Проектирование базовой станции радиотелефонной связи стандарта IMT – 2000/UMTS-20 Вт/канал

Браганец Е.С.

Проектирование базовой станции радиотелефонной связи стандарта IMT – 2000/UMTS-20 Вт/канал

11.03.02 Инфокоммуникационные технологии и системы связи

Информатика

Дипломы

Вуз: Белгородский государственный университет - национальный исследовательский университет (НИУ «БелГУ»)

ID: 5b8877c77966e1073081b256

UUID: d8febed0-8ed6-0136-b119-525400005860

Язык: Русский

Опубликовано: больше 5 лет назад

Просмотры: 66

Браганец Е.С.

Источник: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Белгородский государственный национальный исследовательский университет»

Комментировать 0

Рецензировать 0

Скачать - 2,4 МБ

Поделиться работой

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» ( Н И У « Б е л Г У » ) ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК КАФЕДРА ИНФОРМАЦИОННО-ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ И ТЕХНОЛОГИЙ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЗОВОЙ СТАНЦИИ РАДИОТЕЛЕФОННОЙ СВЯЗИ СТАНДАРТА IMT – 2000/UMTS-20ВТ/КАНАЛ Выпускная квалификационная работа обучающегося по направлению подготовки 11.03.02 Инфокоммуникационные технологии и системы связи заочной формы обучения, группы 07001364 Браганца Евгения Сергеевича Научный руководитель ст. преп. кафедры Информационнотелекоммуникационных систем и технологий НИУ «БелГУ» Пеньков Е.П. Рецензент Преподаватель «Белгородского индустриального колледжа» Гордиенко С.В. БЕЛГОРОД 2017

СОДЕРЖАНИЕ Изм. ВВЕДЕНИЕ 4 1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СОТОВОЙ СВЯЗИ 6 1.1 Состояние современного рынка связи в России 8 2 ПРИНЦИП РАБОТЫ СОТОВОЙ СВЯЗИ 11 2.1. Мобильная станция 13 2.2 Подсистема базовых станций 13 2.3 Центр коммутации мобильной связи 14 3 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ КОМПЛЕКТАЦИЙ БАЗОВЫХ СТАНЦИЙ 16 3.1 Расположение оборудования базовой станции 16 3.2 Структура приемо-передающей базовой станции 17 3.3 Преимущества современной архитектуры аппаратных средств 17 4 СТАНДАРТЫ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ НА ТЕРРИТОРИИ РФ 21 4.1 Пути эволюции систем мобильной связи третьего поколения 22 4.2 Описание стандарта 3G IMT-2000 25 5 ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЗОВОЙ СТАНЦИИ РАДИОТЕЛЕФОННОЙ СВЯЗИ СТАНДАРТА IMT-2000/UMTS 20 ВТ/КАНАЛ 27 5.1 Анализ существующей сети и выбор места инсталляции 27 5.2 Состав и основные характеристики сетевого оборудования базовой станции 31 Лист Разработал Проверил Рецензент Н. Контроль Утвердил № докум. Браганец Е.С. Пеньков Е.П. Гордиенко С.В. С.С. Пеньков Е.П. Жиляков Е.Г. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР Проектирование базовой станции радиотелефонной связи стандарта IMT – 2000/UMTS-20Bт/канал Лит. Лист Листов 2 94 НИУ «БелГУ» гр.07001364

5.3 Расчет зоны покрытия для проектируемой базовой станции стандарта IMT2000/UMTS 40 5.3.1 Расчет бюджета потерь - направление передачи БС – АС 42 5.3.2 Расчет бюджета потерь -направление передачи АС – БС 46 5.3.3 Расчѐт радиуса зоны обслуживания базовой станции 50 5.3.4 Построение модели зоны покрытия в программной среде RPS2: Radio Planning System 2 51 5.4 Максимальная дальность соканальных помех 54 5.5 Определение числа каналов трафика 58 5.6 Определение плотности интерференции 61 5.7 Определение максимально возможной абонентской нагрузки базовой станции 62 5.8 Определение номинальной емкости базовой станции 63 6 ОХРАНА ТРУДА, ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОЕКТА 67 6.1 Требования к заземлению, молниезащите 67 6.2 Требования к электропитанию 70 6.3 Требования по безопасности и производственная санитария 73 6.4 Требования по охране окружающей среды 75 7 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА 76 7.1 Расчет капиталовложений 76 7.2 Расчет годовых эксплуатационных расходов 79 7.3 Расчет тарифных доходов 84 7.4 Оценка показателей экономической эффективности проекта в первый год эксплуатации 86 7.5 Выводы по разделу 90 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 91 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 93 Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 3

