Перспективная схема развития WiMAX в Удмуртии

 

4.3 Определение размеров секторов и групповой скорости потока данных

 

Oднa шecтиceктopнaя бaзoвaя cтaнция с шестью антеннами, угол нaпpaвлeннocти кoтopыx 45^° , пoддepживaeт до 1000 абонентов.

Ocнoвывaяcь нa aнaлизe тpeбoвaний aбoнeнтoв и учитывaя пoлyчeнныe пpoцeнтныe cooтнoшeния, oпpeдeлим кoличecтвo пoльзoвaтелeй, жeлaющиx пoлyчaть oпpeдeлeнныe ycлyги.

 

Таблица 4.2 - Данные по количеству пользователей и предоставляемым услугам

 

Тип сервиса	Доля, %	Число пользователей
512/256 кбит/с. Данные	30	300
Тип сервиса	Доля, %	Число пользователей
2048/512 кбит/с. Данные	19	190
512/256 кбит/с. Данные + VoIP	33	330
2048/512 кбит/с. Данные + VoIP	18	180
Всего	100	1000

 

 

Oпpeдeлим мaкcимaльнyю гpyппoвyю cкopocть V пoтoкa дaнныx, пpи cкopocти нa aбoнeнтa 512/256 кбит/c.

 

V = Na * Vaб кбит/c      (4.3)

 

гдe Na - кoличecтвo aбoнeнтoв, кoтopым пpeдocтaвлeнa oпpeдeлeннaя cкopocть пepeдaчи дaнныx;

Vaб - cкopocть пepeдaчи дaнныx для aбoнeнтa.

Cкopocть ниcxoдящeгo пoтoкa:

V= 630 * 512 = 322 560 кбит/c = 315 Мбит/с

Cкopocть вocxoдящeгo пoтoкa:

V= 630 * 256 = 161 280 кбит/c = 158 Мбит/с

 

Гpyппoвaя cкopocть V пoтoкa дaнныx, пpи cкopocти 2048/512 кбит/c нa aбoнeнтa:

 

Cкopocть ниcxoдящeгo пoтoкa:

V= 370 * 2048 = 757 760 кбит/c = 740 Мбит/с

Cкopocть вocxoдящeгo пoтoкa:

V = 370 * 512 = 189 440 кбит/c = 185 Мбит/с

 

Paccчитaeм cкopocть в пoтoкe oт IP-тeлeфoнии.

Haгpyзкa на oднoгo aбoнeнтa cocтaвляeт 0,075 Эpлaнг для IP-тeлeфoнии.

Oбщaя нaгpyзкa нa ceть oт aбoнeнтoв IP-тeлeфoнии cocтaвит:

A = 0,075 * Na Эpлaнг      (4.4)

A = 0,075 * 510 = 38,25 Эpлaнг

 

Пo тaблицe Эpлaнгa c вepoятнocтью oткaзa 0,5 % oпpeдeлим кoличecтвo coeдинитeльныx линий нeoбxoдимыx для пpoпycкaния тaкoй нaгpyзки. Taким oбpaзoм, кoличecтвo coeдинитeльныx линий paвнo 53. Maкcимaльнaя cкopocть в линии для пepeдaчи peчeвoгo cигнaлa cocтaвит 64 кбит/c, cлeдoвaтeльнo, paccчитaeм гpyппoвyю cкopocть пoтoкa IP- тeлeфoнии cлeдyющим oбpaзoм:

 

Vip = 53 * 64 кбит/c = 3 392 кбит/c = 3,31 Мбит/с

 

Taкжe из oпpeдeлeннoгo вышe кoличecтвa coeдинитeльныx линий oт aбoнeнтoв к пyбличным ceтям, мoжeм cкaзaть, чтo для выxoдa на ceть oбщeгo пoльзoвaния пoтpeбyeтcя opгaнизoвaть 2xE1 пoтoк. Пoлyчeнныe peзyльтaты сведем в тaблицy 3.3.

 

Taблицa 4.3 - Данные по объемам секторов и предоставляемым скоростям

 

Тип сервиса	Общее число пользователей	Требуемая скорость, Мбит/с
VoIP	510	3,31
512/256 кбит/с. Данные	630	315/158
2048/512 кбит/с. Данные	370	740/185
Всего		1059

 

 

Taким oбpaзoм, пpoeктиpyeмaя ceть дoлжнa пpeдocтaвлять cкopocть 1059 Mбит/c для yдoвлeтвopeния пoтpeбнocтeй пoльзoвaтeлeй. Taк кaк pacчeт нaгpyзки был пpoизвeдeн пpи мaкcимaльнo вoзмoжныx знaчeнияx cкopocти и мaкcимaльнo вoзмoжнoм кoличecтвe aбoнeнтoв oднoвpeмeннo пoльзyющиxcя ycлyгaми, cкopocть 1059 Mбит/c являeтcя мaкcимaльным знaчeниeм cкopocти пoтoкa oт 1000 aбoнeнтoв.

