Розділ 3. Структура мережі mobile wimax

WIMAX Forum розробив архітектуру, яка визначає безліч аспектів роботи WIMAX мереж: взаємодії з іншими мережами, розподіл мережевих адрес, аутентифікація і багато що інше. Приведена ілюстрація дає деяке уявлення про архітектуру мереж WIMAX (рис3.1).

Рис.3.1. АрхітектураWiMAX мережі

• SS/MS: (Subscriber/Mobile Station) – абонентська/мобільна станція;

• ASN: (Access Service Network)- Мережі доступу;

• BS: (Base station), базова станція, частина ASN - Основним завданням є встановлення, підтримка і роз'єднання радіо з'єднань. Крім того, виконує обробку сигналізації, а також розподіл ресурсів серед абонентів.;

• ASN-GW: (ASNGateway), шлюз, призначений для об'єднання трафіку і повідомлень сигналізації від базових станцій і подальшої їх передачі в мережуCSN.

• CSN: (Connectivity Service Network)- мережа забезпечення послуг;

• HA: (Home Agent, часть CSN)- елемент мережі, що відповідає за можливість роумінгу. Крім того,забезпечуєобмін данними міжмережамирізнихоператорів;

• NAP:(a Network Access Provider)

• NSP: (a Network Service Provider)

Слід зауважити, що архітектура мереж Wimax не прив'язана до якої-небудь певної конфігурації, володіє високою гнучкістю і масштабованістю. Базові крапки в рамках базової моделі мережі WIMAX - це канали зв'язку між базовими модулями. Вони є стандартними інтерфейсами, причому не обов'язково фізичні, особливо якщо що сполучаються базовою крапкою модулі конструктивно знаходяться в одному пристрої.

R1 є каналом зв'язку між мобільною станцією і мережею доступу ASN. Це – безпровідною інтерфейс, відповідний стандарту IEEE 802.16, проте допустимі і додаткові протоколи управління. R2 є каналом між МС і CSN. Вона включає протоколи і процедури, пов'язані з аутентифікацією МС, авторизацією і ip-конфігурацією. Це – чисто логічний інтерфейс, йому не можна поставити у відповідність жоден конкретний фізичний інтерфейс МС і CSN.

R3 містить набір протоколів управління між ASN і CSN для реалізації процедур AAA, виконання різних політик і управління мобільністю. Вона також підтримує функції передачі даних (у тому числі туннелірованія) між ASN і CSN.

R4 – це канал зв'язку між asn-шлюзамі різних asn-мереж або між asn-шлюзамі в межах однієї ASN.

R5 є каналом зв'язку між мережею домашнього і гостьового сервіс-провайдера.

R6 служить інтерфейсом між БС і asn-шлюзом.

R7 визначений як якийсь віртуальний канал усередині asn-шлюзу для зв'язку двох груп функцій (пов'язаних з каналом передачі інформації і не пов'язаних з ним). Конкретизації протоколів R7, мабуть, слід чекати в майбутньому (або не чекати зовсім).

R8 – це канал зв'язку безпосередньо між базовими станціями. Він повинен підтримувати передачу повідомлень, що управляють, і опционально – безпосередню трансляцію даних (для швидкого і безшовного хендовера).

Розділ 4Розрахунок зони обслуговування з використанням моделі Окамури-Хата

Вихідніданні:

• тип місцевості: Город середніх розмірів;

• тип стандарту:IEEE802.16е –MobileWiMAX;

• вид модуляціїприймальноїсторони: 64QAM;

• коефіціентпідсиленняантени:

БС: 14 дБ;

МС: 18 дБ;

• висота антени:

БС: 40 м,

МС: 1,5м;

• потужністьпередавачаБС:40Вт;

• втратив фідеріантеніБС: 4,4 дБ;

• втратив дуплексорі– 1 дБ;

• втратив комбайнері– 3 дБ;

• К мшу = 25 дБ.

У відповідності з цією моделлю величина загасання сигналу при розповсюдження в міських районах обчислюється за формулою 4.1:

, (4,1)

де

- частота випромінювання, МГц;

- відстань між БС та МС, км;

- висота антениБС, м;

- висота антениМС, м;

-корегуючийкоефіцієнт,враховуючийвисоту антениМС в залежності відрозмірів міста, дБ.

Частоту випромінюванняобираємоз діапазонустандарта (2495 - 2690) МГц рівного2500МГц.

ВідстаньміжБС и МСобираєм рівним 2км.

Висота антен БС и МС над землеюпо рівно 40 и 1,5 метріввідповідно.

