або може бути встановлений окремо . Якщо ці об'єкти об'єднані один з одним , то B- інтерфейс виконує функції внутрішнього інтерфейсу .являє собою функціональний об'єкт , призначений для управління і комутації в терміналі MS , що знаходиться в зоні його обслуговування, і забезпечення автоматичного проключенія абонентського трафіку між мережею CDMA та іншими комутованими мережами загального користування або іншими MSC .

Технічні характеристики:

- кількість з'єднувальних ліній одиночного модуля: 13200

-        кількість з'єднувальних ліній в багатомодульна режимі: 79200

         максимальне число ланок сигналізації : 512

         максимальне число груп ланок сигналізації : 256

         продуктивність обробки сигналізації : понад 30 000 MSU / с

         послуги:

         послуги зв'язку: телефон, екстрена зв'язок і факс ;

         послуги перенесення інформації: послуги повно швидкісний асинхронної передачі даних включаючи передачу даних на швидкостях 9,6 Кбіт/с, 4,8 Кбіт/с, 2,4 Кбіт/с, 1,2 Кбіт/с, 600 біт/с і 300 біт/с;

         додаткові послуги: переадресація викликів типу call forwarding, виклик на очікуванні, переадресація викликів типу call transfer, ідентифікація абонента, конференц- зв'язок , послуга « не турбувати» , доступ по PIN -коду абонента, перехоплення PIN- коду абонента, вибірковий прийом викликів, прийом викликів за паролем і т.д.;

         послуга коротких повідомлень і розширені послуги ;

         послуги інтелектуальної мережі: інтелектуальна послуга урахування вартості з передоплатою , VPN - послуга і послуга безкоштовного виклику ( free phone );

Архітектура системи ZXC10-MSC/VLR показана на Рисунку 2.2.

Рисунок 2.2 - Архітектура системи ZXC10-MSC/VLR

Вхідні до складу системи модулі виконують такі основні функції:(Модуль експлуатації та технічного обслуговування): цей модуль виконує функції експлуатації, технічного обслуговування та управління включаючи облік вартості , супровід даних , модифікацію версії програмного забезпечення тощо, а також забезпечує взаємодію з OMC і білінговим центром.(Центральний комутаційний модуль): цей модуль складається з модуля комутаційного поля ( SNM ) і модуля комутації повідомлень ( MSM ) і забезпечує встановлення з'єднань між модулями і внутрішнього каналу передачі повідомлень між периферійними модулями, периферійними модулями і OMM . Комутаційна ємність модуля становить 64K × 64K , і підтримується робота максимум 32 (близько двох Мбіт/с) каналів (TS) комутації повідомлень між MSM і кожним периферійним модулем.( Процесорний модуль MSC) : виконує функції MSC . Цей модуль забезпечує встановлення мовної сполучної лінії і роботу сигнального інтерфейсу з BS, PSTN і PLMN. Між MPM і VPM використовується внутрішній інтерфейс передачі .(Процесорний модуль VLR): виконує функції VLR , забезпечує збереження і управління інформацією про мобільні абонентах, що переміщаються в зону його обслуговування, забезпечує взаємодію з MPM допомогою обміну внутрішніми повідомленнями , реалізованого через MSM . VPM взаємодіє з іншими мережевими об'єктами, такими як HLR, за допомогою системи сигналізації SS7. У VPM є власна функція обробки SS7, реалізована модулем MPM .

В системі ZXC10-MSC/VLR використовується модульна архітектура . Її комутаціна підсистема складається з MPM, VPM та інших базових процес засмічених модулів, які пов'язані між собою за допомогою SNM і MSM і утворюють два мережевих рівня : рівень комутації ( на рисунку 2.2 показано точковою лінією) і рівень сигналізації ( на рисунку 2.2 показаний пунктирною лінією). Залежно від вимагається ємності системи може та спо ристовувати один або кілька MPM, які підключаються по зовнішніх лініях до відповідного числу BSC. Взаємодія між HLR, VPM, OMM і MPM здійснюється не за рахунок комутації мовних каналів, а за рахунок обміну повідомленнями і сигналами. Обмін повідомленнями реалізуєтся на основі уніфікованої платформи управління сигналізацією та взаємодії, що дозволяє легко розділяти або об'єднувати зазначені вище модулі. Для об'єднання модулів зв'язок між MPM, VPM і локальним HLR здійснюється не за допомогою SS7, а з використанням уніфікованого внутрішнього механізму комутації оповіщень, реалізованого системою підтримки експлуатації. Ємність MSC / VLR може бути збільшена шляхом простого додавання модулів.

Зовнішній інтерфейс ZXC10-MSC/VLR:

Взаємозв'язок зовнішніх інтерфейсів ZXC10-MSC/VLR.

Рисунок 2.3 - Зовнішні інтерфейси системи ZXC10-MSC/VLR

інтерфейс: інтерфейс між MSC /VLR і BSC, фізичний рівень тракту передачі PCM якого забезпечує швидкість 2,048 Мбіт/с. Сигнальний інтерфейс відповідає специфікаціям ITU-T на SS7, при цьому MTP відповідає канальному рівню, SCCP - мережному рівню і BSSAP використовується для управління сигналізацією на прикладному рівні системи BS.- інтерфейс: інтерфейс між MSC і HLR, фізичний рівень тракту передачі PCM забезпечує швидкість 2,048 Мбіт/с. Сигнальний інтерфейс відповідає специфікаціям ITU -T на SS7.інтерфейс: інтерфейс між VLR і HLR, фізичний рівень тракту передачі PCM забезпечує швидкість 2,048 Мбіт/с. Сигнальний інтерфейс відповідає специфікаціям ITU -T на SS7.- інтерфейс: інтерфейс між MSC і MSC, фізичний рівень тракту передачі PCM забезпечує швидкість 2,048 Мбіт/с. Сигнальний інтерфейс відповідає специфікаціям ITU -T на SS7.інтерфейс: інтерфейс між MSC і MC, фізичний рівень тракту передачі PCM забезпечує швидкість 2,048 Мбіт/с. Сигнальний інтерфейс відповідає специфікаціям ITU -T на SS7.інтерфейс: інтерфейс між MSC і PSTN ; в ньому використовується цифрова лінія зв'язку PCM 2 Мбіт /с, і фізичний рівень тракту передачі PCM забезпечує швидкість 2,048 Мбіт/с. Сигнальний інтерфейс відповідає специфікаціям ITU -T на SS7 в частині підсистем TUP, ISUP та сигналізації по виділеному каналу.інтерфейс: інтерфейс між MSC і ISDN; в ньому використовується цифрова лінія зв'язку PCM 2 Мбіт /с, і фізичний рівень тракту передачі PCM забезпечує швидкість 2,048 Мбіт/с. Сигнальний інтерфейс відповідає специфікаціям ITU -T на SS7 в частині ISUP .

