ВКР: Предоставление телекоммуникационных услуг в удалённых малонаселённых пунктах

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ УСЛУГИ
передача звуковой информации, изображений и других информационных потоков через системы кабельной, радиотрансляционной, релейной или спутниковой связи, включая телефонную, телеграфную связь и телекс; услуги по аренде и техническому обслуживанию сетей передачи звука, изображения и данных. К данному виду услуг относятся услуги провайдеров - организаций, предоставляющих доступ в сеть Интернет.
Интернет
HD-видео
видео по IPTV
Кабельное телевидение
VoIP
Телефонная связь: мобильная, стационарная
Телеграфная связь и т.д.

Способы предоставления.
выделенная линия
радиодоступ
спутниковая связь
сотовая связь

Мобильные сети 4G.
Описание технологий беспроводного доступа
WiMAX и LTE.
В настоящее время WiMAX и LTE являются главными технологиями конкурентами. Они относятся к поколению 4G по причине несовместимость с существующими абонентскими устройствами.
Свойства технологий WiMAX и LTE:
Использование методов мультиплексирования для нисходящего трафика,
способы модуляции,
передача OFDM,
запрос повторов (HARQ),
применение нескольких приемопередатчиков (MIMO),
формирование адаптивной диаграммы направленности

Сравнение беспроводных технологий WiMAX и LTE.
WiMAX
LTE
Параметры сравнения

Сравнение беспроводных технологий WiMAX и LTE.
WiMAX
LTE
Параметры сравнения

Проектирование телекоммуникационной удалённых малонаселённых пунктах
Краткая характеристика д.Якшур Завьяловского района:
Количество зарегистрированных жителей 1296
Количество домов 731
Количество квартир 797
Сельское поселение Якшурское:
Якшур (деревня, административный центр) – 1296 жителей
Семеново (деревня) – 171 жителей
Старые Марасаны (деревня) – 56 жителей
Новые Марасаны (деревня) – 29 жителей
Бахтияры (деревня) – 43 жителей
Вожой (деревня) – 139 жителей
Подлесный (починок) – 11 жителей
Молодежный (починок) – 75 жителей
Всего: 1820 жителей

Расчет информационных нагрузок и радиуса действия базовых станций.
Оценка речевого трафика.
Максимальная ёмкость рынка по количеству абонентов использующих услуги сетей 3G и 4G оценивается как 30% от общего количества потенциальных абонентов.
потенциальное количество абонентов абонентов:
абоненты д.Якшур;
абоненты Якшурского сельского поселения.

Рассчитаем число одновременно говорящих абонентов
А = А ср . N аб , где А ср = 0,05 Эрл – нагрузка одного абонента в час наибольшей нагрузки.
N аб1 = 389 – количество абонентов д.Якшур
A1 = 0,05 . 389 = 20 Эрл
N аб2 = 546 абонентов Якшурского сельского поселения.
A1 = 0,05 . 546 = 27 Эрл
У нас получилась нагрузка 27 Эрл исходя из расчета на 546 абонентов всего сельского муниципального образования, она эквивалентна 27 одновременно разговаривающих абонентов ( Nод = 27 чел.)

Оценка трафика данных.
Расчет проведен на основании параметров, для следующих исходных данных:
— среднее число вызовов в ЧНН на одного абонента сети для передачи речевых сообщений Сср [выз./ч] - 0,7;
— среднее число вызовов в ЧНН на одного абонента сети для передачи данных С*ср [выз./ч] - 5,0;
— средняя длительность сеанса связи для речевого трафика tср [с] - 90;
— средний объем сообщений при передаче данных Iср [кбит] - 2500;
— средняя скорость передачи данных и радиоканале R [кбит/с] - 32;
средняя нагрузка в ЧНН па одного абонента сети по речевому трафику y0 [мЭрл.]
у0=Cсрtср/3600=0,7·90/17,5 мЭрл;
средняя нагрузка в ЧНН на одного абонента сети по передаче данных у*0 [мЭрл]
y*0=C*срt*ср д/3600 = 5,0·78,1/3600=108 мЭрл,
где t*ср - средняя длительность передачи сообщений,
t*ср = Iср / R = 2500/ 32= 78,1 с;
суммарное значение средней нагрузки в ЧНН на одного абонента сети Y0 [мЭрл]
Y0=y0+y*0
Y0 = 17,5 + 108 = 125,5 мЭрл.

