Проектування мережі рухомого зв’язку стандарту WiMAX

ЗАТВЕРДЖЕНО  Наказ Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України  29.03.2012 N 384

Форма N Н-6.01

Вінницький національний технічний  університет

Кафедра телекомунікаційних систем та телебачення

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВА РОБОТА

з дисципліни „Системи мобільного зв’язку”

на тему: „ Проектування мережі рухомого зв’язку стандарту WiMAX”

08-34.СМЗ.021.00.000 ПЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

Студента _4_ курсу,  групи ТКп-10  напряму підготовки  6.050903 «Телекомунікації» спеціальності «Телекомунікаційні системи та мережі» Письменюк І. О.                                                   (прізвище та ініціали)    Керівник    доц. кафедри ТКСТБ, к.т.н., Семенова О.О.                       (посада, вчене звання, науковий ступінь, прізвище та ініціали) Національна шкала ___________________________  Кількість балів: __________ Оцінка: ECTS _______     Члени комісії ________________  (підпис) Семенова О.О.                     (прізвище та ініціали) ________________  (підпис)  Бєлов В.С.              .  (прізвище та ініціали)

м.Вінниця   2013 рік

 

Міністерство освіти та науки України

Вінницький національний технічний  університет

Інститут радіотехніки, радіозв’язку та приладобудування

 

    Затверджено

       на засіданні кафедри ТКСТБ

Протокол  №__ від __.__. 13 р.

ІНДИВІДУАЛЬНЕ  ЗАВДАННЯ

на курсову роботу  з дисципліни «Системи мобільного зв’язку»

 

Студенту Письменюку І. О.                                групи ТКп-10б    

       

на тему: Проектування мережі рухомого зв’язку стандарту WiMAX

 

 

Варіант №21

 

Вихідні  дані:

1. Номінальна потужність передавача 5 Вт.

2. Середня робоча частота 1200 Мгц.

3. Висота прийомної антени 1,5 м.

4. Необхідна напруженість поля  сигналу в пункті прийому 36 дБ.

5. Рельєф місцевості в зоні  обслуговування Dh₁=16 м; Dh₂=40 м.

6. Карта міста Квадрат зі стороною 35 км.

7.Тип  антени Восьмиелементна спрямована антена.

ЗМІСТ  ПОЯСНЮВАЛЬНОЇ ЗАПИСКИ

(Склад)                                                                                Орієнтовний обсяг с.

Титульний лист

Індивідуальне завдання

Зміст

Анотація                                 1 стор.

Перелік скорочень

Вступ                              1-2 стор.

1. Загальні відомості про систему зв’язку заданого стандарту           7-10 стор.

2. Основний розрахунок мережі зв’язку                         7-10 стор.

3. Моделюваня                                                                                                      4-5 стор.

4. Схема апарату рухомого зв’язку                                               4-6 стор.

Висновки                                        1-2 стор.

Перелік посилань       

Додаток – план міста з нанесеним на нього планом розташування станцій

ГРАФІЧНА  ЧАСТИНА

1.Схема структурна стандарту 

 

 

Дата видачі «6» вересня 2013 р.           Керівник__________________(підпис)

  

Дата захисту «___» _________ 20__ р.

           Завдання отримав__________(підпис)_

АНОТАЦІЯ

У даній курсовій роботі було здійснено проектування мережі рухомого зв’язку стандарту  WiMAX. Описано основні параметри стандарту. Було розроблено карту покриття і розташування базових станцій, проведено розрахунок відстані між базовою і центральною станцією. Проведено моделювання. Розроблено структурну схему.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ANNOTATION

Planning of mobile communication of standard of WiMAX network was carried out In this term paper. The basic parameters of standard are described. The map of coverage was developed location of the base stations, the calculation of distance is conducted between the base and central station. A design is conducted. A flow diagram is developed.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПЕРЕЛІК СКОРОЧЕНЬ

3GPP 3rd Generation Partnership Project;

ААА           Authentication, Authorisation, Accounting;

AMC advanced modulation and coding;

ASN Access Service Network;

ASP            Application  Service Provider;

BTC Block Turbo Coding;

CC Convolutional Coding;

CDD Сyclic Delay Diversity;

CID Client Identifier;

CP Cyclic Prefix;

CRC Cyclic Redundancy Check;

CSN Connectivity Service Network;

CTC Convolutional Turbo Coding;

DAMA Demand Assigned Multiple Access;

DL-MAP   Downlink Map;