ВВЕДЕНИЕ На сегодняшний день в коммуникационной сфере технологий и в экономике России, средства сотовой связи играют огромную роль. Разработки последних лет в области телекоммуникационных технологий сопряжены с созданием ряда решений, которые позволяют при развитии сетей нового поколения интегрировать существующие подключения и обеспечить бесперебойную работу в любой телефонной сети и в Интернете. Определяя актуальность данной темы, необходимо наибольшее внимание уделить такому стандарту подвижной радиотелефонной связи, как IMT – 2000/UMTS, так как это один из наиболее распространенных стандартов связи в России. Он объединяет в себе привычную для населения дуплексную голосовую связь и сегмент передачи данных, является стандартом связи третьего поколения (3G). Этот стандарт благодаря современным алгоритмам уплотнения сигнала позволяет добиться высокой емкости сети. Необходимость надежной широкополосной связи, которая будет доступна в любое время и в любом месте повлияла на активное развитие IMT – 2000/UMTS. По данным Минкомсвязи России [1] на 2016 год в сетях операторов «большой четверки» зарегистрированы свыше 243 миллионов симкарт по всей стране. С увеличением загруженность сети, и тем самым количества абонентов растет требуется расширение башенной инфраструктуры в сетях операторов сотовой связи, а также возрастает необходимость проектировки и монтажа новых, не дорогих и качественных базовых станций, обладающих высокой емкостью и низким энергопотреблением. Целью данной выпускной квалификационной работы является проектирование базовой станции радиотелефонной связи стандарта IMT – для 2000/UMTS-20Bт/канал, расширения сети в районе с высокой проходимостью. Проектируемая базовая станция должна обладать малым энергопотреблением и высокой абонентской емкостью. Аппаратная Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 4

составляющая должна состоять из мультистандартного сетевого оборудования, для рентабельного перехода на стандарт 4G. Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи: Провести анализ инфраструктуры района Курского вокзала г. o Москва; o Определить подходящее место установки базовой станции; o Произвести расчѐт зоны покрытия; o Определить возможную дальность соканальных помех и абонентскую емкость базовой станции при разных условиях нагрузки; o Выбрать аппаратную составляющую базовой станции; o Разработать структурную схему оборудования, план расположения АФУ и схему заземления и молниезащиты; o Привести технико-экономическое обоснование проекта. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 5

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СОТОВОЙ СВЯЗИ На данный момент сотовая связь затрагивает большинство сфер жизнедеятельности граждан Российской Федерации. Внутренняя экономика, учитывая огромную площадь страны, не может активно развиваться без мобильной связи. Так же, в последние годы возросла необходимость обеспечения высокоскоростной передачи данных, для сервисов, работающих в online режиме, многие из которых сопряжены с геопозиционными данными. Большая часть подобных услуг направлена на упрощение и интерактивность привычных операций пользователя, в личной или деловой сфере. Мобильные устройства позволяют пользоваться любой открытой информацией практически повсеместно, но с недавних пор в этой сфере вводится контроль доступа. Например, ужесточение мер борьбы с антитеррористической угрозой, требует от владельцев общественных точек Интернет доступа организовать авторизацию через сим-карту, которая в свою очередь, зарегистрирована на паспортные данные посетителя. Даже государственные услуги используют авторизацию на сайте, без которой, к примеру, нельзя приступить к получению загранпаспорта, следовательно, необходимость бесперебойного доступа с мобильного телефона к сети Интернет, неоспорима. Рынок мобильной связи по праву считается много лет одной из самых удачных ниш для бизнеса. Во всем мире данный вид коммуникации пользуется огромной популярностью, потому компании, предоставляющие ее, никогда не испытывают недостатка в абонентах. Однако ситуация в последние годы меняется не в лучшую сторону, и тому есть несколько причин: - Повышение доступности услуг связи и мобильных телефонов; - Повышение требований абонентов к качеству покрытия; - Увеличение количества компаний операторов; - Общее снижение финансовых возможностей потребителей. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 6