Архітектура апаратних засобів ZXC10-MSC/VLR :

До складу ZXC10-MSC/VLR входять модулі MPM , VPM , MSM , SNM і OMM . Архітектура апаратних засобів системи показана на рисунку 2.4

Рисунок 2.4 - Апаратні засоби системи

, будучи базовим і незалежним модулем системи ZXC10-MSC/VLR, відповідає за мовні з'єднання і опрацювання сигналізації між абонентами модуля і забезпечує обмін сигнальними повідомленнями і встановлення мовних каналів між абонентами , що обслуговуються цим модулем, і абонентами, що обслуговуються іншими процесорними модулями MSC в SNM. Основною функцією MSM (Модуль комутації повідомлень) є передача повідомлень між різними модулями. Модуль комутаційного поля (SNM) є центральним модулем в багатомодульної системі і здійснює комутацію каналів між базовими модулями ( MPM , VPM) в багатомодульної системі і передачу комунікаційних TS з модулів системи в MSM після встановлення напівпостійного з'єднання.

2.6 Система обробки даних ZXC10-HLR/AUC

/ служить в якості центру обробки даних в системі рухомого зв'язку CDMA, реалізує обробку абонентських послуг і управління абонентськими даними, виконує комутацію сигнальних повідомлень, технічне обслуговування системи та обробку послуг спільно з іншими функціональними об'єктами за допомогою сигналізації № 7. На рисунку 2.5 показана структура системи ZXC10-HLR/AUC.

Рисунок 2.5 - Структура ZXC10-HLR/AUC

CPM - Компонент обробки сигналізації по загальному каналу

Модуль обробки сигналізації по загальному каналу складається з одного або декількох модулів препроцесора SS7 (CPM). Він виконує обробку сигналізації № 7 і служить в якості інтерфейсу між HLR / AUC та іншими функціональними об'єктами. Кожен CPM забезпечує роботу 32 ланок сигналізації № 7, тому необхідно гнучке конфігурування числа модулів CPM у відповідності з конкретними вимогами.- модуль обробки послуг (SPM) функціонує у багатомодульна режимі з поділом навантаження і складається з одного або декількох модулів обробки послуг HLR (HSM). Можливо гнучке конфігурування числа модулів HSM у відповідності з конкретними вимогами користувача по ємності. Кілька модулів HSM виконують завдання обробки послуг в паралельному режимі. При виході з ладу будь-якого з HSM виконання завдання рівномірно розподіляється між рештою робочими модулями HSM.

У HSM використовується високопродуктивний процесор, який реалізує головним чином сервісну обробку послуги управління мобільністю. Він звертається до DBM в масштабі реального часу і здійснює сигнальне взаємодія з іншими функціональними об'єктами через CPM.- складається з одного або декількох HDM залежно від ємності HLR. Цей модуль виконує розбиття абонентських даних на сегменти відповідно до заданих діапазоном і розподіляє ці сегменти між різними HDM.

До складу HDM входять два сервера і один дисковий масив. Він підвищує надійність системи за рахунок застосування кластерної технології і зберігає дані в синхронному режимі дзеркального відображення.- включає в себе сервер експлуатації і технічного обслуговування (сервер OMM), а також консоль обробки послуг і консоль технічного обслуговування, підключення до сервера OMM . Консоль обробки послуг і консоль технічного обслуговування формують платформу для виконання операцій "людина-машина". Системи зв'язку інформуються про роботу системи HLR / AUC через консоль технічного обслуговування , виявляють і усувають відмови і реалізують управління абонентами з консолі обробки послуг . Крім того , цей модуль дозволяє також реалізувати обробку послуг і виконання операцій експлуатації і технічного обслуговування дистанційно через маршрутизатор. OMM підключається до центру NM через X.25, DDN або E1.

Технічні характеристики :

Ємність системи : 60 000 абонентів

Еталонна навантаження: Обробка викликів: 0,5 обслуговуваних абонентів в час найбільшого навантаження

Управління мобільністю : два обслужених абонента в час найбільшого навантаження

Число SS7 - ланок: 32 для одиночного модуля , 192 у випадку кількох модулів

Імовірність втрати повідомлень: P = 10-7

Затримка вибірки інформації: 1000 мс ( ймовірність 95 %)

Затримка реєстрації: 2000 мс ( ймовірність 95 %).

2.7 Опис плат системи стільникового зв'язку

Модуль управління мережею (NCM).

NCM є основним модулем полки HIRS. Більш того, його система центрального процесора (CPU) взаємодіє з іншими системними платами як відносно незалежний блок через порт 422 , що сполучається з портом модуля мережевих інтерфейсів ( NIM ) , для реалізації моніторингу системи в цілому. Від функціонування цього модуля безпосередньо залежить робота HIRS і всієї системи. Тому прийнята схема конфігурації з активним / резервним модулями. У цій схемі стійкість функціонування забезпечується також засобами пошуку та усунення несправностей, самовідновлення та іншими заходами. Крім того, на всіх етапах процесу від вибору компонентів до розводки друкованих плат враховувалося безліч факторів , включаючи конструктивне забезпечення гарячого режиму заміни плат і виконання вимог до електромагнітної сумісності.

Модуль мережевих інтерфейсів (NIM):

В якості модуля мережевих інтерфейсів NIM виконує функції інтерфейсу для обладнання кожного порту при доступі до HIRS в BSS CDMA. Згідно з прийнятими на поточний момент вимогам до загальної конструкції, кожна полку HIRS в BSC містить 18 плат NIM, 16 з яких є робочими платами, а дві використовуються як резерв, забезпечуючи резервування за схемою N +1 . Перемикання з активною плати на резервну здійснюється по гірляндного (послідовної) схемою. Кожна плата NIM містить вісім двонаправлених портів 422 для підтримки швидкостей передачі даних до восьми Мбіт / с. Водночас , через порт 422 плати NIM виводяться в різницевому режимі необхідні для різних пристроїв тактові сигнали , наприклад , сигнали парних секунд і сигнали для мікросхем.

Модуль обробки викликів (CPM):

Модуль обробки викликів (CPM) призначений для управління викликами в BSC системи CDMA. Будучи центром обробки керуючих даних і сигнальної інформації в системі BSS , даний модуль обробляє в основному сигнальну інформацію інтерфейсу Abis в масштабі всієї BSS CDMA , управляє радіо ресурсами і здійснює їх розподіл , управляє ресурсами ліній наземного зв'язку і виконує обробку для підсистем MTP3 і SCCP системи сигналізації ОКС № 7 . Зважаючи на значимість плати для системи в цілому , для плати передбачений гарячий резерв (за схемою 1 +1).