Корегуючийкофіцієнт,що враховуєвисоту антениМС, розраховуємодлямістсредніх размірів в дБ,визначаєтьсяпо формулі4.2:

, (4,2)

Таким чином, з урахуванням даних:

радиодоступ сеть станция базовый

Визначаємо величину загасання сигналу за формулою 4.1:

Розміри зони покриття базової станції будуть визначатися дальністю зв'язку між базовою і мобільного станціями. Дальність зв'язку буде визначатися шляхом рішення першого рівняння зв'язку за формулою 4.3:

, (4,3)

де РПС [дБм] - рівень потужності корисного сигналу на вході прийомної антени в дБм; РІЗЛ [дБм] - рівень ефективної изотропно випромінюваної потужності передавача в дБм; L (R, hБС, HMC) [дБ] - загасання сигналу при розповсюдженні в невеликому місті; ВТ [дБ] - додаткові втрати сигналу при роботі з портативною абонентської станцією, які становлять величину близько 3 дБ; ВЕ [дБ] - додаткові втрати сигналу при роботі з портативною абонентської станцією в будівлі або автомобілі (для автомобіля близько 8 дБ, для будівлі -15 дБ).

Рівень ефективної ізотропно випромінюваної потужності передавача визначається за формулою 4.4:

, (4,4)

де – рівень потужності передавача в дБ / мВт; Р'ПРД - потужність передавача в Вт = 40 Вт;

[дБ] =– втрати у фідері антени передавача;

[дБ/м] – погонне загасання у фідері антени передавача;

[м] – довжина фідера антени передавача;

=

ВД ПРД [дБ] - втрати в Дуплексери на передачу= 1 дБ;

ВК [дБ] - втрати в комбайнер (пристрої додавання) = 3 дБ;

GПРД [дБ] - коефіцієнт посилення антени передавача = 15 дБ.

З урахуванням наведених вище даних визначається за формулою 4.4:

Тоді рівень потужності корисного сигналу на вході прийомної антени знаходимо за формулою 4.3:

Основною умовою забезпечення зв'язку буде необхідність перевищення рівня потужності корисного сигналу на вході прийомної антени мінімально необхідного рівня потужності (РПСмін), що визначається технічними характеристиками приймача згідно з формулою 4.5:

, (4,5)

де - чутливістьприймачав дБм

Р'ПРМ - чутливість приймача в мкВт (у випадку, якщо чутливість приймача задається в дБм, то в якості РПРМ використовується саме це значення);

РПРМ = - 98, дБм;

RПРМ [Ом] – вхідний опірприймача;–втратиуфідеріантениприймача;

ВД ПРМ [дБ] - втратив дуплексномуфільтріна прийом = 1 дБ;

КМШУ [дБ] - коефіцієнтпідсиленняантенного трактуприйому(МШУ) =25 дБ;

GПРМ [дБ] - коефіцієнтпідсиленняантениприймача=17 дБи.

З урахуванням усіх даних знаходимо мінімальну потужність корисного сигналу за формулою 4.5:

Величина додаткового запасу рівня потужності сигналу визначається статистичними параметрами сигналу на трасах рухомого зв'язку, а саме стандартними відхиленнями сигналу по місцю (р [дБ]) і за часом (т [дБ]). При цьому численні експериментальні дослідження показали, що значенняг залежить в основному від ступеня нерівності місцевості і діапазону частот, а t- від дальності зв'язку. На відстанях менше 10 км значення стандартного відхилення залежить від дальності зв'язку (г) Для практичних обчислень ці дані з високим ступенем точності в діапазоні 300 ... 3000 МГц апроксимуються формулою 4,6:

(4,6)

Підставляючи дані, отримуємо:

Стандартне відхилення сигналу за часом σt залежить від дальності зв'язку і для точок прийому, розташованих на відстані менше 100 км від передавачів, визначається формулою 4,7:

(4,7)

Узагальнене значення стандартного відхилення сигналу за місцем і за часом обчислюється за формулою 4,8:

(4,8)

Підставляючи розраховані значення, отримуємо:

Додатковий запас рівня сигналу розраховується за формулою 4,9:

РПСдоп= kтр, (4,9)

де kтр -коефіцієнт логнормального розподілу, що забезпечує необхідну надійність зв'язку.

Визначається з таблиці 4,1 для заданої ймовірності таkтр = 1,645.

Таблиця4.1 – Значеннявеличини

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

Підставляючіданні,отримуємо:

РПСдоп= 1,645*6,3= 10,4;

Таким чином, для того щоб потужність сигналу на вході прийомної антени РПС, перевищувала мінімальну потужність сигналу на вході прийомної антени РПСмін виходячи з чутливості приймача, із заданою вірогідністю, необхідно, щоб виконувалася умова 4,10:

РПС РПСмін + РПСдоп (4,10)

Значення необхідного рівня потужності сигналу на вході прийомної антени, що забезпечує необхідну надійність зв'язку:

,

РПСтр = -141+10,4 = -130,6 дБм

-150 - 130,6;

-112 - 130,6.