Ведущие операторы сотовой связи России обеспечивают потребителям качественное радио-покрытие, охватывающие даже самые отдаленные населенные пункты. Сейчас можно использовать мобильный телефон в метро, на верхних этажа высотных зданий и в промышленных ангарах, своды которых сделаны из железобетона или металла. Появились дополнительные услуги, которые абоненты получают за символическую плату. К примеру, операторы сотовой связи могут обеспечить абонента сим-картой, с бесперебойным Интернет доступом, для интеграции с системой «умный дом» и удаленного управления ею. Сети 3G и 4G сейчас пользуются высокой популярностью, и компании понимают, что это прекрасный способ привлечения новых клиентов. На данный момент миллионы абонентов получают от операторов такие базовые услуги как: o Передача голосовых сообщений; o Передача текстовых сообщений; o Передача графических изображений; o Выход в Интернет; o Совершение звонков в роуминге; o Бесплатный Интернет трафик в популярных социальных сетях; o Заказ и оплата товаров и услуг, и т.д. Буквально, 5 лет назад, такой возможности не было, потому что инфраструктура базовых станций не охватывала все труднодоступные места и была оснащена оборудованием с недостаточной пропускной способностью. Тем не менее, и сейчас существует небольшая проблема неравенства регионов. Но «белые пятна» на картах зон покрытия с каждым годом сводятся к минимуму. Компании сотовой связи заботятся, чтобы пользователи получали покрытие отменного качества. В прошлом году Минкомсвязи выпустило всероссийскую «народную карту» качества покрытия сетями сотовой связи. Наполнением карты занимаются сами абоненты, текущего числа пользователей приложения пока недостаточно для репрезентативности исследования качества связи по Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 7

всей России, но судя по проявленному интересу, население, как и государство, активно поддерживает сферу сотовой связи. Станции сотовой связи могут передавать сигнал на расстояние до 7 км, но это при условии, что на их пути не будут встречаться преграды. Любые строения с толстыми стенами, деревья и другие объекты являются отражателями волн, потому сигналы сотовой связи могут пропадать, даже если мобильный телефон находится в зоне действия вышки. В основном, по всей территории страны для обеспечения голосовой связи используется диапазон GSM 900/1800, обладающий более высокими свойствами преодоления физических препятствий и индустриальных помех, благодаря длине волны. На более высоких частотах стандартов третьего поколения проникающая способность ниже, поэтому для хорошего покрытия, требуется больше мест инсталляции оборудования. В условиях плотной очень застройки улучшение покрытия осуществляется путем установки дополнительных репитеров, которые могут усиливать сигналы. 1.1 Состояние современного рынка связи в России Рынок сотовой связи в России начал свой активный рост в 2001 году, именно в это время компании начали массово получать новых абонентов. Расширение потребительской базы производилось за счет занижения стоимости услуг, следовательно, операторы работали в убыток. Однако стремительный рост популярности на услуги сотовой связи доказал, что данный метод оказался оправданной инвестицией, так как за 2001 год количество абонентов увеличилось на целых 130%. В то время покрытие сотовой связью начало активно расширяться, жители самых отдаленных уголков страны получили возможность общаться на расстоянии друг с другом. Основными игроками отечественного рынка стали операторы: МТС (Мобильные Теле Системы), Билайн (ВымпелКом), МегаФон и Tele2. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 8

