Перспективная схема развития WiMAX в Удмуртии

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное  образовательное

учреждение высшего профессионального  образования

«Ижевский государственный технический  университет»

(ИжГТУ)

Кафедра «Сети связи и телекоммуникационные системы»

 

 

 

 

Пояснительная записка

выпускной квалификационной работы на соискание академической степени  бакалавр техники и технологии

по направлению «Телекоммуникации»

 

на тему: «Перспективная схема развития WiMAX в Удмуртии»

 

 

 

 

Студент                                                                                             Филиппов Е.Н.

 

Руководитель                                                                           Максименкова Т.Ю.

 

Заведующий выпускающей  кафедрой,

докт. техн. наук, профессор                                                                Нистюк А.И.

 

 

 

Ижевск 2013

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………...........4

1 СУЩЕСТВУЮЩЕЕ ПОЛОЖЕНИЕ  БЕСПРОВОДНОГО ШИРОКОПОЛОСНОГО  ДОСТУПА В ИЖЕВСКЕ И УДМУРТИИ…………………………………...........................................6

1.1 Существующие технологии  широкополосного доступа в Ижевске  и Удмуртии……………………………………………………………………..6

1.2 Выбор технологии  мобильный WiMAX для организации беспроводного широкополосного доступа в Ижевске и Удмуртии……...6

2 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ БЕСПРОВОДНОГО ШИРОКОПОЛОСНОГО ДОСТУПА …………………………………….8

2.1 Обзор технологии WiMAX (стандарт IEEE 802.16)…………………...8

2.2 Анализ и сравнение современных технологий беспроводного широкополосного доступа…………………………………………………12

3 ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ ОРГАНИЗАЦИИ АБОНЕНТСКОГО БЕСПРОВОДНОГО ДОСТУПА ПО ТЕХНОЛОГИИ МОБИЛЬНЫЙ WiMAX……………………………………………………..22

3.1 Выбор частотного диапазона…………………………………………..22

3.2 Выбор оборудования………………………………...............................24

3.3 Описание оборудования Alvarion BreezMAX 4Motion………............26

3.4 Антенные системы……………………………………………………...39

3.5 Выбор абонентского оборудования……………………………….......40

4 ИНЖЕНЕРНЫЕ РАСЧЕТЫ БЕСПРОВОДНОГО ШИРОКОПОЛОСНОГО ДОСТУПА ПО ТЕХНОЛОГИИ МОБИЛЬНЫЙ WiMAX……………………………………………………..46

4.1 Расчет электропитания оборудования сети…………………………...46

4.2 Расчет размера зоны покрытия………………………………………...48

4.3 Определение размеров секторов и групповой скорости потока данных……………………………………………………………………….51

4.4 Модель распространения сигнала……………………………………..53

5 ПРОЕКТНЫЕ РЕШЕНИЯ ПО ТЕХНОЛОГИИ МОБИЛЬНЫЙ WiMAX НА ТЕРРИТОРИИ УДМУРТИИ…………………....................58

5.1 Выбор мультиплексора………………………………………………...58

5.2 Выбор коммутатора…………………………………………………….64

5.3 Выбор радиорелейного  оборудования………………………………...68

5.4 Выбор топологии построения сети……………………………………73

5.5 Организациия сети и расположение базовых станций на территории Удмуртии……………………………………………………………………74

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………..78

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ…………………………………………………79

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………..81

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Современную жизнь практически невозможно представить без таких привычных вещей как мобильный телефон или интернет. Телекоммуникационные технологии в последние десятилетия развиваются стремительно, а особенно в последние годы. Человечество стремится освободится от проводов, которые переплели почти всю нашу планету в самых разных ее уголках. Радио, сотовая связь, спутниковое телевидение, беспроводной интернет - примеры достижений технологий связи. На самом деле, системы беспроводной передачи иформации существуют столько же, сколько и сама человеческая цивилизация. Гонцы, сигнальные костры, почтовые голуби – все это звенья одной цепи. Изменялись технологии, но суть сетей передачи оставалась неизменной - организовывать взаимодействие нескольких различных элементов так, чтобы информация без проводов в заданное время поступала из одной точки в другую.