Модуль управління інтерфейсу селектор і вокодеров ( SVICM ):є основним керуючим елементом SVBS . SVBS взаємодіє з іншими частинами BSS через SVICM. Разом з тим, SVICM є також фізичним з'єднувальним каналом між BSS і MSC.

Модуль селектор і вокодеров ( SVM ):є основою SVBS. Кожен SVM містить 15 вокодеров . В основному цей модуль призначений для взаємного перетворення ІКМ -кодів 64 кбіт/с і кодів QCELP. Він грає центральну роль при обробці мовної інформації в BSC . Модуль підтримує канал мовного зв'язку в режимі м'якого хендовера допомогою функції вибору даних зворотного каналу обслуговування , переданих в багатоканальному режимі , а також бере участь в управлінні рівнем потужності зворотного каналу по зовнішній петлі шляхом ведення статистики FER зворотного каналу і коректування порогів відносини сигнал / шум для зворотного каналу . Апаратні засоби будуються за модульним принципом з реалізацією детально досліджених та опрацьованих новітніх технологій. Це забезпечує можливість модифікації і розвитку продукції . Він дозволяє на всіх етапах створення плат , починаючи з вибору компонентів і закінчуючи компонуванням друкованої плати , враховувати різноманітні фактори, включаючи конструктивне забезпечення гарячого режиму заміни плат і виконання вимог до електромагнітної сумісності, з метою забезпечення надійності на рівні плат.

Модуль аварійної сигналізації електроживлення (PAM):розташовується в полиці CDSU на стороні BSC. Цей модуль в основному контролює робочий стан кожного модуля полки харчування на стороні BSC і сигнали індикації стану навколишнього середовища в апаратній , наприклад , сигнали температури , вологості і задимленості . Далі він пересилає результати через NCM на пульт системи експлуатації та технічного обслуговування для обробки . Крім того, PAM забезпечує роботу повнодуплексних інтерфейсів RS232 і RS485, використовуваних для підключення зовнішнього обладнання моніторингу та блоку аварійної сигналізації.

Плата +5 V PSMB перетворює напругу 48 В постійного струму в напругу 5 В постійного струму при максимальному вихідному струмі 60 А. Вона забезпечує робоче електроживлення з резервуванням за схемою 1 +1 для цифрової полки. Плата містить вбудований CPU і контролює PSMB через інтерфейс RS485.

В системі CDMA інтерфейс між BSC і BTS іменується інтерфейсом Abis. Даний інтерфейс з'єднує BSC з BTS по сполучної лінії E1 в «гірляндного режимі» (каскадно). Функції інтерфейсу Abis реалізуються одноплатним модулем CDSU.входить в підсистему PCFS . Будучи основним елементом PCFS, кожен PCFIM забезпечує зовнішній високошвидкісний інтерфейс Ethernet 100M і з'єднання з PDSN, а також канали сигналізації A11 і A9 і канали передачі даних A10 і A8. Поряд з виконанням функцій шлюзу PCFS , PCFIM реалізує також протоколи, що відносяться до функцій PCF . Кожен PCFIM розрахований на підтримку ємності, відповідної 128 радіоканалах передачі пакетних даних. Основною функцією PCFIM є інкапсуляція GRE і витяг інкапсульованих даних. Він реалізує також функції взаємної адаптації пакетів GRE і пакетів RLP, а також забезпечує сполучення з внутрішньою мережею передачі базової станції.

Плата PCF є складовим елементом підсистеми PCFS і знаходиться в полиці PCFS. Основними завданнями PCF є, вибір даних зворотного каналу обслуговування при багатоканальної передачі та розподіл даних прямого каналу обслуговування між різними сотами/секторами при м'якому хендовера. Плата спочатку з'єднується з PCFIM по внутрішній шині PCFS і далі приєднується до HIRS для виконання функцій пулу ресурсів SDU. PCF є основним елементом PCFS і кожна плата PCF підтримує функції управління для 16 каналів передачі пакетів.

 

3. Розробка структури стільникового зв'язку

3.1 Типові конфігурації системи

Мережа системи ZXC10-BSS має зіркоподібну, кільцеву, лінійну і гібридну структури. У даному дипломному проекті використовується структура мережі типу зірка, також можлива й інша конфігурація мережі. BTS 0 з'єднується за коштами кабелю зі скрученої парою, а BTS 1 і BTS 2 з'єднуються за допомогою радіорелейних ліній

Зіркоподібна структура мережі системи ZXC10-BSS показана на рисунку 3.1.

Рисунок 3.1 - Зіркоподібна структура мережі

При зіркоподібній організації мережі n ліній ІКМ E1 безпосередньо з'єднують BSC з кожним стільниковим об'єктом. Устаткування BTS на кожному стільниковому об'єкті є крайовим термінальним обладнанням. Структура мережі проста і зручна для технічного обслуговування і виконання інженерних робіт. Така структура мережі зазвичай використовується в областях з високою щільністю населення.

Кільцева структура мережі системи ZXC10-BSS показана на рисунку 3.2.

Рисунок 3.2 - Кільцева структура мережі

У кільцевій структурі використовуються дві лінії в режимі "активний / резервний". Кожен вузол кільця має два вищестоящих вузла, що покращує надійність зв'язку. У разі пошкодження одного стільникового об'єкта або відмови лінії нижчестоящих лінія вибирає як активної іншу лінію.

Лінійна структура мережі системи ZXC10-BSS показана на рисунку 3.3.

Рисунок 3.3 - Лінійна структура мережі

Лінійна структура підходить для стільникового вузла з декількома BTS. У такій структурі сигнали обробляються кількома процедурами. Тому надійність зв'язку погана. Лінійна структура використовується для областей з формою зон і малою щільністю населення , щоб істотно заощадити обладнання передачі .

При фактичної організації мережі, коли стільникові об'єкти розподілені, для проміжних з'єднань між BSC і BTS повинні використовуватися різні пристрої передачі. Звичайні режими передачі: передача в діапазоні надвисоких частот, оптична передача, передача по кабелях HDSL і передача по коаксіальним кабелям .

Змішана структура мережі системи ZXC10- BSS показанийа на рисунку 3.4.

Рисунок 3.4 - Змішана структура мережі

.2 Тип стільникового об'єкта

Мережа стільникового мобільного радіозв'язку ділиться на безліч сот відповідно ресурсами частот і плануванням сот. Стільники в стільникового системі сусідять один з одним з використанням певної структури сполук.

Кожна сота охоплюється кількома радіоканалами . Якщо використовується всенаправленная передавальна антена, стільниковий об'єкт повинен бути встановлений в центрі кожної стільники ; якщо застосовується спрямована секторная антена (сектор AT), стільниковий об'єкт повинен бути розташований в точці перетину трьох сот. В останньому випадку BTS може охоплювати три сусідні стільники і містити принаймні 3 TRX . Об'єкт BTS зі всенаправленной антеною охоплює тільки одну соту, об'єкт BTS з спрямованої антеною охоплює три стільники .