Средняя нагрузка в час наибольшей нагрузки на одного абонента сети по передаче данных получилась равной: Y0 = 125,5 мЭрл.
Число абонентов трафика данных равно 546, значит средняя нагрузка в сети по передаче данных будет равна:
Y*0=Y0 N,
Y*0 = 125⋅10-3⋅546 = 68,25 Эрл.
Полученную нагрузку по каналу данных прибавим к числу одновременно говорящих абонентов и посчитаем суммарную нагрузку канала данных и речевого канала:
А* = А + Y*о,
где А – число одновременно говорящих абонентов по речевому каналу.
А* = 27 + 68,25 = 95 Эрл.
Полученная нагрузка эквивалентна 95 разговаривающим абонентам, что сравнительно немного. Учитывая небольшое количество населения исследуемого всего муниципального образования и сельского поселения в частности данная нагрузка логична (для самой д.Якшур данное значение составляет 69).

Радиус соты по методике начального приближения.
S = 38,6 кв км. Найдем плотность одновременно разговаривающих абонентов:
nа = Nод / S
где S - площадь обслуживаемой территории (км2).
nа = 95/38,6 ≈ 2,5 чел/км2
Максимально возможный радиус соты при заданной нагрузке и обслуживаемой территории определяется по формуле
где nа - плотность одновременно разговаривающих абонентов;
Nc - общее число каналов связи в соте

Пусть максимальная пропускная способность базовой станции 100 Мбит/с (приблизительно, так как практически скорости обмена данными значительно меньше, при оценке покрытия можно опираться на данную скорость),
средняя скорость предоставляемая одному абоненту равна 5 Мбит/с, т.о. данный подход позволит предположить нам, что количество каналов составит 20
км
Количество базовых станций

Применение модели распространения радиоволн к построению сети LTE в МО Якшур.
МО Якшур является пригородной сельской зоной. Поэтому наиболее подходящей моделью является модель распространения радиоволн COST 231-Hata, является модифицированным вариантом модели Okumura-Hata для диапазона частот 1500-2000 МГц. Применение этой модели позволяет рассчитать среднестатистическое значение затухания радиосигнала между изотропными передающей и приемной антеннами.
Формулы Hata:
Основные потери на трассе для городских зон:
LH = 69.55 + 26.26lg (f) –13.87lg ( hb) – a (hm) + [44.9 – 6.55log (hb)]lgR,
f - частота в МГц;
hb - высота антенны базовой станции (в метрах), превышающая усредненную высоту рельефа в направлении анализируемой трассы в пределах 3-15 км;
a (hm) - поправочный коэффициент
d - расстояние от передатчика до приемника, км.

Для среднего города:
a(hm) = (1,1lg(f) – 0,7) hm - (1,56lg(f) – 0,8);
Для большого города:
a(hm) = 8,29(lg(154 hm))^2 – 1,1 для f≤200 МГц;
a(hm) = 83,2(lg(154 hm))^2 – 4,97 для f≤400 МГц, где:
hm - высота антенны мобильной станции над землей, м.
Для пригородных областей, городские потери, рассчитанные выше корректируются следующим образом:
Для сельских, квази -открытых участков:
Lкоу= LH – 4.78(lg f)^2 + 18.33lg - 35.94, dB;
Для сельских открытых участков:
Lоу= LH – 4.78(lg f)^2 + 18.33lg – 40,94, dB;

Оценка зоны покрытия сети по моделям распространения Okumura–Hata и COST 231 – Hata может незначительно различаться в зависимости от коэффициентов для LTE 900, 1800.
Для лини «вниз»: допустимые потери на трассе L = 155,1 дБ;
Радиус покрытия (пригород): RLTE1800 = 3,5км; RLTE900 = 10,5 км
Для лини «вверх»: допустимые потери на трассе L = 149 дБ;
Радиус покрытия (пригород): RLTE1800=2,5км; RLTE900=6,4 км

При расчёте сети можно использовать разные подходы. Из расчетов можно сделать вывод, что при пропускной способности стании 100 Мбит/с для обеспечения абонентам МО Якшурского скорости передачи 5 Мбит/с необходимо использовать 4 БС, 3 из которых направлены на покрытие д.Якшур. При увеличении радиуса покрытия БС скорости в обе стороны уменьшаются.
В зависимости от нахождения абонента в центре соты или на её границе скорости передачи различаются: в центре соты на линии DL 14,8 Мбит/с, линии UL 10,1 Мбит/с; на границе соты на линии DL 2,5 Мбит/с, линии UL 1,8 Мбит/с.