Максимально допустимі втрати при поширенні сигналу на трасі:

LДОП = РИЗЛ – РПСтр – ВТ – ВЭ. (4,11)

LДОП1 = 52,6+130,6-3-8 = 172,2 дБм;

LДОП2 = 52,6+130,6-3-15 = 165,2 дБм.

Максимальна дальність зв'язку вирішується рівнянням:

L(R) = LДОП

Максимальна дальність зв'язку вирішується рівнянням: Необхідно вирішити це рівняння графічним способом для цього знайдемо всі необхідні параметри.

• РозрахунокдляR=4км:

, дБ

, дБ

, дБ

, дБ

РПСдоп= kтр 

РПСдоп= 1.6457,5= 12,3;

;

;

РПС РПСмін + РПСдоп ,

LДОП1 = 52,6+128,7 -3-8 = 170,3 дБм;

LДОП2 = 52,6+128,7 -3-15 = 163,3 дБм.

-115,2 дБм ≥ -128,7 дБм

-122,2 дБм ≥ -128,7 дБм – умова виконується.

• РозрахунокдляR=6 км:

, дБ;

, дБ;

;

РПСдоп= kтр

РПСдоп= 1,6458,3= 13,65;

,

РПСтр = -141+13,65 = -127,35 дБм;

;

РПС РПСмин + РПСдоп ,

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

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

-122,1 дБм ≥ -127,35 дБм – умовавиконується

-129,1 дБм ≥ -127,35 дБм – умоване виконується=> максимальнийрадіус діїдлябудівліR=4 км.

• РозрахунокдляR=8 км:

, дБ;

, дБ;

;

РПСдоп= kтр

РПСдоп= 1,6458,9= 14,6;

РПСтр = -141+14,6= -125,4 дБм;

;

РПС РПСмин + РПСдоп ,

LДОП1 = 52,6+125,4 -3-8 = 167 дБм;

LДОП2 = 52,6+125,4 -3-15 = 160 дБм.

-125,4 дБм ≥ -125,4 дБм – умовавиконується,відповідномаксимальна дальністьзв’язкудля автомобіляR=8 км.

-132,4 дБм ≥ -125,4 дБм

Зведемо отримані дані в табл. 4.2. Табл. 4,2 Зміна величини загасання від дальності зв'язку для автомобіля

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

Рис.4. 1. Розрахунокмаксимального радіусудіїдля автомобіля

Максимальний радіус діїдля автомобіля.

Рис.4. 2. Розрахунокмаксимального радіусудіїдлябудівлі

Максимальний радіус діїдлябудівлі.

Висновок В даному курсовому проекті була розглянута технологія широкосмугового бездротового доступу Mobile WiMAX. Зроблено розрахунок параметрів мережі зв'язку з рухомими об'єктами в міській місцевості на основі системи стандарту IEEE 802.16e. Ми розрахували технічні параметри базових і абонентських станцій, розглянули структурні схеми мережі, БС і МС, визначили радіус зони обслуговування.

Список використаної літератури

1. В.І. Носов Мережі радіодоступу. Частина 1. Навчальний посібник. УМО за фахом зв'язок / СібГУТІ. - Новосибірськ, 2006 р. - 256 стор 2. В.І. Носов Мережі радіодоступу. Частина 2. Навчальний посібник. УМО за напрямом «Телекомунікації» / СібГУТІ. - Новосибірськ, 2007 р. - 256 стор 3. В. Вишневський, С. Кравець, І. Шахнович. Енциклопедія WiMAX шлях до 4G: Навчальний пособіе.Техносфера, Москва, 2009; 4. Шахнович І. Архітектура мережі WiMAX: основні елементи і принципи. - Перша миля, 2009, № 1, с.6-15. 5. А.Іванов, С.Портной Обладнання WiMAX - рішення компанії Alvarion - Перша миля, 2009, № 2, с. 32-39. 6. http://www.geysertelecom.ru/rus/products/full/alvarion_breezemax/breezemax

Державний університет інформаційно-комунікаційних технологій

Курсовий проект

з дисципліни: «Проектування та технічна експлуатація РЕЗ та комплексів»

на тему: «Проектування мережі абонентського доступу на основі технології WiMAX»

Виконала:

Студентка 5-го курсу

Групи РТДМ-52

Левандовська Євгенія Валентинівна

Київ-2012