Об'єкти діляться на об'єкти типу O і об'єкти типу S. Під об'єктом типу O розуміється всенаправленная сота, тобто соту обслуговують всі TRX об'єкта. Під об'єктом типу S розуміється секторная сота. Зазвичай використовуються трисекторна об'єкти, тобто кожен об'єкт містить три сектори , і кожен сектор може підтримувати кілька TRX . Моделі об'єктів типу O і S показані на рисунке 2.10.

Рисунок 3.5 - Два типи об'єктів.

Базова конфігурація BTS системи BSS ZXC10-BSS.

В системі ZXC10-BSS базова станція, що складається з однієї шафи, може бути налаштована максимум з шістьма модулями приемопередатчиков для забезпечення 120 каналів обслуговування. Якщо в цьому випадку на об'єкті використовується одна BTS для обслуговування трьох секторів, кожен сектор може бути налаштований з двома TRX і 40 каналами.

Щоб додати абонентів в стільник, на одному об'єкті можна використовувати дві шафи для підтримки конфігурації "4 TRX / 3 сектора" і забезпечення 240 каналів обслуговування.

3.3 Конфігурація антен

Кожен об'єкт зконфігурований у вигляді всенаправленого стільника і декількох спрямованих сот. Залежно від режимів зон охоплення сигналами певного рівня антени BTS діляться на всенаправлені і спрямовані. Всенаправлена антена виконує функції всенаправленого охоплення, який дозволяє заощадити кошти при створенні стільникового об'єкта. Однак така антена має низький коефіцієнт посилення і погано захищає від перешкод. Спрямована антена володіє високим коефіцієнтом посилення і хорошими характеристиками захисту від перешкод . Для забезпечення охоплення зони обслуговування необхідно кілька антен.

На стільниковому об'єкті типу O використовуються дві всеспрямовані антени для задоволення вимог всеспрямованого об'єкта. На стільниковому об'єкті типу S застосовується антенний перемикач (розташований в комбайнера) і 6 антен , в число яких входять три приемопередающие антени і три антени разнесенного прийому. У цьому режимі базова станція стільникового об'єкта має конфігурацію «4 TRX / 3 сектора». Повинно використовуватися 6 антен.

мобільний мережа зв’язок станція

4. Мережеве планування

.1 Оцінка мовного трафіку в мережі CDMA|сіті CDMA

Кожен об'єкт зконфігурований у вигляді всенаправленого стільника і декількох спрямованих сот. Залежно від режимів зон охоплення сигналами певного рівня антени BTS діляться на всенаправлені і спрямовані. Всенаправлена антена виконує функції всенаправленого охоплення, який дозволяє заощадити кошти при створенні стільникового об'єкта. Однак така антена має низький коефіцієнт посилення і погано захищає від перешкод. Спрямована антена володіє високим коефіцієнтом посилення і хорошими характеристиками захисту від перешкод. Для забезпечення охоплення зони обслуговування необхідно кілька антен.

На стільниковому об'єкті типу O використовуються дві всеспрямовані антени для задоволення вимог всеспрямованого об'єкта. На стільниковому об'єкті типу S застосовується антенний перемикач (розташований в комбайнера) і 6 антен , в число яких входять три приемопередающие антени і три антени разнесенного прийому. У цьому режимі базова станція стільникового об'єкта має конфігурацію «4 TRX / 3 сектора». Повинно використовуватися 6 антен.

 абонентів. (4.1)

Розрахуємо число абонентів, що одночасно говорять

А = А ср . N аб (4.2)

де: А ср = 0,05 Ерл - навантаження одного абонента під час найбільшого навантаження; N аб = 18000 - кількість абонентів

А = 0,05 . 18000 = 900 Ерл

У нас вийшло навантаження 900 Ерл, вона еквівалентна 900 одночасно розмовляючих абонентів ( Nод = 900 чол.)

4.2 Оцінка трафіку даних в мережі CDMA

В результаті проведення робіт склад параметрів трафіку даних буде розширений. В той же час стільникові мережі покоління 3G, повинні взаємодіяти, з мережами зв'язку загального користування, і в цьому плані доцільно мати систему параметрів абонентського трафіку стільникових мереж, що узгоджується з вже сталою системою параметрів мереж загального користування, перш за все телефонних мереж (ТФОП). Такий підхід приводить до ідеї розробки структурних доповнень до вживаних в даний час параметрів абонентського трафіку, що отримуються на основі статистичних даних, які дозволили б погоджувати їх з аналогічними параметрами, вживаними в мережах зв'язку загального користування, з урахуванням результатів дії нових технологій і розширення сфери пропонованих послуг

Як приклад може бути розглянутий параметр, який є визначальний для розрахунку пропускної спроможності телекомунікаційних мереж, середнє навантаження в ЧНН на одного абонента мережі. Як показує вітчизняний і зарубіжний досвід, в процесі комерційної експлуатації стільникових мереж величина цього параметра змінюється, виявляючи стійку тенденцію до зниження.

На початковому етапі розвитку мереж (з урахуванням переважної передачі в мережах третього покоління мовної інформації) величина параметра складає y0•25мЕрл і, згідно із статистичними даними по абонентському трафіку мереж, що діють, у міру їх розвитку, зростання числа абонентів спостерігається її зниження з середньою інтенсивністю 1 - 1,5 мЭрл в рік до величини приблизно 14 - 15 мЕрл.

Як показав аналіз, для стільникових мереж із застосуванням технології CDMA можливе узагальнення даного параметра для абонентського трафіку, що включає передачу мовній інформації і пакетну передачу даних з об'єднанням тайм-слотов в радіоканалі. При цьому перш за все визначаються і приводяться у відповідність первинні параметри трафіку.

Можливості конкретного використання даного принципу можуть бути розглянуті на прикладі визначення величини «добавки» до середнього навантаження в ЧНН на одного абонента мережі по мовному трафіку за рахунок передачі даних. Розрахунок проведений на підставі параметрів, для наступних початкових даних:

- середнє навантаження в ЧНН па одного абонента мережі|сіті| по мовному трафіку y0 [мЕрл.]