Четыре основные компании распределили между собой современный рынок, и активно борются за привлечение новых абонентов, расширяя свои сети сотовой связи. В 2014 году, по данным аналитической компании J’son & Partners [2], первенство в сегменте занял МТС, так как его экономические показатели оказались наиболее стремительно растущими, почетное второе место занял Билайн, который постоянно предоставляет новые услуги абонентам, но, в то же время, имеет довольно слабо развитую сеть официальных представительств. МегаФон занимает 3 место, так как является довольно молодой компанией, основанной в 2002 году, но предоставляет услуги голосовой связи по ценам, ниже, чем у конкурентов. И ещѐ совсем молодой игрок Tele2, который начал предоставлять свои услуги сначала в регионах, а только потом в городах миллионниках. Тем не менее, в 2016 году, по темпам роста количества абонентов из компаний "большой четверки" лидирует оператор Tele2, который продемонстрировал наибольший прирост клиентской базы как в І квартале 2016 года, так и год к году. В компании объясняют такой прогресс интеграцией мобильных активов ПАО "Ростелеком" и запуском услуг мобильной связи в 23 новых регионах. По абсолютному показателю лидером остается МТС (77,3 миллиона абонентов). На 2017 год показатели ещѐ не опубликованы, но уже очевидно, что благодаря развитию 4G покрытия, на лидирующие позиции выйдет и компания Мегафон. Каждая компания, предоставляющая услуги мобильной связи, сейчас борется за сохранение существующих абонентов, и привлечение новых. Именно по этой причине практически в каждом городе расположены официальные представительства операторов. Салоны сотовой связи предоставляют клиентам возможность получить квалифицированную помощь в выборе тарифных планов, составлении пакетов услуг и других нюансах. Также каждый пользователь может в режиме реального времени связаться со службой технической поддержки или оператором, чтобы получить интересующую его информацию, и провести максимально корректно различные операции. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 9

Компании сотовой связи очень ответственно подходят к выбору и обучению персонала, который предоставляет потребителям информацию об услугах и продуктах. В результате каждый абонент может в круглосуточном режиме получать квалифицированную помощь и ответы на все интересующие его вопросы. Это значительно повышает лояльность клиентов, и помогает расширять потребительскую базу. В 2015 году впервые за историю сотовых сетей в России был отмечен незначительный спад на спрос услугами связи (приблизительно 1.5-2%). Такие показатели не являются критичными, однако, они говорят о том, что обмен информацией через Интернет понемногу замещает мобильную связь. Именно по этой причине все операторы взяли на вооружение расширение сетей 3G и 4G, которые помогают сохранить клиентскую базу. Эксперты уверенны, что сотовая связь в России будет развиваться и дальше, несмотря на временный спад, так как он связан не только с расширением перечня дополнительных услуг коммуникации, но и с общим мировым кризисом. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 10

2 ПРИНЦИП РАБОТЫ СОТОВОЙ СВЯЗИ Первым действующим стандартом в большинстве стран мира был GSM. На его основе стоит рассмотреть архитектуру сети сотовой связи. Основные составляющие сотовой сети – это мобильные телефоны и базовые станции, которые обычно располагают на крышах зданий и вышках. Базовые станции и телефоны излучают радиосигнал, тем самым поддерживая постоянный радиоконтакт между собой. Мобильная сеть включает большое число базовых станций, зоны обслуживания которых, частично перекрываются, ввиду ограниченности их передающей мощности. Таким образом, зона, в которой теоретически гарантирована связь мобильного телефона с рассматриваемой базовой станцией, в плане представляет собой многогранник - ячейку, напоминающую пчелиную соту, рисунок 2,1. Именно, отсюда этот вид мобильной радиосвязи получил свое название — сотовый. Рисунок 2.1 – Принцип построения башенной инфраструктуры Сеть GSM состоит из ряда функциональных объектов, назначение и интерфейсы которых отражены на рисунке 2.2. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 11

Рисунок 2.2 - Архитектура и интерфейсы сети сотовой связи Центр коммуникации мобильной связи (MSC), служит для коммутации между мобильными станциями и между подвижными или стационарными пользователями сети. MSC также управляет работой, связанной с перемещением абонента. Так же большую роль играет центр обслуживания или центр мониторинга сети, который наблюдает за надежным функционированием и изменениями в сети определенного региона, на рис. 2.2 он не показан. Подсистема базовых станций взаимодействует с центром коммутации мобильной связи по А-интерфейсу. Мобильная станция и подсистема базовых станций связываются по интерфейсу Um, также известному как «воздушный интерфейс» или радиолиния связи. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 12

