549_Sovremennye_problemy_telekommunikatsij_

Применение адаптивных цифровых радиорелейных линий при построении транспортной подсистемы беспроводных сетей 3G и 4G

А.А.Козлов

Работа посвящена специфике внедрения адаптивных цифровых радиорелейных линий, при построении транспортной подсистемы беспроводных сетей 3G и 4G, в сложных климатических и географических условиях Республики Алтай. В работе рассматриваются основные требования к построению сети 3G и 4G. Затрагивается проблема развития транспортной инфраструктуры связи и обслуживания телекоммуникационных сетей с использованием адаптивных цифровых радиорелейных линий. Произведена количественная оценка эффективности применения адаптивных ЦРРЛ.

Ключевые слова: адаптивные цифровые радиорелейные линии, сети третьего и четвертого поколения, количественной оценки эффективности применения адаптивных ЦРРЛ.

1. Введение

Тенденции развития современного информационного общества привели к тому, что в настоящее время в Российской Федерации стоит задача, как можно скорее войти в число лидеров по уровню развития и доступности услуг в сфере информатизации и телекоммуникаций. Внедрение сетей третьего (3G) и четвертого (4G) поколений является важнейшей частью информатизации общества.

Технология мобильной связи третьего поколения, основанная на пакетной передаче данных, включает в себя некоторый набор услуг, который объединяет в себе, как высокоскоростной доступ к сети Интернет (до 2 Мбит/с), так и технологию передачи голосового трафика.

Четвертое поколение мобильной связи, самое перспективное на сегодняшний день, отличается от предыдущих еще более высокой скоростью передачи данных (от 100 Мбит/с до 1 Гбит/с) и повышенными требованиями к передаче голосового трафика.

2. Описание региона развертывания сети

Для регионов России, с их большими по площади территориями, зачастую сложным географическим положением, неодинаковыми условиями жизни, низкой плотностью расселения, внедрение и развитие технологий 3G и 4G имеет особое значение.

Рассмотрим в качестве примера Республику Алтай, с ее резко-континентальным климатом (отдельные районы Республики приравнены к районам Крайнего Севера). Рельеф Республики Алтай характеризуется высокими хребтами, которые разделены узкими и глубокими речными долинами. Плотность населения в Республике одна из самых маленьких в Российской Федерации [1].

182

Внедрение систем, разработанных на основе беспроводных информационных технологий, позволит улучшить деятельность в регионе во многих сферах жизни:

туристическом бизнесе; образовании (возможность дистанционного обучения);

розничной торговле и логистике, обслуживании банкоматов и т.д.;

Рассмотрим общую структуру сети 3G и 4G (рисунок 1).

3. Особенности построения сетей 3G и 4G

Рисунок 1 - Общая структура сети 3G и 4G

Базовые станции 3G/4G должны быть подключены к действующей сети доступа IP/MPLS [2]. IP/MPLS (Internet Protocol/Multiprotocol Label Switching) – cеть, основанная на базе технологии многопротокольной коммутации меток, используемая для передачи различного вида трафика. Базовые станции, соединенные между собой на транспортном уровне, собственно и образуют сеть, сигнал от которой доступен конечному пользователю.

Монтаж антенно-мачтовых сооружений (АМС) и установка базовых станций с учетом современных технологий не вызывает серьезных проблем. С учетом рельефа местности Республики Алтай применяют технологию вертолетного монтажа АМС [3].

Сложные климатические и географические условия региона выявляют главную проблему в развитии транспортной инфраструктуры связи и обслуживании телекоммуникационных сетей. Одна из главных проблем операторов связи в удаленных и труднодоступных районах

– дефицит оптических магистральных каналов, в связи с трудностью прокладки волоконно- оптического кабеля и малой плотностью населения.

Зачастую для решения вопросов транспортной части применяются спутниковые каналы связи. Но такое решение, в условиях тех скоростей передачи, которые требуются сетям 3G и 4G, а так же в условиях крайне невысокой плотности населения, зачастую является неприемлемым.

4. Применение адаптивных ЦРРЛ

Одним из самых наилучших решении транспортной проблемы, является использование цифровых радиорелейных линий (ЦРРЛ). Они позволяют достигать достаточно высоких скоростей передачи данных, до 1 Гбит/с, при использовании адаптивной РРЛ. Основным недостатком использования ЦРРЛ, является влияние на качество связи осадков в виде

183

сильных ливневых дождей. Адаптивная модуляция и кодирование (АМК) позволяют свести к минимуму этот недостаток. АМК сейчас являются неотъемлемой частью всех современных ЦРРЛ работающих в миллиметровом диапазоне волн (от 30 до 300 ГГц). Применение АМК в ЦРРЛ позволяет изменять параметры оборудования так, что оно будет работоспособно в самых неблагоприятных погодных условиях, однако, это произойдѐт в ущерб скорости передачи информации в транспортной подсистеме, а, следовательно, в подсистеме базовых станций.