-        середня швидкість передачі даних і радіоканалі R [кбіт/с] - 32;

         середній об'єм повідомлень при передачі даних Iср [кбіт] - 2500;

- середнє число викликів в ЧНН на одного абонента мережі для передачі мовних повідомлень Рср [вик./ч] - 0,7;

-        середнє число викликів в ЧНН на одного абонента мережі для передачі даних С*ср [вик./ч] - 5,0;

         середня тривалість сеансу зв'язку для мовного трафіку tср [с] - 90;

у0=Cсрtср/3600=0,7·90/17,5 мЕрл; (4.3)

середнє навантаження в ЧНН на одного абонента мережі|сіті| по передачі даних у*0 [мЭрл]

*0=C*срt*ср д/3600 = 5,0·78,1/3600=108 мЕрл (4.4)

де t*ср - середня тривалість передачі повідомлень*ср = Iср / R = 2500/ 32= 78,1 з; (4.5)

- сумарне значення середнього навантаження в ЧНН на одного абонента мережі|сіті| Y0 [мЕрл]

=y0+y*0 (4.6)= 17,5 + 108 = 125,5 мЕрл.

Таким чином, для прийнятих початкових  даних «добавка» до величини середнього навантаження в ЧНН на одного сопоставима з мовним.

Середнє навантаження під час найбільшого навантаження на одного абонента мережі по передачі даних вийшло рівним: y*0 = 125,5 мЕрл.

Число абонентів трафіку даних дорівнює 18000, означає середнє навантаження в мережі по передачі даних буде рівна:

*0=y*0 NGPRS (4.7)

де NUMTS - кількість абонентів CDMA.

*0 = 125,5 *18000 = 22 590 Ерл.

Отримане|одержувати| навантаження по каналу даних додамо до одночасних абонентів, що говорять, і порахуємо|полічимо| сумарне навантаження каналу даних і мовного каналу:

А* = А + Y*о (4.8)

де А - число абонентів, що одночасно говорять, по мовному каналу.

А* = 900 + 22 590 = 23 490 Ерл.

4.3 Радіус соти по методиці початкового наближення.

У розділі 4.1 у нас вийшло навантаження 900 Ерл, вона еквівалентна 900 одночасно розмовляючих абонентів (Nод = 900 чол.). Площу займана складає 37 кв км. Знайдемо щільність одночасно розмовляючих абонентів:

а = Nод / S (4.9)

де S - площа обслуговуваної території (км2).

а = 900/37=24 чол/км2

Максимально можливий радіус соти при заданому навантаженні і обслуговуваній території визначається по формулі

 км. (4.10)

де nа - щільність одночасно розмовляючих абонентів;- загальне число каналів зв'язку в соті

Хай|нехай| максимальна пропускна спроможність базової станції 14 Мбіт/с, а середня швидкість надається одному абонентові рівна 30 кбит/с, т.ч. даний підхід дозволить припустити|передбачати| нам, що кількість каналів складе 437,5

 км. (4.11)

Тепер ми можемо прикинути загальну кількість базових станцій (без урахування енергетичних параметрів):

 (4.12)

Покажемо розраховані базові станції на карті міста Бориспіль.

Рисунок 4.1- Карта міста Бориспіль з проектуємими базовими станціями.

 

4.4 Пряме з'єднання

Мережа CDMA не схожа на мережі інших технологій і функціонує як єдиний організм. На практиці три основних параметри мережі, а саме покриття, якість і ємність, в системі CDMA взаємопов'язані і впливають один на одного. Таким чином, оператори мають можливість забезпечення , оптимальним обслуговуванням заданій території , варіюючи параметри мережі. Все це , ймовірно , досить складно для неспеціалістів і вельми незвично для фахівців в області більш звичних технологій . Ну і закономірно викликало і викликає на перших порах з боку останніх насторожене ставлення.

Нижче проведено дослідження функціональної залежності параметрів мережі.

Бюджет лінії зв'язку призначений, для того, щоб зробити необхідні розрахунки відносини прийнятої бітової енергії до температурного шуму і щільності інтерференції , засновані на потужності передавача , коефіцієнтів підсилення передавальної і приймальної антен , значенні прийнятих шумів , ємності каналу , а також поширенні сигналу і интерферирующей середовища.

Розрахунок бюджету лінії зв'язку необхідний для аналізу трафік каналів прямого і зворотного з'єднань , пілот - каналу , каналу пошукового виклику і каналу синхронізації.

Для обчислення ефективного відносини сигнал / шум для пілот каналу , каналу синхронізації , каналу пошукового виклику , необхідно обчислити потужність прийнятого сигналу і прийнятої інтерференції по кожному каналу . Наведені нижче розрахунки дозволять провести аналіз каналів прямого з'єднання.

,  (4.13)

або

, дБм         (4.14)

де pt - ефективна потужність випромінювання (ЕМВ) трафік каналу (дБм);- ЕМІ всіх трафік каналів від передавальної антени базової станції (дБм);- число трафік каналів підтримуване однієї сотої;

Сf - коефіцієнт активності мови.

, дБм

Потужність припадають на одного абонента (мобільну станцію)

рu= pt - Gt - Lc, дБм (4.15)

де Рu - потужність в трафік каналі на одного абонента (дБм);- коефіцієнт посилення передавальної антени базової станції (dB);- втрати у фідері базової станції (дБ).

рu= 48.55 - 14 + 2.5 = 37.05 дБм.

Повна потужність базової станції

, (4.16)

де ps - потужність каналу синхронізації;- потужність пілот каналу;- потужність каналу оповіщення

Підсилювач потужності базової станції

Ра=Рс - Gt - Lc, дБм (4.17)

де Ра - повна потужність всіх трафік каналів, пілот каналу, пошукового каналу, і каналу синхронізації на виході підсилювача;

Рс - повна випромінювана потужність базової станції (дБм);

Ра= 58.49 - 14 + 2.5 = 46.99 дБм

Повна потужність прийнята мобільною станцією

рm = Pc + Lp + Al + Gm + Lm, дБм (4.18)

де рm - повна потужність прийнята мобільною станцією (дБм);- середні втрати на трасі між базовою станцією та мобільного (дБ);- допуск на тіньові втрати (дБ);- коефіцієнт посилення (на прийомі) антени мобільного станції (dB);- втрати в кабелі мобільної станції (дБ).

рm= 58.49 - 146 - 6.2 + 0 - 3 = -96.71 дБм

Прийнята потужність трафік каналу

рtr = pt + Lp + Al + Gm + Lm, дБм (4.19)

де рtr - прийнята мобільною станцією потужність трафік каналу від базової станції.

рtr = 48.55 - 146 - 6.2 + 0 - 3 = -106.65 дБм

Прийнята потужність пілот каналу

рpr = pp + Lp + Al + Gm + Lm, дБм (4.20)

де рpr - прийнята мобільною станцією потужність пілот каналу від базової станції.

рpr = 51.5 - 146 - 6.2 + 0 - 3 = -103.7 дБм

Прийнята потужність пускового каналу

рpgr = ppg + Lp + Al + Gm + Lm, дБм (4.21)

де рpgr - прийнята мобільною станцією потужність пускового каналу від базової станції.

