Материал: Организация беспроводного доступа в сельском районе с использованием технологии LTE

где S - средняя спектральная эффективность (бит/с/Гц);

W - ширина канала (МГц); W = 10 МГц.

Для линии DL:

RDL = 3,43 · 10 = 34,3 Мбит/с.

Для линии UL:

RUL = 1,829 · 10 = 18,29 Мбит/с.

Средняя пропускная способность базовой станции ReNB вычисляется путем умножения пропускной способности одного сектора на количество секторов базовой станции; число секторов eNB примем равное 3, тогда:

                                                                          (3.2)

Для линии DL:

ReNB.DL = 34,3 · 3 = 102,9 Мбит/с.

Для линии UL:

ReNB.UL = 18,29 · 3 = 54,87 Мбит/с.

Следующим этапом будет определение количества сот в планируемой сети LTE.

Для расчета числа сот в сети необходимо определить общее число каналов, выделяемых для развертывания проектируемой сети LTE. Общее число каналов Nк рассчитывается по формуле:

                                                                                               (3.3)

где Δf∑ - полоса частот, выделенная для работы сети и равная 71 МГц;

Δfк - полоса частот одного радиоканала; под радиоканалом в сетях LTE определяется такое понятие как ресурсный блок РБ, который имеет ширину 180 кГц, Δfк = 180 кГц.

Далее определим число каналов Nк.сек, которое необходимо использовать для обслуживания абонентов в одном секторе одной соты:

                                                                          (3.4)

где Nк - общее число каналов;

Nкл - размерность кластера, выбираемое с учетом количества секторов eNB, примем равным 3;

Mсек - количество секторов eNB, принятое 3.

Далее определим число каналов трафика в одном секторе одной соты Nкт.сек. Число каналов трафика рассчитывается по формуле:

                                                                     (3.5)

где Nкт1 - число каналов трафика в одном радиоканале, определяемое стандартом радиодоступа (для OFDMA Nкт1 = 1...3); для сети LTE выберем Nкт1 = 1.

В соответствии с моделью Эрланга, представленной в виде графика на рисунке 3.1, определим допустимую нагрузку в секторе одной соты Асек при допустимом значении вероятности блокировки равной 1% и рассчитанным выше значении Nкт.сек. Определим, что Асек = 50 Эрл.

Рисунок 3.1 - Зависимость допустимой нагрузки в секторе от числа каналов трафика и вероятности блокировки

Число абонентов, которое будет обслуживаться одной eNB, определяется по формуле:

                                                                     (3.6)

где A1 - средняя по всем видам трафика абонентская нагрузка от одного абонента; значение A1 может составлять (0,04...0,2) Эрл. Так как проектируемая сеть планируется использоваться для высокоскоростного обмена информацией, то значение A1 примем равным 0,2 Эрл. Таким образом:

Число базовых станций eNB в проектируемой сети LTE найдем по формуле:

                                                                        (3.7)

где Nаб - количество потенциальных абонентов. Количество потенциальных абонентов определим как 20% от общего числа жителей. Общее число жителей ……. района составляет 24500 человек. Таким образом, количество потенциальных абонентов составит 4900 человек, тогда:

Среднюю планируемую пропускную способность RN проектируемой сети определим путем умножения количества eNB на среднюю пропускную способность eNB. Формула примет вид:

,                                                   (3.8)

RN = (102,9 + 54,87) · 7 ≈ 1104,39 (Мбит/с).

Далее дадим проверочную оценку емкости проектируемой сети и сравним с рассчитанной. Определим усредненный трафик одного абонента в ЧНН:

                                                                              (3.9)

где Тт - средний трафик одного абонента в месяц, Тт = 30 Гбайт/мес;

q - коэффициент для сельской местности, q = 2;

NЧНН - число ЧНН в день, NЧНН = 7;

Nд - число дней в месяце, Nд = 30.

(Мбит/с)

Определим общий трафик проектируемой сети в ЧНН Rобщ./ЧНН по формуле:

где Nакт.аб - число активных абонентов в сети; определим число активных абонентов в сети как 80% от общего числа потенциальных абонентов Nаб, то есть Nакт.аб = 3920 абонентов.