 

 

4.4 Модель распространения сигнала

 

Модель идеального канала, называемого каналом с «аддитивным белым Гауссовским шумом» (AWGN), - обычная отправная точка при анализе работы системы радиосвязи. Согласно этой модели, переданные образцы данных поражаются рядом статистически независимых шумовых источников, которые представлены главным образом тепловыми шумами, возникающими в приемнике. Тепловые шумы возникают из-за случайного движения электронов вследствие тепловой активности в приемнике. Термин «Гауссовский» используется, чтобы подчеркнуть, что эти тепловые помехи имеют Гауссовское распределение. Ток, наведенный случайным движением электронов, может быть оценен как сумма бесконечно большого количества малых индивидуальных токов, произведенных движением очень большого количества электронов, и, так как все источники ведут себя независимо, предполагается, что полный ток является суммой большого количества независимых и идентично распределенных случайных токов. Если применить центральную предельную теорему, которая утверждает, что распределение суммы большого количества случайных переменных приближается к Гауссовскому распределению, то этот полный ток будет иметь Гауссовское поведение. Термин «белый» (white) используется, чтобы указать, что этот шум имеет равную мощность для всех частотных компонент, то есть спектральная плотность мощности шума постоянна для всех частот и равна N₀/2, при этом N₀/2 называют двухсторонней шумовой спектральной плотностью. Термин «аддитивный» подразумевает, что шумовые образцы добавлены к переданным образцам данных и поражают их. Таким образом, в общей сложности принятый в канале AWGN сигнал, может быть представлен как

      (4.5)

 

где s(t) - переданный сигнал;

n(t) - шумовой сигнал, образцы которого имеют среднее значение 0 и варьируются в пределах N₀/2.

К сожалению, модель AWGN не является вполне соответствующей для беспроводных каналов, потому что переданный сигнал подвержен также явлению «замираний», добавляемых беспроводным каналом в дополнение к шуму, возникающему в приемнике. Замирания представляют собой флуктуации  мгновенных значений напряженности сигнала в месте расположения приемника из-за множества трасс распространения при прохождении сигнала.

Сигнал отражается различными объектами, расположенными на его трассе, поскольку он идет от передатчика к приемнику, проходя через множество трасс. Эти компоненты многолучевого распространения воздействуют на приемник положительно или отрицательно в зависимости от их коэффициентов ослабления и фазовых углов, заставляя таким образом уровень принятого сигнала колебаться в зависимости от времени и расстояния.

Основные механизмы, которые затрагивают сигнал, распространяющийся в беспроводной среде, - это отражение, дифракция и рассеивание.

Отражение происходит, когда распространяющийся сигнал отражается от объекта с размерами достаточно большими по отношению к длине волны сигнала.

Дифракция происходит, когда трасса распространения между передатчиком и приемником перекрыта плотным препятствием с размерами, которые являются большими по отношению к длине волны сигнала, что приводит к формированию позади препятствия вторичных волн.

Рассеивание происходит, когда распространяющийся сигнал наталкивается на объект, размеры которого порядка длины волны сигнала или менее, что приводит к переизлучению энергии сигнала по всем направлениям.

Эти три вида замираний вместе образуют общую картину замираний в канале, достаточно полно представляемую как Замирания Крупного масштаба и Мелкомасштабные Замирания.

Крупномасштабные замирания. Крупномасштабные замирания представляют собой среднее ослабление мощности сигнала или потери на трассе при прохождении трасс большой протяженности. Потери на трассе и Затенение – вот два основных механизма, которые приводят к эффектам замираний крупного масштаба. 

Потери на трассе распространения. Потери на трассе распространения лучше всего описываются моделью потерь на трассе свободного распространения. Модель потерь на трассе свободного распространения предполагает, что передающая антенна является изотропной, то есть, передатчик излучает энергию с равной интенсивностью во всех направлениях, и нет никаких объектов на трассе распространения между передатчиком и приемником, которые могли бы блокировать сигнал или создавать условия для его отражения. Также предполагается, что среда передачи не поглощает энергию. Мощность, принятая  приемной антенной в модели свободного пространства определяется выражением для свободного пространства:

      (4.6)

 

где P_t – переданная мощность;

P_r (d) – принятая мощность, которая является функцией расстояния между передатчиком и приемником;

G_t – усиление передающей антенны;

G_r – усиление приемной антенны;  

λ –  длина волны сигнала;

d – это расстояние между передатчиком и приемником.

Можно видеть, что мощность принятого сигнала обратно пропорциональна квадрату расстояния между передающей  и приемной антеннами. Следовательно, если расстояние между передатчиком и приемником увеличивается, мощность принимаемого сигнала уменьшается.

Вычислим уровень сигнала на расстоянии 5 км и преобразив  в логарифмический вид:

   (4.7)

 

дБм

 

Уровень принимаемой мощности на расстоянии 6 км равен –57.98 дБм.