рpgr=46.94 - 146 - 6.2 + 0 - 3 = -108.26 дБм

Прийнята потужність каналу синхронізації:

рsr = ps + Lp + Al + Gm + Lm, дБм (4.22)

де рsr - прийнята мобільною станцією потужність каналу синхронізації від базової станції.

рsr = 41.5 - 146 - 6.2 + 0 - 3 = -113.7 дБм.

Інтерференція від інших користувачів в трафік каналі:

= 10log[100.1pm - 100.1ptr] - 10log Bw, дБм /Гц      (4.23)

де Iut - щільність інтерференції створюваної іншими абонентами в трафік каналі (дБм /Гц);

Bw - ширина канала (Гц).

=10log[10-9.671 - 10-10.665] - 10log(1.2288 · 106) = -158.07 дБм/Гц.

Інтерференція створювана іншими базовими станціями в трафік каналі

,     (4.24)

де Ict - щільність інтерференції створюваної іншими базовими станціями в трафік каналі (дБм /Гц),

fr - коефіцієнт перевикористання частоти (fr = 0.65).

.

Щільність інтерференції для трафік каналу:

, (4.25)

де It - щільність інтерференції в каналі трафіку (dBm/Hz).

.

Інтерференція від інших абонентів (тієї ж базової станції) в пілот каналі

р = рm- 10log Bw

де Iuр - щільність інтерференції від інших абонентів в пілот каналі (dBm/Hz).

р = -96.71 - 10log(1.2288 · 106) = -112.19 - 60.89 = -157.61 дБм/Гц

Інтерференція створювана іншими базовими станціями в пілот каналі

де Icp - щільність інтерференції створюваної іншими базовими станціями в пілот каналі (дБм/Гц).

.

Щільність інтерференції для пілот каналу

, (4.28)

де Ip - щільність інтерференції для пілот каналу (dBm/Hz).

.

Інтерференція від інших абонентів (тієї ж базової станції) в пошуковому каналі

Iupg = 10log[100.1pm - 100.1ppgr] - 10log Bw, (4.29)

де Iupg щільність інтерференції від інших абонентів в пошуковому каналі (dBm/Hz).

= 10log[100.1·(-96.71)-100.1·(-108.26)]-10log (1.2288·106)=

=10log(-8.89·10-12) - 60.89= -157.92 дБм/Гц.

Інтерференція створювана іншими базовими станціями в пошуковому каналі

, (4.30)

де Icpg - щільність інтерференції створюваної іншими базовими станціями в пошуковому каналі (дБм/Гц).

.

Щільність інтерференції для пошукового каналу

, (4.31)

де Ipg - щільність інтерференції для пошукового каналу (дБм/Гц).

.

Інтерференція від інших абонентів (тієї ж базової станції) в каналі синхронізації

Ius = 10log[100.1pm - 100.1psr] - 10log Bw, (4.32)

де Ius щільність інтерференції від інших абонентів в каналі синхронізації (dBm/Hz).

= 10log[100.1·(-96,71) - 100.1·(-113.7)] - 10log (1.2288 · 106)= - 96.8 - 60.89= -157.69 дБм/Гц.

Інтерференція створювана іншими базовими станціями в каналі синхронізації

, (4.33)

де Ics - щільність інтерференції створюваної іншими базовими станціями в каналі синхронізації (дБм/Гц).

.

Щільність інтерференції для каналу синхронізації

, (4.34)

де Is - щільність інтерференції для каналу синхронізації (дБм/Гц).

.

Температурний шум

= 10log(290 · 1.38 · 10-23) + Nf + 30, (4.35)

Де N0 - щільність температурного шума (дБм/Гц);

Nf - значення шуму в приймачі мобільної станції (дБ).

= 10log(290 · 1.38 · 10-23) + 8 + 30 = -165.98 дБм/Гц.

, (4.36)

де ptr - швидкість передачі даних в трафік каналі (біт / с).

Відношення сигнал / шум + інтерференція в пілот-каналі

, (4.37)

Відношення сигнал / шум + інтерференція в пошуковому каналі

, (4.38)

де ppgr - швидкість передачі даних в пошуковому каналі (біт /с).

Відношення сигнал / шум + інтерференція в каналі синхронізації

, (4.39)

де prs - швидкість передачі даних в каналі синхронізації (біт /с).

4.5 Зворотне з'єднання

Підсилювач потужності мобільної станції

Рma= Рme - Gm - Lm, (4.40)

де Рma - потужність на виході підсилювача (дБм);

Рme - повна випромінювана потужність антени мобільного станції (дБм);- коефіцієнт посилення передавальної антени мобільного станції (дБ); Lm - втрати в кабелі мобільної станції (дБ).

Рma = 20 - (-3) - 0 =23 дБм.

Потужність прийнята базовою станцією від одного абонента

= Pme + Lp + Al + Gt + Lt, дБм . (4.41)

де Pcu - потужність прийнята базовою станцією по каналу трафіку від мобільної станції (дБм);- середні втрати на трасі між базовою станцією та мобільного (дБ);- допуск на тіньові втрати (дБ);- коефіцієнт посилення (на прийомі) антени базової станції (дБ);- втрати в кабелі базової станції (дБ).

= 20 - 146 - 6.2 + 14 -2.5 = -120.7, дБм.

Щільність інтерференції створюваної іншими абонентами в даній базової станції

= Pcu+ 10log(Nt - 1) + 10logCa - 10log Bw, (4.42)

де Iutr - Щільність інтерференції створюваної іншими мобільними станціями (дБм/Гц);- коефіцієнт активності мови в каналі (Ca=0.4 - 0.6);- число трафік каналів наявних в однієї базової станції.

= -120.7 + 10log(20 - 1) + 10log0.6 + 10log(1.2288·106) =

= -171.03 дБм/Гц.

Щільність інтерференції створюваної іншими абонентами інших базових станцій

, (4.43)

де Ictr - щільність інтерференції від мобільних станцій інших базових станцій (дБм/Гц);- коефіцієнт повторного використання частот (fr = 0.65).

Щільність інтерференції створюваної іншими абонентами інших базових станцій і даної базової станції

, (4.44)

де Itr - щільність інтерференції створюваної іншими абонентами інших базових станцій і даної базової станції (дБм/Гц).

.

Щільність температурного шуму

= 10log(290 · 1.38 · 10-23) + Nf + 30, (4.45)

де N0 - щільність температурного шуму (дБм/Гц);- значення шуму в приймачі мобільної станції (дБ).

N0 = 10log(290 · 1.38 · 10-23) + 5 + 30 = -168.98 дБм/Гц.