Rобщ./ЧНН = 0,28 · 3920 = 1097,6 (Мбит/с).

Таким образом, RN > Rобщ./ЧНН. Это условие показывает, что проектируемая сеть не будет подвергаться перегрузкам в ЧНН.

3.2 Выбор оборудования транспортной сети

Основными отличиями технологии LTE от предшествующих технологий мобильной связи 2G и 3G являются:

·        организация связи, как голосовой, так и передачи данных по IP-протоколу;

·        высокие скорости передачи данных;

·        упрощенная архитектура сети.

Оборудование транспортной сети следует выбирать, в первую очередь руководствуясь особенностями технологии LTE, а так же, чтобы данное оборудование отвечало требованиям надежности, отличалось эффективностью, гибкостью, компактностью, обладало широким набором функций и удовлетворяло понятию «цена - качество». Главным условием при выборе оборудования транспортной сети является надежная передача данных пользователей согласно рассчитанной пропускной способности сети LTE.

Транспортная сеть проектируемой сети LTE будет реализована с помощью оптоволоконных линий передач по технологии Ethernet. В технологии Ethernet (стандарт IEEE 802.3) определены следующие скорости: Ethernet на скорости 10 Мбит/с, Fast Ethernet на скорости 100 Мбит/с, Gigabit Ethernet на скорости 1 Гбит/с и 10 Gigabit Ethernet на скорости 10 Гбит/с. Скорости в 1 и 10 Гбит/с подходят для транспортной сети. Существенным преимуществом систем Ethernet является широкая масштабируемость и максимальная приближенность к стеку протоколов IP.

В мире проектирования мобильных сетей существуют различные решения выбора оборудования как сети радиодоступа, так и транспортной сети. Компании - производители оборудования для сетей мобильной связи предоставляют операторам пакеты готовых решений, состоящих из подобранного по различным показателям стека аппаратуры. В пакеты готовых решений для реализации транспортной сети мобильного оператора могут входить рабочие станции, коммутаторы, маршрутизаторы, мультисервисные станции, а также специализированное оборудование для управления сетью.

На сегодняшний день среди всех решений различных компаний-производителей коммутационного оборудования для реализации транспортной сети LTE выделяются решения двух компаний: «Cisco Systems» и «Alcatel - Lucent». Произведем краткий анализ решений этих компаний и сведем данные в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 - Данные анализа решений для реализации транспортной сети LTE компаний «Cisco System» и «Alcatel - Lucent»

Из таблицы 3.2 видно, что решение компании «Cisco Systems» для реализации транспортной сети LTE является лучшим по многим параметрам, и, хотя цена на оборудование данного производителя больше, зато высокое качество исполнения и высокий уровень технической поддержки позволяют сделать выбор именно в пользу данной продукции.

Компания «Cisco Systems» на сегодняшний день является безусловным лидером производства коммутационного оборудования в мире. Продукцию данной компании используют в своих сетях свыше 250 операторов мобильной связи более чем в 75 странах мира. В России свое предпочтение коммутационному оборудованию компании «Cisco Systems» отдали такие операторы мобильной связи, как ОАО «ВымпелКом», ОАО «Мобильные Теле Системы» и ОАО «Мегафон». Продукция выпускаемая компанией «Cisco Systems» обладает такими качествами как надежность, производительность, многофункциональность, масштабируемость и безопасность. В данном дипломном проекте при выборе транспортного оборудования сети LTE предпочтение отдадим оборудованию компании «Cisco Systems». Оборудование транспортной сети для передачи данных по технологии LTE делится на:

.        Транспортное оборудование сети радиодоступа.

.        Транспортное оборудование интеллектуальной агрегации.

У компании «Cisco Systems» имеются готовые решения построения транспортной сети для мобильных операторов. Воспользуемся одним из них.

В качестве транспортного оборудования сети радиодоступа выберем коммутатор «Cisco ME 3600 X 24CX». Данная модель реализована с учетом огромного опыта работы компании «Cisco Systems» с операторами мобильной связи; данная модель обладает аппаратным ускорением, неблокируемой производительностью, низкими задержками и джиттером.