5. Количественная оценка эффективности применения адаптивных ЦРРЛ

Для количественной оценки эффективности применения адаптивных ЦРРЛ, был произведен обзор рынка оборудования. В результате чего было выбрано оборудование ведущих компаний по производству радиорелейной аппаратуры [4-7], и выделены типовые параметры, определяющие пропускную способность и помехоустойчивость в применяемых системах передачи. В качестве примера в таблице 1 приведены основные параметры оборудования РРС-350, производимого в России.

Таблица 1 - Основные характеристики оборудования РРС-350.

Использование такой аппаратуры, является идеальным решением для современных операторских приложений – опорных сетей мобильных операторов связи 3G/4G/LTE. Данные системы поддерживают все важнейшие для современной транспортной сети функции.

После изучения характеристик данного оборудования, можно сделать вывод, что при изменении погодных условий, например выпадении обильных осадков, позиционность модуляции будет уменьшаться (с 256 QAM до QPSK), следовательно, будет уменьшаться и возможная скорость передачи данных, но при этом пороговая чувствительность приемника будет увеличиваться.

Для оценки эффективности адаптивных РРЛ, был произведен расчет трассы РРЛ со следующими параметрами: частота работы оборудования 40,5 ГГц, протяженность трассы 10 км, тип устанавливаемого оборудования на трассе - РРС-350. При расчете учтены параметры оборудования (таблица 1), а также потери энергии радиосигнала в свободном пространстве, атмосфере и осадках.

Результаты показали, что в условиях климата Республики Алтай радиоканал со скоростью передачи данных в 350 Мбит/с и методом модуляции 256 QAM будет доступен в течении 99,85% времени, а радиоканал с минимальной скоростью передачи в 85 Мбит/с и методом модуляции QPSK будет доступен в течении 0,09% времени. Оставшееся время приходится либо на промежуточные значения скорости передачи, либо на перерыв связи, что неизбежно для КВЧ диапазона.

184

6. Заключение

На основе полученных расчетов можно сделать вывод, что адаптивные ЦРРЛ, являются наилучшим решением транспортной проблемы в труднодоступных районах, при построении сети 3G/4G, как в экономическом плане (затраты на радиорелейное оборудование существенно ниже, чем на спутниковые аналоги), так и в плане эффективности и простоты развертывания.

Литература

1.Федеральный медийный портал «Вся Россия». Республика Алтай. – URL: http://www.allrussia.tv/altai-republic/about/

2.Вивек Олвейн. Структура и реализация современной технологии MPLS Advanced, MPLS

Design and Implementation. Издательство: Вильямс, 2004 г., 480 с.

3.Министерство монтажных и специальных строительных работ СССР. Монтаж строительных конструкций с применением вертолетов. ВСН 463-85. 15.05.1985г. – 36с.

4.Гейзер Телеком. Оборудование радиорелейной связи. Е-Link Eagle. – URL: http://www.geyser-telecom.ru/rus/products/full/e-link/eagle/

5.ALFOplus80 - РРС миллиметрового диапазона. – URL: http://www.telecomsite.ru/upload/u0014.pdf

6.Совтел. Гигабитные РРС Siklu EtherHaul EH2000/EH1200. – URL: http://www.sovtel.ru/hardware/?content=view&id=485

7.DOK Company. Радиорелейная система РРС-350. – URL: http://dokltd.ru/products/a20036

Козлов Александр Александрович

аспирант кафедры систем радиосвязи СибГУТИ, (630102, Новосибирск, ул. Кирова, 86)

тел. (923) 155-50-12, e-mail: ak893@mail.ru

The use of adaptive digital radio-relay links in the construction of transport subsystem wireless 3G and 4G.

A.Kozlov

The work is devoted to the specifics of the implementation of adaptive digital radio relay lines, the construction of the transport subsystem wireless 3G and 4G, in difficult climatic and geographical conditions of the Altai Republic. In this paper, were considered basic requirements for the construction of the 3G network and 4G. Address the issue of development of transport infrastructure and communication services of telecommunication networks using adaptive digital radio relay lines. Quantifies the effectiveness of adaptive DRRL.

Keywords: adaptive digital microwave links, the network of the third and fourth generation, quantify the effectiveness of adaptive DRRL.

185

Анализ методов повышения устойчивости связи на интервале и участке

цифровой радиорелейной линии

М. Г. Кокорич

Работа посвящена анализу методов повышения устойчивости связи на интервале и участке цифровой радиорелейной линии (ЦРРЛ) с учѐтом причины возникновения замирания. Также затронуты вопросы оптимизации высот подвеса антенн с учѐтом зависимости устойчивости связи от частотно-селективных замираний.

