Проектирование сети 4G на базе технологии LTE (на примере г. Аштарак, Арагацотнская область, Республика Армения)

Научно-технический прогресс повлиял на развитие возможностей телекоммуникаций и крупные города в эпоху глобализации стремятся развивать технологии связи, как фиксированной, так и мобильной. Ключевой посыл – улучшение качества коммуникации. Природный ландшафт Армении создает определенные трудности для предоставления операторами связи доступа к сети интернет. Если в крупных городах проблема решена, то в сельской местности, небольших районах республики все еще остро стоит вопрос с беспроводным и проводным доступом. Как правило, крупные операторы мобильной связи выбирают своей адресной аудиторией крупные города, а телефонизировать труднодоступные местности с небольшим количеством жителей и обеспечить их качественным доступом в глобальную сеть уходит на второй план.

Выбор территории проектирования сети обусловливается необходимостью расчета зоны покрытия сети 4G в Аштаракском районе Арагацотнской области, поскольку местность сельская.

Сельская местность предполагает учет планирования радиосети LTE: базовые станции располагаются вдали друг от друга. Это обусловливается низкой плотностью абонентов и как следствие каждый eNB должен покрыть достаточно большой радиус территории. В связи с этим необходимо выбрать подходящий радиочастотный спектр. В этом случае необходимо придерживаться положения, что чем ниже частота, тем дальше распространяется радиосигнал. Радиочастотный спектр 791 – 862 МГц полностью удовлетворит данному решению. Частотный – FDD является необходимым видом дуплекса.

Далее мы рассчитали пропускную способность сети, для того чтобы вычислить пропускную способность базовой станции ReNB , умножим количество секторов базовой станции на пропускную способность одного сектора, у одной базовой станции eNB число секторов равняется трем, формула будет выглядеть следующим образом:

R eNB — R DL/UL ^{X 3}

Для линии DL:

ReNB DL — 34,3 X 3 — 102,9 Мбит/с.

Для линии UL:

ReNB UL — 18,29 X 3 — 54,87 Мбит/с.

Далее мы осуществляем расчет сот в планируемой сети LTE. Расчет будет производится путем расчета общего количества каналов, которые выделены выделяемых для развертывания проектируемой сети LTE.

В сетях LTE под радиоканалом подразумевается такой термин, как ресурсный блок (РБ), который обладает шириной 180 кГц, Д/к —180 кГц .

N — 71000 ~ 395 каналов к    180

После установим количество каналов  Мк.сек,  необходимое для обслуживания абонентов в1-ом секторе 1-ой соты:

^к.сек — [^J ~ 44 Канала

Вычислим количество каналов трафика в одном секторе одной соты

N кт.сек :

^кт.сек — 1 X 44 — 44 канала

В соответствии с моделью Эрланга, отображенной в виде графика на рисунке 1 установили номинальную нагрузку в секторе одной соты А_сек при возможном значении вероятности блокировки равной 1% и вычисленным выше значении М _кт._сек . Установим, то что А_сек=50 Эрл.

Рис.1 Расчет зависимости допустимой нагрузки в соответствии с числом канала трафика и возможности блокировки.

Затем рассчитали количество абонентов, которое будет обслуживаться одной базовой:

= 3 х [50] = 750 абонентов

Далее рассчитали количество базовых станций eNB в проектируемой сети LTE:

NeNB = [—] + 1*9 (eNB)

Средняя планируемая пропускная способность RN проектируемой сети рассчитывается путем произведения количества базовых станций на среднюю пропускную способность базовых станций:

R n = (102,9 + 54,87) х 9 = 1419,93 (Мбит/с).

Следующим шагом осуществили оценку емкости проектируемой сети с сопоставлением результатов с рассчитанной нами сетью. Установим средний трафик одного абонента в час наивысшей нагрузки (ЧНН):

^ т.чнн = ^ = 0,14 (Мбит/с)

Определили общий трафик проектируемой сети в ЧНН Rобщ./ЧНН

R общ./ЧНН = 0,14 × 5573 = 780,22 (Мбит/с).

Таким образом, RN>Rобщ./ЧНН соответственно проектируемая сеть не будет подвергаться перегрузкам в ЧНН.

Определение допустимых потерь линии (МДП) является первоочередной задачей. Допустимые потери возможно рассчитать с помощью разности между эквивалентной изотропной излучаемой мощностью передатчика (ЭИИМ) и минимально необходимой мощностью сигнала на входе приемника сопряженной стороны.