2.1. Мобильная станция Мобильная станция (MS) или мобильный телефон состоит из подвижной аппаратуры (терминал) и карты с интегральной схемой, которая называется модулем абонентской идентификации. SIM-карта обеспечивает при перемещении, доступ пользователя к оплаченным услугам независимо от используемого терминала. Подвижная международного аппаратура однозначно опознавательного кода определяется с помощью (идентификационного номера) мобильного оборудования (IMEI – International Mobile Equipment Identity). SIMкарта содержит международный опознавательный код мобильного абонента (IMSI - International Mobile Subscriber Identity), используемый для идентификации абонента, секретный код для удостоверения подлинности и другую информацию. IMEI и IMSI независимы в целях обеспечения наиболее вероятного опознавания личности и оборудования при передвижении абонента. 2.2 Подсистема базовых станций Подсистема базовых станций содержит два вида оборудования: базовую приемопередающую станцию (BTS - Base Transceiver Station) и контроллер базовой станции (BSC – Base Station Controller). Они взаимодействуют через стандартизированный интерфейс Аыs (см. рис. 2.2). Базовые станции бывают связаны между собой, по средствам ВОЛС в условиях плотной застройки и радиорелейными линиями в зоне прямой видимости. В монтажной сфере данное BTS сопряжение известно как, «транспорт». Передача вызовов внутри соты, управляемых осуществляется этим одним же контроллером контроллером. базовых Когда станций передача (BSC), вызовов осуществляется между двумя сетями, управляемыми разными BSC, то первичное управление осуществляется в центре коммутации мобильной связи (MSC). В стандарте GSM также предусмотрены процедуры передачи вызова Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 13

между сетями (контроллерами), относящимися к разным MSC. Центр коммутации осуществляет постоянное слежение за подвижными станциями, используя домашние регистры местоположения (HLR - Ноте Location Register) и визитные регистры местоположения (VLR – Visit Location Register). 2.3 Центр коммутации мобильной связи Центральный компонент подсистемы сети - центр коммутации мобильный связи (MSC). Он работает как обычный узел коммутации общедоступной телефонной сети (PSTN) или цифровой сети интегрального обслуживания (ISDN). Дополнительно он обеспечивает все функциональные возможности мобильного абонента, такие как регистрация, аутентификация, обновление местоположения, передача соединения (хэндовер) и маршрутизация вызова при передвижении объекта. Эти задачи обеспечиваются совместно с несколькими функциональными объектами, которые в совокупности формируют коммутационную подсистему сети. При передаче сигналов между функциональными объектами в коммутационной подсистеме сети используется общий канал сигнализации ОКС-7 (SS7), такой же, как используется для обмена в ISDN и в сетях общего пользования. MSC интегрирует информационные потоки в фиксированные сети, такие как телефонная сеть ISDN, более того MSC аналогичен коммутационной станции ISDN и реализует интерфейс между сетью подвижной связи и фиксированными сетями: PSTN, PDN, ISDN и т.д. Он обеспечивает маршрутизацию вызовов и функции управления вызовами. Центр коммутации подвижной связи обслуживает группу сот и обеспечивает все виды соединений, в которых нуждается в процессе работы подвижная станция. Каждый центр коммутации мобильной связи обеспечивает обслуживание подвижных абонентов, находящихся в пределах определенной географической локации, например, Белгород и область. Кроме стандартных возможностей обычной коммутационной станции ISDN, на MSC возлагаются функции коммутации радиоканалов. К ним относятся, «эстафетная передача», в Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 14

