Контрольная работа по «Проектирование цифровых систем»

Министерство образования науки молодежи и спорта Украины

ОДЕССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

 

Контрольная работа

По дисциплине:

«Проектирование цифровых систем»

 

 

 

 

 

 

 

 

Группа ЗАМ-091

Шифр 009810

Студентка : Бабчинский О.О.

Проверил:  Подлегаев М.М

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Одесса-2014

Зміст

 

Вступ

1. Завдання №1

1.1 Розвиток технології LTE

1.2 Короткий огляд основних параметрів  технології LTE

1.3 Мережева архітектура стандарту LTE

1.4 Радіоінтерфейс мережі LTE

1.5 Радіочастотний спектр технології LTE

1.6 Взаємодія стандарту LTE з UMTS / GSM і  стандартів не-3GPP

1.7 Використання технології MIMO в  мережах LTE

2. Завдання №2

2.1 Техніко-економічне обгрунтування побудови мережі LTE

2.2 Розрахунок пропускної здатності мережі. Розрахунок кількості потенційних абонентів, вибір обладнання транспортної мережі

2.2.1 Розрахунок пропускної  здатності мережі. Розрахунок кількості  потенційних абонентів

2.2.2 Вибір обладнання транспортної  мережі

2.2.3 Вибір оптичного кабелю

2.3 Вибір обладнання мережі LTE

2.3.1 Вибір керуючого обладнання  мережі LTE

2.3.2 Вибір обладнання базової  станції eNode Band LTE

2.3.3 Вибір обладнання електроживлення

2.3.4 Розрахунок споживаної потужності

2.3.5 Розрахунок джерела безперебійного  живлення змінного струму

2.3.6 Розрахунок автоматичних вимикачів  і групи обліку

2.3.7 Розрахунок контуру заземлення

2.4 Розрахунок зон радіопокриття  для мережі LTE на деякій території

2.4.1 Аналіз радіо покриття

2.4.2 Частотно-територіальний поділ  і ситуаційне розташування ENB на  деякій території

Висновок

Список літератури

 

 

Вступ

Бурхливий розвиток різних технологій зв'язку, як фіксованого, так і мобільного, викликане, в першу чергу, підвищеним інтересом людей до мережі Інтернет. Величезна роль мережі Інтернет в сучасному світі обміну інформації незаперечна і не потребує підтвердження. За допомогою глобальної мережі люди мають можливість працювати, вчитися, спілкуватися, обмінюватися даними, переглядати потокові відеофайли, прослуховувати аудіозаписи, а також користуватися в режимі онлайн всілякими послугами комерційних компаній і державних установ.

В Україні поширення доступу до мережі Інтернет викликає труднощі, в першу чергу, унаслідок просторості території. У містах нашої країни до глобальної мережі може підключитися будь-який бажаючий, виходячи зі своїх потреб, вибравши задовольняє його тариф. При чому у міського жителя є вибір між провідним і бездротовим доступом. Але в сільській місцевості справа йде набагато гірше. Оператори зв'язку не прагнуть телефонізувати села і забезпечувати послуги доступу в Інтернет, а той зв'язок, що надається, часто викликає нарікання.

Для вирішення цієї проблеми можна піти різними шляхами. Можна використовувати для доступу в мережу Інтернет супутниковий зв'язок, організувати доступ за допомогою дротових ліній зв'язку або за допомогою мобільного зв'язку. Супутниковий доступ не задовольняє швидкістю і дуже дорогий. Доступ за допомогою дротових ліній можливий тільки за наявності на селі цифрових АТС. Доступ за допомогою мобільного зв'язку став можливий з приходом стандартів EDGE / GSM і UMTS / HSPA, але швидкість першого занадто мала для комфортної роботи в мережі Інтернет, а дія другого часто не поширюється на сільську місцевість з двох причин: по-перше, мобільні оператори, в першу чергу, намагаються охопити міську місцевість і, по-друге, дальність дії сигналу в діапазоні 1920-2100 МГц невисока, тому, щоб охопити великі території доведеться будувати величезну кількість базових станцій, що економічно не вигідно.