Ключевые слова: цифровые радиорелейные линии, устойчивость связи, распространение радиоволн, сверх высокие частоты.

1. Введение

Целесообразность использования цифровых радиорелейных линий в качестве транспортных элементов современных телекоммуникационных систем в настоящее время не подлежит сомнению. ЦРРЛ успешно используются как телекоммуникационными компаниями общего пользования, так и операторами технологических линий, обеспечивающими информационную поддержку технологических процессов. Применение ЦРРЛ позволяет преодолеть значительные расстояния без прокладки кабельных линий связи в условиях вечной мерзлоты или сильнопересечѐнной горной местности. Однако, в отличие от кабельных линий связи радиосигналы СВЧ диапазона подвержены воздействию среды распространения, поэтому уровень сигнала на входе приѐмника постоянно меняется. Нормирование качественных показателей ЦРРЛ осуществляется через оценку устойчивости связи, то есть расчѐт процента времени, в течение которого вероятность ошибочного приѐма на выходе ЦРРЛ больше допустимого значения 10-6.

2. Факторы, определяющие устойчивость связи на участке цифровой радиорелейной линии

Оценка устойчивости связи на каждом интервале ЦРРЛ и всей линии в целом зависит от множества факторов. Это энергетические параметры оборудования, используемый диапазон частот, а также характеристики трассы распространения: рельеф, тип подстилающей поверхности, климатический регион, высоты подвеса антенн.

Причины, вызывающие замирания сигнала на интервале радиорелейной линии можно разделить на 4 группы, так как они требуют не только разных методов расчѐта, но и различных способов их уменьшения при необходимости:

1.Экранирующее действие препятствия при рефракционных явлениях на интервале.

2.Интерференция прямой волны и радиоволн, отражѐнных от поверхности земли и неоднородностей тропосферы.

3.Поглощение энергии радиоволн в гидрометеорах.

Взависимости от каждого конкретного случая требуются свои методы повышения устойчивости связи, которые могут противоречить друг другу.

186

3. Методы повышения устойчивости связи

Все меры по повышению устойчивости связи должны производится на этапе проектирования, так как вмешательство в построенную ЦРРЛ дорогостояще и не всегда возможно.

Если интервал является полузакрытым, или в данном регионе распространены явления субрефракции, то для снижения экранирующего действия препятствия необходимо повышать высоту подвеса антенны. Ещѐ одним вариантом является увеличение энергетического потенциала приѐмопередающего оборудования, что менее эффективно, чем увеличение просвета на интервале.

Если интервал имеет плоскую подстилающую поверхность или трасса ЦРРЛ расположена в регионе с повышенной влажностью, то наиболее вероятны замирания интерференционного характера. При использовании высокоскоростных радиорелейных линий интерференционные процессы не только уменьшают уровень сигнала на входе приѐмника, но и приводят к амплитудно-фазовым искажениям и, как следствие, к межсимвольной интерференции на выходе демодулятора и увеличению вероятности ошибочного приѐма. Спектр методов борьбы с интерференционными явлениями очень широк: частотно- и пространственно-разнесѐнный приѐм, адаптивные частотные и временные эквалайзеры. Необходимость применения различных методов определяется индивидуально.

Так, пространственно-разнесѐнный приѐм (ПРП) наиболее эффективен на интервалах с гладкой подстилающей поверхностью, особенно если трасса ЦРРЛ преодолевает водные пространства, что, как правило, встречается на малой части интервалов ЦРРЛ, однако ухудшает устойчивость связи на всей ЦРРЛ. Применение ПРП на особо сложных интервалах способно решить проблему устойчивости связи с минимальными финансовыми затратами.

Если трасса ЦРРЛ проходит по слабо пересечѐнной равнинной местности, то может потребоваться применение частотно-разнесѐнного приѐма, при котором переключение на резервный радиоствол производится при необходимости на каждой станции, так поучастковое резервирование сужается до резерва на каждом интервале ЦРРЛ.

Влияние интерференции на форму спектра радиосигнала приводит к дополнительным сложностям: искажение спектра не всегда сопровождается критическим уменьшением уровня сигнала на входе приѐмника, поэтому энергетические соотношения, в частности минимально-допустимый множитель ослабления радиосигнала не в полной мере отражает запас на замирания. Поэтому расчѐт устойчивости связи при воздействии интерференционных процессов ведѐтся через эффективный множитель ослабления, который имеет предел независимо от увеличения энергетического потенциала на интервале ЦРРЛ.