К концу XX века в технологии связи возникла новая волна – цифровая обработка. Вскоре практически любую информацию, будь то речь, музыка или телевизионная картинка, стали преобразовывать в поток нулей и единиц, а ускоренное развитие интеренета лишь подтвердило тот факт, что цифровые сети для современной цивилизации стали столь же необходимы, как автострады, трубопроводы и линии электропередачи. Без них невозможны столь привычные сегодня электронная почта, факсимильная и телефонная связь, доступ к удаленным базам данных в реальном времени, службы новостей, дистанционное обучение, телеконференции, телебиржи, интеренет-магазины.

Сегодня мы переживаем период, когда на гребне третьей технологической волны зарождаются сети связи будущего четвертого (4G) поколения. И сегодня кажется особенно актуальным развивать и вкладывать финансы в проектирование и расширение сетей связи, созданных на основе этих технологий.

Для данного дипломного проекта  была выбран стандарт мобильный WiMAX. Технологии WiMAX, хотя и не являются единственными технологиями беспроводной связи, но они впитали в себя все лучшее, что есть в пограничных ЗG, IEEE 802.11, DVB, DАB и др. И поэтому, именно этот стандарт является наилучшим решением для обеспечения жителей планеты Земля мобильным широкополосный доступом, как в развивающихся, так и в развитых странах. Технологии WiMAX позволяют быстро прогрессировать, как мобильным, так и фиксированным операторам, в том числе - новым операторам, начинающим свою деятельность с чистого листа. По данным маркетинговых исследований, широкополосные беспроводные сети на базе технологий сотовой связи третьего поколения, а также технологий Wi-Fi и WiMAX обладают сегодня исключительными преимуществами по оперативности развертывания, охвату территории, мобильности, предоставляя во многих случаях не только наиболее эффективное, но иногда и единственно возможное экономически оправданное решение.

Широкополосные беспроводные сети передачи информации становятся одним из основных направлений развития телекоммуникационной индустрии. А для стран, в которых большая территория сочетается с невысокой плотностью населения, беспроводные сети имеют особое значение. Это очень важно для России, с нашей необъятной территорией и значительным разбросом населения, особенно в сельской местности.

Целью данного дипломного проекта  является создание сети беспроводного  широкополосного доступа по технологии мобильный WiMAX в Удмуртии.

Для выполнения данной цели необходимо решить такие задачи как:

- выбор необходимого оборудования  и частотного диапазона;

- выполнение определенных инженерных  расчетов;

- выбор топологии и  создание ситуационной схемы  сети.

 

1 СУЩЕСТВУЮЩЕЕ  ПОЛОЖЕНИЕ БЕСПРОВОДНОГО ШИРОКОПОЛОСНОГО ДОСТУПА В ИЖЕВСКЕ И УДМУРТИИ

 

1.1 Существующие технологии широкополосного доступа в Ижевске и Удмуртии

Организацией фиксированного широкополосного доступа в Ижевске занимаются в основном провайдеры интернет - услуг. Наиболее крупные среди них: ВолгаТелеком, ИжЛайн, Марк-ИТТ, Эр-Телеком и др. Скорость трафика колеблется от 1 до 6 Мбит/с в зависимости от выбранного тарифного плана.

Организацией мобильного беспроводного широкополосного доступа в Ижевске занимаются операторы сотовой связи, по технологии HSPA, второе название 3G. Наиболее крупные среди них: МТС, Билайн, Мегафон, Скай Линк. Технология HSPA значительно уступает мобильному WiMAX по скорости передачи даных.

Среди компаний по предоставлению Radio Ethernet (Wi-Fi и Pre WiMAX (802.11a) доступа можно выделить: Танго Телеком, Простор - Телеком, Энфорта, Нивад, РадиоЛинк, Комстар.

Существующее положение  беспроводного широкополосного  доступа в Ижевске, а тем более  в других небольших и малонаселенных городах Удмуртии достаточно плачевно, в отличие от доступа проводного, да и то не везде. По сути технология WiMAX в Удмуртии для свободного доступа отсутствует, да и технология Wi-Fi развита очень слабо, поэтому целесообразно развивать сети в Удмуртии по стандарту WiMAX.

 

1.2 Выбор технологии мобильный WiMAX для организации                 беспроводного широкополосного доступа в Ижевске и Удмуртии

Среди наиболее перспективных  на сегодня стандартов выделяются два: LTE и WiMAX.