Одним з перспективних варіантів забезпечення сільської місцевості високошвидкісним доступом в мережу Інтернет - це побудова мереж стільникового рухомого радіозв'язку четвертого покоління (4G). Найбільш підходящим стандартом 4G для вирішення цього завдання є технологія бездротового доступу LTE.

LTE (від англ. Long Term Evolution - еволюція в довгостроковій перспективі) - технологія побудови мереж бездротового  зв'язку, створена в рамках проекту  співпраці у створенні мереж  третього покоління 3GPP (3G Partnership Project). Основними цілями розробки технології LTE є: зниження вартості передачі  даних, збільшення швидкості передачі  даних, можливість надання більшого  спектру послуг за нижчою ціною, підвищення гнучкості мережі  і використання вже існуючих  систем мобільного зв'язку. Головна  відмінність стандарту LTE від інших  технологій мобільного зв'язку  полягає в повному побудові  мережі на базі IP-технологій. Радіоінтерфейс LTE забезпечує покращені технічні  характеристики, включаючи максимальну  швидкість передачі даних понад 300 Мбіт / с, час затримки пересилання  пакетів менше 5 мс, а також значно  вищу спектральну ефективність  в порівнянні з існуючими стандартами  бездротового мобільного доступу  третього покоління (3G).

абонент кабель радіо транспортний

 

1. Завдання №1

 

1.1 Розвиток технології LTE

 

Розробка технології LTE як стандарту офіційно почалася наприкінці 2004 року. Перед дослідниками постало питання про вибір технології фізичного рівня, яка б забезпечила високу швидкість передачі даних. Були запропоновані два варіанти: W-CDMA, вже використовується в мережах HSPA, і OFDM - нова технологія радіоінтерфейсу. Після проведених досліджень було вирішено використовувати технологію OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing) - мультиплексування з ортогональним частотним поділом каналів.

У травні 2006 року в рамках проекту 3GPP була створена перша специфікація на радіоінтерфейс E-UTRA (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access). Ця специфікація увійшла в основу 3GPP Release 7. У грудні 2008 року була затверджена версія стандартів 3GPP Release 8, яка фіксувала архітектурні та функціональні вимоги до систем LTE. У середині 2009 року з'явилися перші дослідні системи на основі LTE. В кінці 2009 року шведська телекомунікаційна компанія Telia Sonera, спільно з Ericsson оголосила про запуск першої в світі комерційної мережі в Стокгольмі і Осло.

На сьогоднішній день мережі стандарту LTE розгорнуті в більш ніж 80 країнах світу і їх число швидко збільшується.

У Росії побудова мереж стандарту LTE загальмоване труднощами в розподілі частотного ресурсу компаніям-операторам мобільного зв'язку. 20 грудня 2011 компанія «Скартел» запустила першу в Росії мережу LTE в місті Новосибірську. Компанія «МТС» планує запустити мережу LTE в місті Москві в червні 2012 р., використовуючи мережу пасивних ВОЛЗ.

 

1.2 Короткий огляд основних параметрів  технології LTE

 

Стандарт LTE являє собою володіє великою гнучкістю ефірний інтерфейс. Тип мережі носить назву E-UTRAN - Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (розвивається універсальна наземна мережа радіодоступу). Нижче наведені основні параметри технології LTE.

Технологія множинного доступу:

прямий канал (Downlink - DL) - OFDMA;

зворотний канал (Uplink - UL) - SC-FDMA;

Робочий діапазон частот: 450 МГц; 700 МГц; 800 МГц;

1800 МГц; 2,1 ГГц; 2,4 - 2,5 ГГц; 2,6 - 2,7 ГГц.

Бітова швидкість:

прямий канал (DL) MIMO 2TX Ч 2RX: 100 - 300 Мбіт / с;

зворотний канал (UL): 50 - 172,8 Мбіт / с.