Відношення сигнал / шум + інтерференція в трафік каналі

, (4.46)

де brr - швидкість передачі даних в трафік каналі зворотного з'єднання (біт /с).

.

4.6 Аналіз ємності базової станції

володіє деякими атрибутами сприяють до збільшення ємності станції:

) Облік активності мови . Звичайна середня активність промови абонента становить 35 % від повного часу його розмови. Решту часу займають паузи , в перебігу яких абонент слухає співрозмовника. У CDMA всі абоненти займають один радіоканал . Тому коли хтось із них не розмовляє, то створюється менше перешкод. Таким чином, скорочення активності мови зменшує взаємні перешкоди , що дозволяє збільшити ємність каналу до трьох разів. CDMA - єдина технологія, що використовує переваги цього явища.

) Збільшення канальної ємності за рахунок використання секторних антен (секторізація) . У FDMA і TDMA кожна сота ділиться на сектори для того, щоб вплив інтерференційних перешкод. В результаті транкінговий ефективність розділених каналів в кожній соте погіршується. У CDMA секторізація застосовується для збільшення ємності шляхом організації трьох радіоканалів в трьох секторах, і, таким чином, ємність збільшується в три рази в порівнянні з теоретичної ємністю при використанні одного радіоканалу в соте. Тому є можливість підключити додаткового абонента, при цьому якість відтворення мови погіршується незначно в порівнянні із звичайним режимом. Наприклад якщо в соте 40 каналів і додається ще один, то різниця у ставленні несуча / інтерференція Eb/N0 складає всього 10log ( 40 +1 ) / 40 = 0.24 дБ.

) Великою перевагою CDMA перед іншими системами є те, що CDMA може багаторазово використовувати повний спектр всіх сот.

У разі коли кількість абонентів дорівнює N, базова станція приймає сигнал складається з необхідного нам сигналу з потужністю С і N- 1 интерферирующих сигналів також з потужністю С. Звідси ставлення несуча до інтерференції може бути виражене як

, (4.47)

де С - рівень потужності необхідного сигналу;- Рівень потужності інтерференції.

З (4.35) можна визначити:

. (4.48)

На відміну від систем FDMA і TDMA, в системі CDMA нас більше цікавить ставлення Eb/N0 ніж ставлення C / I.

Припустимо що- швидкість передачі даних (у нашому випадку 9600 bps)- ширина каналу (1.25 MHz)

Відношення між C / I і Eb/N0 може бути виражене як

 , (4.49)

Перемножаемо (4.47) і (4.48), отримуємо

 , (4.50)

Вираз (4.49) визначає максимальне число абонентів у системі CDMA залежно від мінімальної величини Eb/N0 необхідної для нормальної роботи системи, яка для передачі цифрового голосу увазі BER (Коефіцієнт бітової помилки) рівні 10-3 або менше.

, (4.51)

З урахуванням повторного використання частоти:

 , (4.52)

З урахуванням секторизації:

 , (4.53)

Формула (4.53) є кінцевою формулою для розрахунку ємності однієї соти,

де F = 0.65 - ефективність багаторазового використання частоти;= 0.35 - середня активність промови абонента;- коефіцієнт секторизації, для 120о секторизації G=2.55

.

4.7 Дослідження радіуса стільники

Радіус стільники можна отримати, знайшовши відстань на якому втрати при поширенні призводять до рівня сигналу рівному необхідному, як функції завантаження стільника.

Розрахунок бюджету радіолінії для конкретного стільника веде до знаходження величини максимальних прийнятних втрат при розподілі Lmax . Так як втрати при поширенні пропорційні довжині радіолінії , значення Lmax висловлює максимальну дистанцію радіолінії або іншими словами ефективний радіус стільники або сектора в певному напрямку.

Загальний вираз для втрат при поширенні в дБ як функції відстані наступне:

 , (4.54)

де  відстань в кілометрах

   значення втрат для 1

    закон розподілу енергії

На краях стільники,  і втрати рівні . Таким чином, повне вираження для радіуса стільники в кілометрах має вигляд:

           (4.55)

Вирішуючи загальне вираз щодо  отримуємо

або

.  

Таким чином, для знаходження відносини між радіусом стільники і кількістю трафіку в соте, необхідно знайти вирази для максимальних втрат при розподілі  і підставити в (4.43)

Емпірична формула для втрат була визначена МСЕС(ITU-R)

де і  висоти антен базової і мобільної станції в метрах

   центральна частота в МГц

(% площі покритої будівлями) корекційний фактор

Формула перетворена з моделі умов поширення Хата для малих і середніх міст.

Таким чином

Скористаємося типовими значеннями зворотного каналу, частотою =450 МГц і висотами антен базової станції =30м і мобільного терміналу =1,5м, а так само відсотком забудови рівним 10%.

Підставивши дані у (4.59) отримаємо

Таким чином, порівнюючи вирази (4.59) і (4.55) знаходимо значення для  і ,

120.56 дБ и 35.22/10=3.522 (4.61)

Тепер необхідно знайти вираз для максимальних втрат при розподілі  щодо завантаження стільники. Для цього необхідно визначити залежність рівня сигналу від завантаження стільники.

Позначимо середній рівень сигналу, необхідний при прийомі  і мінімальний необхідний при прийомі рівень сигналу у відсутності інтерференції .

Відповідно до ідеально відрегульованою за потужністю моделлю необхідну середнє значення сигналу

 (4.62)

де  відношення кількості користувачів в соте (секторі) до максимальної кількості користувачів.

З урахуванням запасу по потужності в дБм

де

припустивши, що база сигналу PG=128=21.1дБ і шуми приймача базової станції 5 дБ, випливає що .

Ідеальне максимальну кількість користувачів з урахуванням запасу по потужності:

звідси випливає, що максимально прийнятні втрати при розподілі, це втрати, при яких при максимальній потужності передавача мобільного терміналу і різних посиленням і втрати не при розподілі в зворотному каналі, призводять до того, що на базовій станції приймається необхідний рівень сигналу. Вираз, що описує даний стан наступне:

де

 (4.67)

 визначає потужність мобільного терміналу, яка була б прийнята приймачем базової станції у відсутності втрат. Таким чином:

 (4.68)

Типові значення параметрів зворотного каналу, перерахованих в (4.67) представлені в таблиці 4.1. Підставляючи значення цих параметрів в (4.68), отримуємо:

Таблица 4.1 - Параметри зворотного каналу CDMA

Параметр	Позначення	Значення
Потужність мобільного терміналу	23 дБм
Втрати в кабелі мобільного терміналу	0 дБ
Коефіцієнт підсилення антени мобільного терміналу	2,1dBi
Втрати при орієнтації антени мобільного терміналу	3 дБ
Допуск на проникнення в будівлі	10 дБ
Коефіцієнт посилення антени базової станції	14.1dBi
Втрата в кабелі базової станції	2 дБ