Прогноз влияния осадков на устойчивость связи строится на следующих основных факторах: тип климатического региона и присущая ему интенсивность осадков с различной вероятностью выпадения и энергетический потенциал интервала цифровой радиорелейной линии. Оптимизация параметров ЦРРЛ для выполнения нормы на устойчивость связи в данном случае заключается в правильном выборе длины интервала и коэффициента системы, который проще всего регулировать, используя приѐмо-передающие антенны разного диаметра и коэффициента усиления.

5. Заключение

Доклад включает в себя результаты оценки эффективности различных методов повышения устойчивости связи:

187

1.Оптимизация высотного разноса приѐмной и приѐмо-передающей антенн при использовании пространственно-разнесѐнного приѐма для получения максимальной эффективности повышения устойчивости связи.

2.Рекомендации по оптимизации просвета на интервале ЦРРЛ с целью получения максимального значения устойчивости связи. Рекомендации учитывают влияние интерференционных замираний на возникновение межсимвольных искажений, учитываются также параметры скорость передачи цифрового сигнала и метод модуляции, применяемый в радиорелейном оборудовании.

Литература

1.Калинин А.И., Надеенко Л.В. Оценка устойчивости работы цифровых РРЛ по статистике линейной амплитудной дисперсии/Гос.НИИР. Труды; № 1. Радиорелейная и спутниковая связь. – М.1991.

2.Методика расчета трасс цифровых РРЛ прямой видимости в диапазонах частот 2–20 ГГц, ЗАО Инженерный центр, НИИР. – М. 1998 г.

Кокорич Марина Геннадьевна

доцент кафедры систем радиосвязи СибГУТИ, (630102, Новосибирск, ул. Кирова, 86)

тел. (383) 2-698-254, e-mail: kokorich@mail.ru

Analysis methods for increasing the stability of communication range and the area of digital microwave link

Marina G. Kokorich

The paper analyzes the methods of increasing the stability of digital radio-relay communication lines, taking into account the causes of fading. Report highlights how to optimize antenna mounting heights, taking into account the stability of communication depending on the frequency-selective fading.

Keywords: digital radio-relay communication lines, radio wave propagation, super high frequency.

188

О повышении эффективности базовых станций в сотовых сетях радиосвязи

Д. С. Легкий, В. И. Носов

В докладе рассматривается зависимость числа абонентов от позиционности модуляции и числа секторов антенны базовой станции сети радиодоступа.

Ключевые слова: секторные антенны, число абонентов, позиционность модуляции.

1. Введение

Оптимальное размещение базовых станций с целью повышения количества обслуживаемых абонентов сети, а так же оптимальное территориально-частотное планирование и снижение экономических затрат являются актуальными проблемами при проектировании любой сети радиодоступа.

Прямая зависимость повышения числа абонентов от максимального увеличения позиционности модуляции и использовании при этом многосекторных антенн не очевидна. Рассмотрим разные случае позиционности модуляции при разных типах антенн.

2. Расчет числа абонентов при изменении числа секторов антенны.

Коэффициент частотной эффективности X FE , определяет количество доступных каналов на базовой станции. X FE определяется отношением общего числа каналов, доступных в системе, к разрядности кластера Cкл [1]

где Wi =12,5МГц – полоса частот, выделенная для работы системы; fk (M 2) 30кГц полоса частот, занимаемая одним каналом при двухпозиционной модуляции; fзj – защит-

ный частотный интервал между соседними каналами; M – позиционность модуляции;(M ) log2 M – спектральная эффективность; L – количество секторов антенны базовой

станции.

По вычисленному значению коэффициента частотной эффективности (1), определим число абонентов, которых сможет обслужить одна базовая станция

где А(NБС) – является трафиком, обслуживаемым одной базовой станцией. Зависит от числа каналов доступных на базовой станции NБС и определяется по модели Эрланга (3).

189

каналов, Эрланг. ( Aаб 0.025 Эрланг )

Выражение (2) можно использовать при односекторной L 1 антенне (круговой), а так же при большем числе секторов L 1, если в каждом из них используется свой набор частотn L . Для расчета числа абонентов , обслуживаемых одной базовой станцией, воспользу-

Если же наборов частот меньше числа секторов n L , то для расчета необходимо воспользоваться следующей формулой [2]

По формулам (1) (5)проведены расчеты количества абонентов, обслуживаемых одной

базовой станцией в зависимости от числа секторов антенны и позиционности модуляции. Результаты расчетов показаны на рис.1.

Рис. 1.Зависимость количества абонентов, обслуживаемых базовой станцией, от позиционности модуляции и количества секторов антенн базовой станции: при круговой антенне – 1; при 3- секторной антенне -2; при 6-секторной антенне с шестью наборами частот – 3; при 6-секторной антенне с двумя наборами частот – 4

190