5. Системная архитектура сети umts

Принципиальные отличия радиоинтерфейса UMTS от радио­интерфейса GSM не позволяют объединить их в подсистеме базовых станций. Поэтому на начальном этапе внедрения се­тей UMTS будут созданы локальные области покрытия UMTS, которые обеспечат при необходимости переход абонентов, ис­пользующих двухрежимные UMTS/GSM терминалы, в сеть GSM, 'имеющую сплошную зону покрытия. Локальные области покры­тия UMTS будут иметь иерархическую структуру, показанную на рисунке 8.

Как видно из рисунка 10, сеть UMTS представляет собой сото­вую структуру с тремя вертикальными уровнями:

• пикосоты, предназначенные в основном для поэтажного покрытия зданий, в которых абоненты будут иметь низкую ско­рость передвижения (< 10 км/ч) и пользоваться высокоско­ростными услугами (до 2 Мбит/с);

• микросоты, предназначенные для покрытия локальных обла­стей (группы территориально объединенных зданий — бизнес- и выставочные центры, университеты и т.д.), в кото­рых абоненты будут иметь среднюю скорость передвижения (> 10 км/ч) и пользоваться услугами по передаче речи и дан­ных (до 384 кбит/с); данный тип сот, как ожидается, будет иметь наибольшую нагрузку в сети;

• макросоты, предназначенные для покрытия обширных районов городских и пригородных зон, в которых абоненты будут иметь высокую скорость передвижения и пользоваться услугами передачи речи и данных (до 144 кбит/с).

Пикосоты

(внутри помещений), радиус 10 м

Микросоты

(локальные области),

Макросоты

(городские/пригородные зоны), радиус 350 м.,.20 км

радиус

50...300

Рисунок 5.1 - Иерархическая структура сети UMTS

Наглядно структура сотовой сети третьего поколения представлена на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2 - Структура сотовой сети третьего поколения

На рисунке 5.3 представлена системная архитектура сети UMTS с указанием принятых в системе интерфейсов.

Рисунок 5.3 – Системная архитектура сети UMTS

В структуре сети выделены следующие элементы:

• UE — абонентское оборудование сети UMTS;

• MS — абонентская станция сети GSM;

• BS — базовая станция сети UMTS;

• BTS — базовая станция сети GSM;

• RNC — контроллер базовых станций сети;

• BSC/TRAU — контроллер/транскодер сети;

• CS- домен — подсистема базовой сети, обеспечивающая ре­жим передачи данных с коммутацией каналов;

• PS-домен — подсистема базовой сети, обеспечивающая ре­жим передачи данных с коммутацией пакету;

• MSC/VLR — центр коммутации сети, в котором, объединены коммутатор мобильной связи (MSC) и база данных о пере­мещениях абонентов (VLR);

• GMSC — зональный коммутатор;

• 3G SGSN — сервисный опорный узел GPRS, обеспечиваю­щий режим PS;

• SMS-GMSC — коммутационный шлюз системы, коротких сообщений;

• SMS-1WMSC — межсетевой шлюз системы коротких сооб­щений;

• HLR — база данных местоположения абонентов;

• GGSN — шлюзовой опорный узел GPRS.

6. Технико-экономический проект внедрения технологии 3g

6.1 Краткая характеристика проекта

В практической части произведено моделирование сети UMTS и расчет показателей экономической эффективности для данной сети применительно к г. Бердск.

Для расчета капитальных затрат на строительство сети требуется произвести расчет оборудования сети. Для расчета количества базовых станций применялась методика частотно – территориального планирования сетей 3G. В связи с острой нехваткой и высокой загруженностью ча­стотного ресурса в диапазоне 2 ГГц в основу методики частотно-территориального планирования сетей UMTS положен критерий обеспечения максимальной спектральной эф­фективности. Указанный критерий формализуется в виде сле­дующего функционала:

Ф = maxС при ΔF = ΔF3; S = S ₃; QoS ≥QoS₃; min Nбс, (6.1)

где С - удельная обслуживаемая нагрузка в сети, (кбит/с);

ΔF = ΔF3 - условие использования задан­ного частотного ресурса, МГц;

S = S _{3 -} условие обслуживания заданной территории, км2;

QoS ≥QoS₃ - условие обеспечения требуемого качества связи в пределах

зоны обслуживания се­ти;

min Nбс - условие использования минимально необходимого числа базовых

станций сети.

Удельная обслуживаемая нагрузка С представляет собой приведенную пропускную способность сети по отношению к ис­пользуемой сетью полосе частот и зоне покрытия и является максимизируемым параметром. Максимизация пропускной спо­собности обеспечивается при условии обслуживания всей про­гнозируемой входящей нагрузки при удовлетворении требова­ний по качеству связи в сети.

Условие использования заданного частотного ресурса (ΔF = ΔF3) подразумевает, что оператор сможет планировать только ограниченное число уровней иерархии базовых станций в зави­симости от объема выделенного спектра.

Условие обслуживания заданной территории (S = S 3) означает, что в соответствии с лицензией на право предоставления услуг подвижной связи оператор развертывает сеть 3G в преде­лах лицензируемого региона, имеющего площадь S₃.

Условие обеспечения требуемого качества связи в преде­лах зоны обслуживания сети (QoS ≥QoS₃) состоит в обеспече­нии радиопокрытия обслуживаемой территории с уровнем при­ема сигналов не хуже предельно допустимого, обеспечивающе­го на входе приемников абонентского оборудования прием сиг­нала с вероятностью блокировки вызова на всех интерфейсах сети не более 5 %.