DP Decision Point (шлюза ASN);

DSL Digital Subscriber Line;

EP Enforcement Point (шлюза ASN);

FA Foreign Agent;

FCH Frame Control Header;

FDMA Frequency Division Multiple Access;

FUSC Full Usage of the Subchannels;

GH Generic Header;

HA Home Agent;

HARQ Hybrid Automatic Repeat Request;

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers;

IP Internet Protocol;

LDPC Low Density Parity Check;

LLC Logical Link Control;

MAC Media Access Control;

MAN Metropolitan Area Network;

MAP Maximum A-posteriori Probability;

MIMO Multiple Input – Multiple Output;

MIP Mobile IP

MM Management Message;

MMS Multimedia Messaging Service;

NAP Network Access Provider;

NSP Network Service Provider;

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing;

OFDMA Orthogonal Frequency Multiple Access;

OSS            Operational Support Systems;

PHY Physical layer;

PDU Protocol Data Unit;

PMP Point-to-multipoint;

PTP Point-to-point;

PUSC Partial Usage of the Subchannels;

QoS Quality of Service;

SDMA Spatial Division Multiple Access;

SISO Single Input – Single Output;

SM Spatial Multiplexing;

SMS Short Message Service;

SOVA Soft Output Viterbi Algorithm;

SPID Subpacket Identifier;

STC Space-Time Coding;

STH Signaling Type Header;

STTD Space-Time block coding based Transmit Diversity;

TDMA Time Division Multiple Access;

TSM Time-Spreading Mechanism;

TVM Time-Variant Mechanism;

WAN Wide Area Network;

WAP Wireless Application Protocol;

Wi-Fi Wireless Fidelity;

WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access;

WLAN Wireless Local Area Network;

WMAN Wireless Metropolitan Area Network;

АБГШ аддитивный белый гауссовский шум;

АС абонентська станція;

БМ базова модель (мережі WiMAX);

БС базова станція;

КАМ квадратурна амплітудна маніпуляція;

МСІ міжсимвольна интерференція;

БФМ багатопозиційна фазова маніпуляція;

ППРЧ псевдовипадкова перестройка рабочої частоти;

ПСП псевдовипадкова послідовність;

РТП радіотехний пристрій;

РС              ретрансляційні станції;

ФМ фазова маніпуляція;

ШПС шумоподобні сигнали. 

ЗМІСТ

ВСТУП……………………………………………………………………………………..8

1 ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО СИСТЕМУ  WiMAX……………………...…………10

1.1 Принципи побудови мережі стандарту WіMAX ……………...………………..…10

1.2 Опис ефірного інтерфейсу стандарту WіMAX.........................................................14

1.3 Функціонування системи стандарту WіMAX….......................................................15

2 РОЗРАХУНОК ЗОН ОБСЛУГОВУВАННЯ…………………………………………23

2.1 Розрахунок максимальної відстані між ЦС і рухомою АС.....................................23

2.2 Розрахунок дальності між базовою станцією (БС) і мобільною абонентською станцією (АС) системи рухомого радіозв'язку при погіршенні параметрів СПР (радіус зони 2)....................................................................................................................26

2.3 Розрахунок дальності між центральною станцією (ЦС) і базовою станцією (БС) (радіус зони 1)....................................................................................................................27

2.4 Розрахунок дальності між центральною станцією (ЦС) і базовою станцією (БС) при погіршенні параметрів СПР (радіус зони 2)............................................................27

2.5 Оптимальне місце розташування ЦС і БС................................................................28

3 КОМП’ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ...........................................................................29

4 СТРУКТУРНА СХЕМА СИСТЕМИ WіMAX.............................................................32

ВИСНОВОК.......................................................................................................................33

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ.....................................................................................................34

ДОДАТКИ…………………...……………………………………………………..…….35

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВСТУП

Сучасний  науково-технічний розвиток у телекомунікаційній сфері з кожним днем стає дедалі активнішим. Якщо ще півстоліття тому передавання інформації на відстань передбачала використання пошти, телеграфу, телефонних ліній, то сьогодні всі ці традиційні засоби передавання інформації поступаються місцем новітнім інноваційним технічним засобам зв’язку. Серед яких визначне місце посідає мобільний зв’язок. Сучасну людину складно уявити без використання послуг мобільного зв’язку, до основних переваг якого відносять: мобільність, простоту користування, швидкість зв’язку, відносну дешевизну, можливість передавання письмової (SMS) та графічної (MMS) інформації, наявність додаткових функцій — нагадування, записник, будильник, годинник, калькулятор, ігри, музика та багато інших зручностей. Згідно зі статистичними даними кожен третій українець має мобільний телефон. Кожна сьома дитина до 10 років має власний чи часто користується батьківським телефоном. В основі встановлення мобільного зв’язку лежить передавання інформації за допомогою електромагнітних хвиль, які здійснюють складні устаткування — ретрансляційні вежі. Разом з тим слід зазначити, що дозаконодавче регулювання сфери мобільного зв’язку в державі абсолютно не відповідає рівню його поширеності та розвитку [1].