Чипсет коммутатора «Cisco ME 3600 X 24CX» разработан специально для сетей Carrier Ethernet. Краткая техническая характеристика коммутатора «Cisco ME 3600 X 24CX»:

·        количество оптоволоконных портов: 6;

·        организация IP-маршрутизации;

·        поддерживаемые скорости: 10/100/1000 Мбит/с;

·        размеры (ш×г×в): 444×516×43;

·        вес: 6570 грамм;

·        протокол управления: SNMP;

·        протоколы передачи данных: OSPF, IS-IS, EIGRP, RIPv2;

·        оперативная память: 1024 МБ;

·        тип оперативной памяти: DRAM;

·        потребляемая мощность: 228 Вт;

·        частота входного сигнала: 50/60 Гц;

·        входное напряжение: перем. 100-240 В, пост. 48 В;

·        пропускная способность: 65 Mpps;

·        максимальная скорость передачи данных: 44 Гбит/с;

·        fiber ethernet cabling technology: 1000 Base-LX, 100 Base-BX, 100 Base-FX, 100 Base-LX;

·        fiber optic connector: LC, LX-5;

·        дистанция передачи по оптико-волоконному кабелю: 80 км;

·        длина волны: 1310/1550 нм.

Коммутатор «Cisco ME 3600 X 24CX» не исключает возможности подключения к нему нескольких базовых станций eNB.

В качестве транспортного оборудования интеллектуальной агрегации выберем оптический сервисный маршрутизатор «Cisco 7603 OSR» (Optical Service Router). Оптический маршрутизатор «Cisco 7603 OSR» предназначен для построения территориально распределенных (WAN) и городских (MAN) сетей. Основной задачей данного маршрутизатора является обеспечение работы критичных IP приложений на скорости оптических каналов связи.

Основные возможности и технические характеристики маршрутизатора «Cisco 7603 OSR»:

·        поддержка полного спектра функций ПО Cisco IOS;

·        шасси, совместимое со стандартом NEBS;

·        высокая доступность платформы благодаря резервированию блоков питания, управляющих модулей и программных возможностей ПО Cisco IOS - Global Resilience IP;

Рисунок 3.2 - Схема организации связи транспортной сети

·    аппаратное ускорение сетевых услуг благодаря технологии Cisco PXF;

·        поддержка технологии MPLS/IP;

·        имеет 24 порта 10 Base-FL, 24 порта 10Base-FX, 48 портов 1000 Base-LX, 4 порта 10 GBase-ER;

·        максимальная производительность: 240 Гбит/с, 30 млн. пакетов/с;

·        пропускная способность шины: 32 Гб/с;

·        размеры (в×ш×д): 17,78×44,12×55,25;

·        вес: 12,25 кг;

·        питание: АС 110 - 240 В, DC 48 - 60 В;

·        среднее время наработки на отказ: 7 лет;

·        условия эксплуатации: температурный режим 0 - 40 °С, влажность 10 - 85%.

Согласно сделанному выбору транспортного оборудования на следующем этапе дипломного проектирования составим схему организации связи транспортной сети. Схема организации связи транспортной сети показана на рисунке 3.4.

3.3 Выбор оптического кабеля. Определение суммарного затухания на участке

Оптические кабели представляют собой среду передачи, близкую к идеальной. По объемам и скорости передачи информации, надежности и дальности ее доставки оптические кабели значительно опережают другие технологические решения. Поэтому, на сегодняшний день альтернативы им нет. Классификация существующих оптических кабелей по своему назначению показана на рисунке 3.3.

Основным элементом оптического кабеля является оптическое волокно (световод), выполненное в виде тонкого стеклянного волокна цилиндрической формы, по которому передаются световые сигналы с длинами волны 0,85…1,6 мкм. Световод имеет двухслойную конструкцию и состоит из сердцевины и оболочки с разными показателями преломления.

Рисунок 3.3 - Типы оптических кабелей связи

Сердцевина служит для передачи электромагнитной энергии.

Назначение оболочки - создание лучших условий отражения на границе «сердцевина - оболочка» и защита от помех из окружающего пространства. В существующих конструкциях оптических кабелей применяются световоды двух типов: многомодовые (ступенчатые и градиентные) и одномодовые. По частотно - пропускной способности и дальности передачи лучшими являются одномодовые световоды.