Вираз для максимального послаблення при поширенні як функції параметра завантаження мережі Х має вигляд:

Якщо додати в (4.70) деталізовані втрати з (4.68) з урахуванням запасу по потужності використовуваного в (4.63), тоді (4.70) можна виразити як

Тепер підставимо (4.71) як в (4.55) для того, що б отримати бажане вираз радіуса стільники як функції завантаження мережі:

Це вираз показує максимальний радіус стільники доступний мобільному передавача з потужністю розглянутої в розрахунках . Знайдемо числове вираження для радіуса стільники, грунтуючись на вираженні (4.72), використовуючи модель МСЕС (ITU-R), чисельні значення параметрів зворотного каналу наведеного в Таблиці 4.1, а так само припускаючи, що висоти антен базової станції  і мобільної станції  і 10% покриттям території будівлями. Використовуючи дані таблиці 4.1, яка приймається потужність без втрат при поширенні дорівнює: , (див. (4.69)). з (4.52), необхідна потужність прийнятого сигналу з урахуванням інтерференції і без запасу по потужності дорівнює

.

І з (4.64) значення  і  дорівнюють,

120.56 дБ      і      35.22/10=3.522.

Підставляючи все це в (4.70) ми отримуємо вираз з параметрами    :

 (4.73)

Для того, що б показати залежність радіуса стільники від М (кількості активних користувачів) при прийнятих значеннях  і запасу по потужності використовуємо (4.73) для запису

Значення  вибираються виходячи з заздалегідь обраної надійності каналу. Типові значення наведені в таблиці 4.2

Таблиця 4.2 - Запас по потужності для різної надійності

0,70	0,20 dB
0,80	0,93 dB
0,90	0,92 dB

Використовуючи вираз ідеальної ємності системи (4.65), для вираження радіуса стільники побудуємо графік (Рисунок 4.2) для різних значень і .

Рисунок 4.2 - Графік залежності радіуса стільники від завантаження стільники

З графіка видно, що необхідні значення  і , підбираються з розрахунку надійності системи для зворотного каналу сильно впливають на розмір стільники . При високих значеннях надійності і відповідно відносини сигнал шум і запасу по потужності , радіус стільники починає стрімко падати при певних значеннях ємності системи (кількості активних користувачів) . Так само з графіка можна визначити рівень зниження радіуса стільники при певному значенні активних користувачів.

Дослідження моделі бездротової мережі дозволяє спроектувати мережу виходячи з типових вхідних параметрів , таких як : частота , потужності передавачів , надійність системи , відсоток забудови і т.д. і спрогнозувати основні її показники , такі як ємність і зона покриття.

Висновок

Таким чином, ми переконалися , що рішення CDMA 2000 в діапазоні 450 МГц вимагає меншого числа базових станцій, так як кожна з них забезпечує більше покриття, ніж станції більш високого частотного діапазону (наприклад, 800 МГц). Тому рішення CDMA 450 МГц ідеально підходить для покриття мобільним зв'язком територій з невисокою щільністю населення, і тим самим є економічно ефективним пропозицією для операторів і хорошою альтернативою фіксованої мережі. Рішення CDMA 2000 в діапазоні 450 МГц може бути основою для забезпечення універсальних послуг телекомунікацій відповідно з мінімальним переліком послуг зв'язку. Концепція універсальних послуг телекомунікацій передбачає надання будь-якому користувачеві послуг зв'язку в будь-якому населеному пункті, в заданий термін, з встановленими якістю і рівнем цін.

Крім того, на основі рішення CDMA 2000 в діапазоні 450 МГц можуть бути побудовані мережі спец. зв'язку в інтересах державних органів ( зв'язок пожежної охорони, медичної допомоги тощо).

Крім цього, можливості стандарту CDMA2000 з високошвидкісної передачі даних представляють для операторів у діапазоні 450 МГц реальний інтерес і є альтернативою широкосмугового DSL доступу.

В бакалаврській роботі спроектовано мережу CDMA для міста Бориспіль. Обрано обладнання китайської корпорації ZTE, мобільна стільникова система ZXC10-BSS. Розраховано кількість базових станцій для міста Бориспіль.

Перелік посилань

.        CDMA Systems Engineering Handbook /Jhong S. Lee, Leonard E. Miller. J. S. Lee Associates, Inc. 1998 (eBook).

.        CDMA RF System Engineering / Samuel C. Yang. Artech House, inc. 1998 (eBook).

.        CDMA Mobile Radio Design /John B. Groe, Lawrence E. Larson. Artech House, inc. 2000 (eBook).

.        CDMA Cellular Mobile Communications and Network Security / Man Young Rhee. BEIJING, Publishing House of Electronics Industry, 2002.

.        Technical Introduction to CDMA / Scott Baxter. Web Publishing, 2003 (Presentation).

.        Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи.- М.: Эко-Трендз, 1998.

.        А. Ф. Гоцуляк и др., Системы передачи речи и обмена данными 3G-1X. - Электронное издание - ВКСС-эксперт, 2003.

.        Технические спецификации ZXC10-MSC/VLR (Предложение по проекту построения сети CDMA2000 1X (450 МГц)) / Корпорация ZTE - Электронное издание - ZTE, 2004.

.        Технические спецификации ZXC10-BSS (Предложение по проекту построения сети CDMA2000 1X (450 МГц)) / Корпорация ZTE - Электронное издание - ZTE, 2004.

.        ZXC10-HLR/AUC. Техническое описание / Корпорация ZTE - Электронное издание - ZTE, 2003.

.        Демина Е. В., Иодко Е. К., Майофис Л. И., Резникова Н. П. / Организация, планирование и управление предприятиями связи. - М.: Радио и связь, 1990.

.        Экономика связи / Под ред. О.С. Срапионова, - М.: Радио и связь, 1992.

.        Е. А. Голубицкая, Г. М. Жигульская / Экономика связи. - М.: Радио и связь, 2000.

.        14. Охрана труда на предприятиях связи: Учебник для вузов / Под.ред. Н.И. Баклашова.-М.:1982.

.        ГОСТ 12.1.003-83. Шум. Общие требования безопасности.-М.: Изд-во стандартов,1982.

.        СниП 2.01.02-85 Противопожарные нормы. - М.:Изд-во стандартов,1982.

.        Кошулько Л.П., Суляева Н.Г., Генбач А.А. Производственное освещение. Методические указания в выполнению раздела «Охрана труда» в дипломном проекте -Алматы: РУМК,1989.-40с.

.        Н. И. Баклашов, Н. Ж. Китаева, Б. Д. Терехов. Охрана труда на предприятиях связи и охрана окружающей среды. - М.: Радио и связь, 1989. С. В. Белов.

19.