Технологія мобільного WiMAX, що ґрунтується на стандарті ІЕЕЕ 802.16е, є технологією для розгортання широкосмугових безпровідних мереж четвертого покоління 4G. Стандартом передбачено роботу в діапазоні частот 2-11 ГГц, а реалізовані на даний час технічні рішення приймально-передавального обладнання розраховані лише на роботу в діапазонах частот до 3.8 ГГц, для збільшення пропускної здатності та підвищення якості обслуговування в мережах мобільного WiMAX, існує потреба в обладнанні, яке б забезпечувало роботу на більш високих частотах. Стандарт 802.16e, що є, по суті, модернізацією попередньої версії, націлений на мобільних користувачів. Він підтримує функції хендовера та роумінгу, а одна з його головних переваг - відсутність вимоги прямої видимості для зв'язку. Починаючи з 2007-2008 р., мережі WiMAX активно розвиваються в США, Японії, Європі і в Південно-Східній Азії. Між операторами мереж WiMAX і операторами мережі 3G йде досить гостра конкурентна боротьба, де ринок послуг досить насичений засобами зв'язку, проте в державах, де інфраструктура кабельної мережі і розгортання стільникових мереж 3G вимагає невиправдано великих затрат, розгортання мереж WiMAX, може створити економічно вигідний високошвидкісний радіодоступ .

Технологія WiMAX має ряд переваг:

- В порівнянні з проводовими ( xDSL , T1) , безпроводовими або супутниковими системами мережі WiMAX повинні дозволити операторам і сервіс-провайдерам економічно ефективно охопити не тільки нових потенційних користувачів , але і розширити спектр інформаційних і комунікаційних технологій для користувачів , які вже мають фіксований (стаціонарний) доступ .

- Стандарт об'єднує в себе технології рівня оператора зв'язку (для об'єднання багатьох підмереж і надання їм доступу до Інтернет) , а також технології " останньої милі " ( кінцевого відрізка від точки входу в мережу провайдера до комп'ютера користувача) , що створює універсальність і , як наслідок , підвищує надійність системи .

- Бездротові технології більш гнучкі і , як наслідок , більш прості в розгортанні , так як у міру необхідності можуть масштабуватися .

- Простота установки як фактор зменшення витрат на розгортання мереж у країнах, що розвиваються , малонаселених або віддалених районах .

- Дальність охоплення є суттєвим показником системи радіозв'язку. На даний момент більшість бездротових технологій широкосмугової передачі даних вимагають наявності прямої видимості між об'єктами мережі . WiMAX завдяки використанню технології OFDM створює зони покриття в умовах відсутності прямої видимості від клієнтського обладнання до базової станції , при цьому відстані обчислюються кілометрами .

- Технологія WiMAX спочатку містить в собі протокол IP , що дозволяє легко і прозоро інтегрувати її в локальні мережі .

- Технологія WiMAX підходить для фіксованих , переміщуваних і рухомих об'єктів мереж на єдиній інфраструктурі .

На даний момент мобільні пристрої WiMAX, на відміну від Wi-Fi пристроїв, працюють на одному з трьох діапазонів частот. В ідеалі, для «безшовного» роумінгу по всьому світу, мобільний пристрій має підтримувати всі три діапазони частот.

Діапазони WiMAX частот:

2,3 - 2,4 ГГц,

2,5 - 2,7 ГГц,

3,4 - 3,6 ГГц.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ЗАГАЛЬНІ  ВІДОМОСТІ ПРО СИСТЕМУ WiMAX

1.1. Принципи побудови мережі WіMAX

 

Побудова  мережі WіMAX припускає використання трьох типів устаткування – базові станції (БС), абонентський комплект (абонентська станція – АС) і встаткування для організації зв'язку між базовими станціями – ретрансляційні станції (РС).

 

Рисунок 1.1 – Об’єднання філіальної мережі в межах міста