Расчет МДП выполняем по следующей формуле:

L мпд = P эиим.прд - S ч.пр + G А.прд - L ф.прд - M прон - M пом - M затен + G хо

Мы рассчитали все необходимые значения и по полученным результатам рассчитали значение МДП:

Для линии DL:

LМДП = 63,7 – (-167,64) –0,3- 8 – 6,4 – 8,7 + 1,7 = 209,64 (дБ)

Для линии UL:

LМДП = 33 – (-101,29) – 8 – 2,8 – 8,7 + 1,7 = 116,49 (дБ)

Из двух значений МДП, полученных для линий DL и UL выбираем минимальное, чтобы вести последующие расчеты дальности связи и радиуса соты. Линия вверх является той самой линей, которая ограничивает дальность линии. Рассчитать дальность связи возможно при помощи эмпирической модели распространения радиоволн Okumura – Hata. Эта модель обобщает опытные факты, в которых отражены различные условия и виды сред. В данной модели следующим образом определяется среднее затухание радиосигнал в городских возможностях:

Lr = 69,5 + 2 6,16 log/с — 13,82 log ht — ?l(hr) + (44,9 — 6,5 5 log ht) x

logd (2.14)

Для сельской местности выражение примет вид с поправкой:

Lc = Lr — 4,78(logfc)2 + 17,33 x logfc — 40,94 ,    (2.15)

Найдем поправочный коэффициент A(hr) для редко заселённой местности:

A(hr) = (1,1 x log 800 — 0,7) x3 — (1,56 x log 800 — 0,8) = 3,751

Вычислив из формул радиус соты, определил, что d ≈ 7км. Далее рассчитываем площадь SeNB покрытия трехсекторного сайта по формуле:

SeNB= 9—x

SeNB= 9^x 72 = 95,48 (км2)

Приведенные раннее расчеты продемонстрировали минимальное количество базовых станций eNB, которые необходимы для того, чтобы густонаселенные районы обеспечить устойчивым радиосигналом:

Таблица 1

Характеристики eNB

eNB	Характеристики
Мощность каждого передатчика	40 Вт
Высота подвеса антенны	42 метра
Число приемопередатчиков TRX	3 (по одному на каждый сектор)
Системная полоса для одного сектора	20 МГц (10 МГц для линии «вверх» и 10 МГц для линии «вниз»)
Линия «вниз» поддерживает технологию MIMO	4x2
Пропускная способность: линия «вниз»	102,9 Мбит/с, линия «вверх» 54,87 Мбит/с.

Произведем расстановку базовых станций на местности. Для этого на рисунке 2 разделим Аштаракский район Арагацотнской области на три части.

ся

Рис.2 Территория Аштаракского района Арагацотнской области.

Далее увеличим масштаб каждой части и расставим базовые стации.

Рис.3 Первая часть территории

Рис. 4 Вторая часть территории района

Рис.5 Третья часть территории района

На основе полученных расчётов мы определили оборудование транспортной сети. Компания «Huаwei» предлагает для организации в транспортной сети LTE маршрутизатор базовых станций АTN 950B с поддержкой соединения Ethernet 10 Гбит/с. АTN 950B расширяет возможности решений «Huаwei» для мобильных широкополосных сетей, давая возможность операторам развертывать крупномасштабные сети последнего поколения и предоставлять абонентам широкий набор сервисов.

В качестве транспортного оборудования сети радиодоступа применяется коммутатор Huаwei S3700-28TP-EI-24S-АС. Huаwei S3700-28TP-EI-24S-АС – интеллектуальный коммутатор, выполняющий коммутацию данных на третьем уровне сетевой модели ОSI. Коммутатор поддерживает 24 порта 100Bаse FX, два порта 1000Bаse-X, а так же два универсальных 10/100/1000Bаse-T/SFP для подключения к волоконнооптической сети.

В качестве одного из решений транспортного оборудования радиодоступа выберем базовую станцию Huawei DBS3900 LTE, она обеспечивает большую емкость сети, – одна eNodeB поддерживает до 3600 абонентов в подключенном состоянии (RRCConnected). DBS3900 LTE обеспечивает большую площадь покрытия, благодаря функциям, таким как много антенный разнесенный прием и Inter-cellInterferenceCoordination

(ICIC) в линии вверх, DBS3900 LTE поддерживает максимальный радиус соты 100 км [10].

Модуль – BBU3900 – это блок, устанавливаемый внутри помещений для обработки базовых частот, который обеспечивает обслуживание и централизованное управление эксплуатацией, обработку сигнализации всей системы базовой станции и наличие опорного сигнала синхронизации. Этот блок имеет физические интерфейсы для соединения с BSC и RRU3908.

DBS3900 – это распределённая базовая станция, использующая платформы BTS компании Huawei. Она состоит из выносного радиочастотного блока (RRU) и блока обработки базовых частот (BBU). Радиочастотный блок RRU3908 поддерживает работу двух/четырёх радиопередатчиков.

Приемопередатчик RRU3908 – это выносной радиочастотный блок. В его функции входит обеспечение обработки радиочастотных сигналов и сигналов основных частот. Вместо двух приёмопередатчиков теперь можно использовать один блок RRU3908. Если в подстатив RRU3908 установить два модуля RRU3908, будут решены задачи, ранее выполняемые четырьмя приемопередатчиками.

Проведенное исследование и разработка сети 4G в Аштаракском районе Арагацотнской области LTE обеспечит население качественной сотовой связью и более широким выбором услуг в сотовой связи.