Ширина смуги радіоканалу: 1,4 - 20 МГц.

Радіус осередки: 5 - 30 км.

Ємність осередки (кількість обслуговуваних абонентів):

більше 200 користувачів при смузі 5 МГц;

більше 400 користувачів при смузі більше 5 МГц.

Мобільність: швидкість переміщення до 250 км / ч.

Параметри MIMO:

прямий канал (DL): 2TX Ч 2RX, 4TX Ч 4RX;

зворотний канал (UL): 2TX Ч 2RX.

Заначеніямі затримки (latency): 5мс.

Спектральна ефективність: 5 біт / сек / Гц.

Підтримувані типи модуляції:

прямий канал (DL): 64 QAM, QPSK, 16 QAM.

зворотний канал (UL): QPSK, 16 QAM.

Дуплексне поділ каналів: FDD, TDD.

 

1.3 Мережева архітектура стандарту LTE

 

Архітектура мережі LTE розроблена таким чином, щоб забезпечити підтримку пакетного трафіку з «безшовної» мобільністю, мінімальними затримками доставки пакетів і високими показниками якості обслуговування. Основною метою розробників стандарту LTE було максимально можливе спрощення структури мережі і виключення дублюючих функцій мережевих протоколів, характерних для системи 3G UMTS.

 

Малюнок 1.1 - Узагальнена структура мережі LTE

В архітектурі стандарту LTE вся мережеве взаємодія відбувається між двома вузлами: базової станцією (eNB) і блоком управління мобільністю (MME), який включає в себе мережевий шлюз GW (Gateway).

На фізичному рівні мережа LTE складається з двох компонентів: мережі радіодоступу E-UTRAN і базової мережі SAE (System Architecture Evolution).

Мережа E-UTRAN складається з базових станцій eNB. Базові станції є елементами повно-мережі і з'єднані між собою за принципом «кожен з кожним». Кожна eNB має інтерфейс S1 з базовою мережею SAE, побудованої за принципом комутації пакетів. На eNB в мережах LTE покладені такі функції: управління радіоресурсами, шифрування потоку даних користувача, маршрутизація в користувальницької площині пакетів даних.

 

Малюнок 1.2

 

Базова мережа SAE, звана ще EPC (Evolved Packet Core), містить вузли MME / UPE, що складаються з логічних елементів ММЕ і UPE. Логічний елемент MME (Mobility Management Entity) відповідає за вирішення завдань управління мобільністю абонентського терміналу і взаємодіє з базовими станціями за допомогою протоколів площини управління C-plane. Крім цього, MME розподіляє повідомлення виклику (paging) до eNB, управляє протоколами площині управління, призначає ідентифікатори абонентських терміналів, забезпечує безпеку мережі, перевіряє справжність повідомлень абонентів і управляє роумінгом.

Логічний елемент UPE (User Plane Entity) відповідає за передачу даних користувачів згідно з протоколами площині користувача U-plane. Елемент UPE виконує наступні функції: стиснення заголовків IP-протоколів, шифрування потоків даних, терминацию пакетів даних.

Архітектура базової мережі SAE являє собою пакетний PS-домен системи LTE, який надає як голосові, так і всю сукупність IP-послуг на основі технологій пакетної комутації даних. В основу базової мережі SAE покладена концепція «все через IP» і та обставина, що доступ до неї може здійснюватися як через мережі радіодоступу другого і третього поколінь (UTRAN / GERAN), так і через мережі не-3GPP (WiMAX, Wi-Fi), а так само через мережі, що використовують провідні IP-технології (ADSL +, FTTH).

 

1.4 Радіоінтерфейс мережі LTE

 

Радіоінтерфейс мережі LTE E-UTRAN підтримує обидва методи дуплексного рознесення каналів: частотний FDD і тимчасової TDD. Функціонування мереж LTE може здійснюватися в частотних діапазонах з різною шириною. Сигнали низхідного і висхідного напрямків можуть займати смуги від 1,4 до 20 МГц в залежності від кількості активних ресурсних блоків. Передача інформації у висхідному і низхідному напрямках організована в кадрах, тривалість яких дорівнює 10 мс. Кадри поділяються на більш дрібні тимчасові структури - слоти.