В системе LTE используются технологии и методы, уже применяемые в мобильном WiMAX, поэтому они имеют схожую эффективность систем. Следует отметить, что системы LTE — это революционное улучшение 3G. LTE представляет собой переход от систем CDMA к системам OFDMА, а также переход к полностью IP-системе с коммутацией пакетов. Поэтому внедрение этой технологии на существующих сетях сотовой связи означает, как минимум, необходимость новых радиочастотных ресурсов. Кроме того, для обеспечения обратной совместимости необходимы двухрежимные абонентские устройства.

Преимущество WiMAX в спектральной эффективности, что означает выигрыш в стоимости развертывания сети.

Мобильный WiMAX представляет гладкую IP-сеть, сеть LTE более сложна.

Если сеть WiMAX основывается полностью на IP-протоколах IETF, то сеть LTE более сложна, включает больше протоколов, в том числе проприетарные (частично приобретенные в частное пользование) протоколы 3G. Немаловажно, что интеллектуальная собственность в области технологий WiMAX, соответствующие патенты распределены среди многих компаний, создан открытый патентный альянс, что позволяет снижать цены абонентских устройств.

Таким образом, с технической  точки зрения и WiMAX, и LTE представляют собой примерно одинаковый класс систем. Технология WiMAX позволяет в более короткие сроки развернуть работоспособную сеть беспроводного широкополосного радиодоступа доступа на определённые территориальные участки. Учитывая развитость и преимущества технологии WiMAX перед LTE, в дипломном проекте предлагается использовать технологию мобильного WiMAX (нет необходимости в прямой видимости абонент-база) для построения сети беспроводного широкополосного радиодоступа в Ижевске и Удмуртии.

2 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ БЕСПРОВОДНОГО ШИРОКОПОЛОСНОГО ДОСТУПА 

 

2.1 Обзор технологии WiMAX (стандарт IEEE 802.16)

 

WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) — телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов). Основана на стандарте IEEE 802.16, который так же называют WirelessMAN. Название «WiMAX» было создано организацией WiMAX Forum, которая была основана в июне 2001 года c целью продвижения и развития стандарта.

Область использования

WiMAX подходит для решения следующих задач:

- соединение точек доступа Wi-Fi друг с другом и другими сегментами Интернета;

- обеспечения беспроводного широкополосного доступа как альтернативы выделенным линиям и DSL;

- предоставления высокоскоростных сервисов передачи данных и телекоммуникационных услуг;

- создания точек доступа, не привязанных к географическому положению.

WiMAX позволяет осуществлять  доступ в интернет на высоких  скоростях, с гораздо большей  пропускной способностью и покрытием  чем у Wi-Fi сетей. Это позволяет использовать технологию в качестве «магистральных каналов», продолжением которых выступают традиционные DSL- и выделенные линии, а так же локальные Wi-Fi сети. В результате подобный подход позволяет создавать масштабируемые высокоскоростные сети масштабов целых городов.

Широкополосный  доступ

Многие телекоммуникационные компании делают большие ставки на использование WiMAX для предоставления услуг высокоскоростной связи. И  тому есть несколько причин.

Во-первых, технологии семейства 802.16 позволят экономически более эффективно (по сравнению с проводными технологиями) не только предоставлять доступ в сеть новым клиентам, но и расширять спектр услуг и охватывать новые труднодоступные территории.

Во-вторых, беспроводные технологии многим более просты в использовании, чем традиционные проводные каналы. WiMAX и Wi-Fi сети просты в развёртывании и по мере необходимости легко масштабируемы.

          В сумме все эти преимущества позволят снизить цены на предоставление услуг высокоскоростного доступа в Интернет как для бизнес структур, так и для частных лиц.

Пользовательское  оборудование

Оборудование для использования  сетей WiMAX поставляется несколькими  производителями и может быть установлено как в помещении (устройства размером с обычный DSL модем), так и вне него (устройства размером с ноутбук). Следует заметить что оборудование, рассчитанное на размещение внутри помещений и не требующее профессиональных навыков при установке, конечно, более удобно, однако способно работать на значительно меньших расстояниях от базовой станции, чем профессионально установленные внешние устройства. Поэтому оборудование, установленное внутри помещений требует намного больших инвестиций в развитие инфраструктуры сети, так как подразумевает использование намного большего числа точек доступа.