Выбор оборудования.
Сети радиодоступа (RAN).
стратегия по реализации RAN сети характеризуется также налаженным механизмом взаимодействия между сетями разного поколения, а так же наличием единой транзитной сети и единой системы эксплуатации, администрирования и сопровождения.
Базовая станция Flexi Multiradio.
произведено компаниеё Nokia Siemens Networks.
Базовая станция Flexi Multiradio состоит из двух основных элементов: системный модуль для цифровой обработки сигналов и радиомодуль с тремя приемопередатчиками. В минимальной конфигурации трехсекторная базовая станция выполняется из этих двух модулей.
радиомодуль может поддерживать радиоканалы, принадлежащие разным операторам, реализуя концепцию «Network Sharing». Системный модуль Flexi Multiradio обеспечивает поддержку до 6 радиомодулей, частотные каналы которых могут принадлежать разным операторам.

Базовое описание Flexi Multiradio BTS GSM/EDGE:
- Работает с полосами частот от 1.4 МГц до 20 МГц в режиме LTE.
- Также поддерживает GSM/EDGE и UMTS/HSPA.
- Максимальная емкость. До 6+6+6 GSM, или до 4+4+4 WCDMA, или 1+1+1 LTE с полосой 20 МГц и гибкой комбинации всех перечисленных технологий в конкурентном режиме. Для наращивания емкости на одном сайте можно монитировать несколько стандартных модулей.
-Для подключения к транспортной сети в Flexi Multiradio Base Station имеется встроенный IP/Ethernet-интерфейс

Подключение базовой станции к сети оператора.
использование оптики по технологии GPON
подключение удаленной БС через спутник
при помощи специальных радиорелейных станций

Применение пакетной РРЛ
Изначально пакетные сети плохо подходили для передачи чувствительного к временным задержкам трафика в реальном времени. Сегодня эта проблема решается применением хорошо отработанных механизмов гарантированного качества обслуживания (QoS).
Наличие функции подстройки скорости передачи (Adaptive Rate Modulation, ARM) позволяет постепенно изменять скорость и модуляцию при изменении условий распространения, что дает возможность поддерживать высокую доступность соединений даже при самой плохой погоде.
Если базовая станция соединяется с контроллером по IP, то возникают трудности при синхронизации. Для синхронизации БС подключаемых по IP устанавливается IP Clok сервер. БС можно засинхрить от внешнего источника 2 МГц BITS (Если есть по близость UMG, можно от него засинхрить). Если есть интерфейс Abis, то можно с потока выделить синхросигнал.

FlexiPacket Radio
выполнен в виде одного блока ODU с электрическим GigE интерфейсом
Система является полностью пакетной платформой
Скорость в радиолинке до 400 Mбит/с
Преимуществом донного оборудования является компактные размеры и модульное наращивание, автоматический контроль мощности и использование адаптивной модуляции

Абонентское оборудование для работы в сети LTE.
Каждый абонентский терминал LTE имеет 15-значный уникальный идентификационный номер (IMEI), из которого первые 8 цифр – код, определяющий тип данного терминала, последующие 6 цифр – серийный номер терминала и последняя цифра – проверочная. Вместо IMEI может применяться 16-значный номер IMEISV, в котором вместо проверочной цифры добавлены две цифры, дополнительно обозначающие версию программного обеспечения терминала.
Доступ абонентского терминала к услугам сети подвижной радиотелефонной связи производится при наличии в абонентском терминале персональной идентификационной карты абонента.
При отсутствии указанной карты абонентский терминал позволяет производить вызов только экстренных оперативных служб.