У режимі з частотним рознесенням FDD кадр ділиться на 20 слотів, що нумеруються від нульового до 19-го, кожен з яких має тривалість 0,5 мс. У режимі FDD часовий ресурс в межах кадру розділений навпіл для передачі в протилежних напрямках. Фізичні канали в режимі FDD в протилежних напрямках мають обов'язковий дуплексний рознос. Режим тимчасового рознесення каналів TDD має асинхронну природу. Передача даних в режимі TDD відбувається одночасно в обох напрямках в одному діапазоні частот.

Особливістю радіоінтерфейсу в лінії «вниз» мережі E-UTRAN є використання технології множинного доступу OFDMA - мультиплексування з ортогональним частотним поділом. Одна з основних цілей використання технології OFDMA є боротьба з перешкодами, викликаними багатопроменевим поширенням сигналу, так як OFDM-сигнал розглядається як безліч повільно модульованих вузькосмугових сигналів, а не як один швидко модульований широкосмуговий сигнал. Технологія OFDM заснована на формуванні многочастотного сигналу, що складається з безлічі піднесуть частот. При формуванні OFDM-сигналу потік послідовних інформаційних символів тривалістю Ті / N розбивається на блоки, що містять N символів; Ті - тривалість одного символу. Блок послідовних інформаційних символів перетворюється на блок паралельних символів, в якому кожен інформаційний символ відповідає певній частоті многочастотного сигналу.

 

Рисунок 1.3 - Структурная схема формирования OFDM-сигнала

 

У лінії «вниз» мережі E-UTRAN застосовують такі види модуляції: QPSK, 16 QAM, 64 QAM. При формуванні OFDM / QAM-сигналу використовується дискретне зворотне швидке перетворення Фур'є. Формування OFDM-сигналу в передавачі базової станції мережі LTE E-UTRAN показано на малюнку 1.3.

Для боротьби з міжсимвольною інтерференцією використовуються циклічні префікси ЦП (СР). Застосовують короткі і довгі префікси, тривалість яких 4,7 мкс і 16,7 мкс відповідно.

Для лінії «вниз» мережі E-UTRAN визначено три фізичні і чотири транспортних каналів:

PDCCH (Physical Downlink Control Channel) - фізичний  канал управління «вниз»;

PDSCH (Physical Downlink Shared Channel) - загальний  транспортний фізичний канал  лінії «вниз», призначений для  передачі даних і мультимедіа  з високою швидкістю;

ССРСН (Common Control Physical Channels) - загальний фізичний канал управління, передає службову інформацію;

ВСН (Broadcast Cannel) - транспортний мовний канал;

РСН (Paging Cannel) - транспортний канал виклику (пейджингу);

DL-SCH (Downlink Shared Channel) - загальний  транспортний канал лінії «вниз»;

MCH (Multicast Channel) - транспортний  канал мовлення в групі.

У лінії «вгору» радіоінтерфейсу мережі LTE E-UTRAN використовується технологія SC-FDMA (Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) - множинний доступ з мультиплексированием з частотним рознесенням передачі на одній несучої. Схема передачі даних за допомогою технології SC-FDMA показана на малюнку 1.4.

 

Рисунок 1.4 - Передача данных с помощью технологии SC-FDMA

 

Для виключення взаємного впливу користувачів в лінії «вгору» мережі E-UTRAN вводяться циклічні префікси, а також використовуються ефективні еквалайзери в прийомних пристроях. Розподіл частотного ресурсу між абонентами здійснюється ресурсними блоками, кожному з яких відповідає смуга частот 180 кГц, що при розносі між сусідніми піднесучими частотами в 15 кГц відповідає 12 піднесучих. Максимальна кількість доступних ресурсних блоків залежить від виділення системі діапазону частот, значення якого може доходити до 20 МГц.