Условие минимизации числа базовых станций заключается в создании минимальной структурной избыточности сети при об­служивании всей входящей нагрузки в ЧНН и заданной вероятно­сти блокировки вызова. Число базовых станций минимизируется с учетом экономической целесообразности создания сот в зави­симости от объема прогнозируемого входящего трафика.

Определить функционал С можно либо аналитически, либо путем многоэтапного моделирования. В данной работе используется аналитический метод планирования.

Для построения сети обслуживаемая область принимается равной 6,0*5,5 км, что соответствует центральной, наиболее населенной части города. Выбранная область последовательно покрывается сеткой шестиугольных сот разных размеров (уровней иерархии).

1. При создании макросот осуществляется поэтапное аналитическое моделирование обслуживания входящей нагрузки базовыми станциями 3G. Требуемая пропускная способность обеспечивается в соответствии с максимально возможными показателями макросот по обслуживанию нагрузки в ЧНН.

2. Выясняются узкие места сети 3G – конкретные соты, пропускная способность которых, недостаточна для обслуживания ожидаемой входящей нагрузки. В этих сотах в областях наибольшей прогнозируемой нагрузки планируются дополнительные соты меньшего размера (микросоты).

3. На последнем этапе выясняются проблемные микросоты, в зонах обслуживания которых планируются пикосоты, для обеспечения дополнительной емкости в «горячих точках» сети.

Основные исходные данные, необходимые для моделирования структуры будущих сетей, приводятся в таблицах 6.1 и 6.2.

Таблица 6.1 – Типовая планируемая нагрузка для разных типов

местности

Тип местности	Типовая планируемая нагрузка Сном, (Кбит/с)/км2
Водная поверхность	0,1*101
Лесная/парковая зона	0,15*101
Область города	1,20*101
Пригород	1,20*104
Город	1,0*105
Деловой центр города	5,0*105

Таблица 6.2 – Основные параметры сот

Тип соты	Радиус соты, км	Типовая входящая нагрузка на канал (5МГц), кбит/с
Макросота	4	400
Микросота	0,5	1000
Пикосота	0,025	1000

Покроем выбранную территорию сеткой шестиугольных макросот. Для каждой соты оценивается значение ожидаемой нагрузки A_jk, с учетом следующих факторов:

• Демографическая ситуация в регионе;

• Наличие промышленных структур;

• Плотность населения

• Доли различных типов местности

• Статистика обслуживания абонентов в сетях 2G.

Таким образом,

A_jk = , (6.2)

где A_jk – оценка ожидаемой нагрузки на j–ю соту k–го уровня иерархии,

(кбит/с)/км²;

Ai – оценка входящей нагрузки для соответствующего типа местности,

(кбит/с)/км²;

Si – доля i-го типа местности в общей площади покрытия зоны;

N – число различных типов местности на площади покрытия соты.

Максимальная нагрузка на соту представляет собой взвешенную сумму значений типовой планируемой нагрузки сети для различных типов местности, составляющих данную соту и рассчитывается следующим образом:

C_maxjk = , (6.3)

где C_maxjk – планируемая нагрузка на j-ю соту k-го уровня иерархии,

(кбит/с)/км²;

Si – доля i-го типа местности в общей площади покрытия зоны;

N – число различных типов местности на площади покрытия соты.

Если A_jk > C_maxjk, то целесообразно организовывать соту следующего уровня иерархии.

Проектирование сот представлено в приложении 1.

Таблица 6.3 –Параметры сети 3G для г. Бердск

Параметр	Значение параметра
Площадь обслуживания сети, км2	6,0*5,5
Численность населения, тыс.чел	101,6
Общая пропускная способность, Мбит/с	20,4
Число макросот	1
Число микросот	20
Число пикосот	0

Стоимость оборудования UMTS представлена в таблице 6.4.

Таблица 6.4 – Стоимость оборудования для сетей UMTS

Обозначение	Наименование оборудования	Стоимость, млн. руб.
BS	Базовая станция сети UMTS	2,5
RNC	Контроллер базовых станций сети UMTS	5,0
GMSC	Зональный коммутатор	50,0
3G SGSN	Сервисный опорный узел, обеспечивающий режим пакетной коммутации 3G	35,0
SMS IWMSC	Межсетевой шлюз системы коротких сообщений	15,0
SMS-GMSC	Коммутационный шлюз системы коротких сообщений	17,0
GGSN	Шлюзовый опорный узел GPRS	15,0
MSC/VLR	Совмещенный центр коммутации сети и база данных о перемещениях абонентов	7,0
HLR	База данных местоположения абонентов	10,0

Мы получили, что нам требуется 20 базовых станций. Нужно учесть, что на 10-15 базовых станций устанавливается один контроллер базовых станций. Расчет первоначальных инвестиций на развертывание сети приведен в таблице 6.5.

Таблица 6.5 - Расчет капитальных затрат на организацию сети
Наименование оборудования	BS	RNC	GMSC	3G SGSN	SMS/WMSC	SMS-GMSC	GGSN	MSC/VLR	HLR	Всего
Количество, шт	20	2	1	1	1	1	1	1	1	-
Стоимость, млн. руб.	50,0	10,0	50,0	35,0	15,0	17,0	15,0	7,0	10,0	209,0

Рисунок 6.1 – Структура капитальных затрат на организацию сети