Чувствительность приемника на 64-QAM ¾ - модуляции составляет –74 дБм, т.е. уровень мощности является достаточным для условия радиопередачи.

Мелкомасштабные замирания. Мелкомасштабные замирания относятся к быстрым колебаниям мощности принимаемого  сигнала на протяжении короткого промежутка времени или малой дистанции распространения. Этот тип замираний наблюдается в тех случаях, когда две или большее количество копий переданного сигнала достигают приемника с различными задержками распространения, амплитудой, фазой и углами прибытия. Рассматривать их не будем, т.к. методы борьбы с ними достаточно эффективно решают модуляции и кодовые решения стандарта IEEE 802.16.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 ПРОЕКТНЫЕ РЕШЕНИЯ ПО ТЕХНОЛОГИИ МОБИЛЬНЫЙ WiMAX НА ТЕРРИТОРИИ УДМУРТИИ

 

5.1 Выбор мультиплексора

 

NetRing 2500, STM-1/4/16 мультиплексор

Оптический мультисервисный  узел NG SDH NetRing 2500 служит для построения и развития корпоративных сетей  и сетей MAN уровней STM-1/STM-4/STM-16. Являясь бюджетным решением, устройство реализует доставку услуг SDH и передачу данных нового поколения - включая ATM, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, и демонстрирует быстроту и эффективность работы. Мультисервисный узел NetRing 2500, исполненный в виде корзины, совмещает в себе функции мультиплексора ввода-вывода (ADM), системы кросс-коннекта (DCS), коммутации и взаимодействия с сетями Ethernet и ATM с поддержкой технологиии надежной кольцевой передачи пакетов (RPR). Подобная многофункциональная интеграция разнообразных функций в одном устройстве значительно упрощает вопрос построения сети и ее последующего технического обслуживания.

Рисунок 5.1 - NetRing 2500, STM-1/4/16 мультиплексор

NetRing 2500 использует распределенную  архитектуру кросс-коннекта, которая обеспечивает выгодное соотношение функциональности и стоимости оборудования. Благодаря широким возможностям применения, NetRingTM 2500 подходит для сетей LAN, MAN, сетей доступа и опорных сетей. Распределенная архитектура кросс-коннекта мультисервисного узла позволяет расширять сеть по мере роста в зависимости от количества требуемых оптических интерфейсов и скоростей.

NetRing 2500 поддерживает  непрерывную и виртуальную конкатенацию  на уровне VC-12/VC-4/VC-3. Устройство имеет  встроенную поддержку услуг Ethernet, использует GFP протокол для преобразования услуг Fast Ethernet/Gigabit Ethernet в NxVC-12/VC-4/VC-3, обеспечивает Layer 2 коммутацию, механизмы выравнивание трафика (traffic shaping) и LCAS. Мультисервисная платформа NetRing 2500 также обеспечивает передачу услуг ATM, предоставляя интерфейсы STM-1 и инверсного мультиплексирования IMA.

Мультиплексор обеспечивает разнообразные механизмы защиты и резервирования: SDH 1+1 MSP, 1:N MSP, 2/4F Unidirectional MS-SPRing, SONET 1+1 APS, UPSR, 2xFiber BLSR и VC-12/VT1.5 Path Protection. Система реализует горячее резервирование модулей управления и синхронизации по схеме 1+1.

 

Особенности:

 

- Поддержка SDH

- Мультисервисность

- Поддержка структурной топологии

- Возможность наращивания по мере роста и требований

- Полная защита и резервирование

 

 

Спецификация

 

Физические  характеристики

Габариты (ВхШхГ) 175мм x 436мм x 281мм

Вес  15 кг при полной комплектации

Рабочая температура от 00С до 500C

Влажность от 5 до 95% (без конденсации)

Электропитание - 48 VDC / 24 VDC

Энергопотребление 135 Ватт при полной загрузке

Соответствие техническим  условиям FCC Part 15 Class A, UL1950, NEBS Level 3 ITU-T G.691, G.704, G.707, G.708, G.709, G.781, G.783, G.813, G.814, G.957. Telcordia GR-253-CORE, IEEE802.3, 802.3U/z/ad;802.1/q/p/d/s/w

 

Сетевые интерфейсы

STM-16 1 порт на 1 модуль, максимум 4 порта на корзину

STM-4 1/2/4 порта на 1 модуль, максимум 32 порта на корзину

STM-1 1/2/4 порта на 1 модуль, максимум 32 порта на корзину

 

Распределительные интерфейсы

10/100Base T Ethernet 8 портов на 1 модуль, максимум 48 портов на корзину

1000BaseSX Ethernet 2 порта на 1 модуль, максимум 12 портов на корзину

STM-1 4 порта на 1 модуль, максимум 24 порта на корзину

E1 63 порта на 1 модуль, максимум 378 порта на корзину

E3 3 порта на 1 модуль, максимум 18 портов на корзину

V.35 8 портов на 1 модуль, максимум 48 портов на корзину