процессе которой достигается непрерывность соединения, при перемещении подвижной станции из одной соты в другую и переключение рабочих каналов в соте при появлении помех или неисправностей. То есть MSC не только участвует в управлении вызовами, но также управляет процедурами передачи управления и регистрации местоположения, не считая передачу управления непосредственно в подсистеме базовых станций (BSS). Регистрация местоположения подвижных станций нужна для обеспечения точной доставки вызова перемещающимся абонентам от абонентов телефонной сети общего пользования или от других подвижных абонентов. Процедура передачи вызова позволяет сохранять соединение и обеспечивать ведение разговора. Кроме управления процедурами установления вызова и маршрутизации MSC: o Поддерживает процедуры безопасности, применяемые для управления доступом к радиоканалам; o Регистрирует данные, необходимые для выписки счетов за предоставленные сетью услуги связи; o Сохраняет данные о состоявшихся разговорах и передает их в центр расчетов (биллинг-центр); o Cоставляет статистические данные, необходимые для контроля работы и оптимизации сети. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 15

3 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ КОМПЛЕКТАЦИЙ БАЗОВЫХ СТАНЦИЙ 3.1 Расположение оборудования базовой станции Базовые станции операторов в черте города достаточно компактны, чаще всего устанавливаются на крышах зданий и для простого обывателя неприметны, рисунок 3.1. Рисунок 3.1 – Места расположения городских BTS А в области, где высотных сооружений не так много, базовые станции устанавливают существующие мачты, башни и трубы промышленных предприятий. Но чаще всего для базовых станций строятся специальные вышки, зачастую предназначенные не только для сотовой связи, но, к примеру, и для телевещания. Рисунок 3.2 – Разновидности вышек для BTS на открытой местности В контейнерах и боксах для установки на открытой местности кроме самой базовой станции, есть ряд вспомогательного оборудования, такого как Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 16

система климат- контроля, аварийная сигнализация, система пожаротушения и источник бесперебойного питания. ИБП с помощью аккумуляторных батарей может обеспечить работоспособность базовой станции на некоторое время при отсутствии внешнего электропитания, входит в стойку питания, которая преобразовывает напряжение 380В или 220В из переменного тока в напряжение 48В постоянного тока и распределяет питание по узлам BTS. 3.2 Структура приемо-передающей базовой станции На BTS размещается приемопередатчик, который для одной определенной соты реализует Um протоколы взаимодействия радиолинии с передвижной станцией. В большом городе обычно размещено много BTS. Поэтому основные требования к BTS - прочность, надежность, портативность и минимальная стоимость. Сигнал принимается антеннами на один из секторов базовой станции. Проходит через усилитель, где выравнивается уровень принимаемого и передаваемого сигнала. Затем, усиливается с помощью выносного управляемого радио-модуля. Через блок управления базовой станции (BTS) поступает на контроллер базовой станции (BSC) по радиорелейному тракту или по оптоволокну и в редких случаях двухсторонней спутниковой антенной со спутниковым модемом. Блок управления BTS обрабатывает сигнал, управляет выбором и коммутацией по радиоканалу, скачком частоты и передачей соединения (хэндовером). Данные обрабатываются и передаются на коммутаторы голосового и пакетного трафика, соединяя абонентов между собой и с сетью Интернет. 3.3 Преимущества современной архитектуры аппаратных средств С начала 90-х годов устройство базовой станции сильно эволюционировало, в сторону надѐжности, автономности и минимизации Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 17

размеров оборудования. Разница между старым устройством базовой станции (слева) и тем, что принято на сегодняшний день, наглядно показана на рисунке 3.4, на примере оборудования компании Nokia Solutions and Networks. Рисунок 3.4 – Различия базовых станций старого и нового образца Раньше на крышу поднимался фидерный тракт. Он практически не сгибался руками, имел большой вес и требовал умеренных погодных условий для установки разъемов, во избежание окисления. Новое соединение, оптоволокно в бронированном кабеле, гибкое и лѐгкое в обслуживании и монтаже. Как было отмечено выше, кроме антенн для передачи сотового сигнала, существуют антенна для передачи информационных потоков между базовыми станциями, они тоже претерпели изменения. Вот лишь некоторые из них: o Можно применять антенны меньшего размера, за счет применения алгоритмов снижения искажений (выравнивание), что в свою очередь снижает стоимость узла; o РРЛ антенна iPASOLINK с двойной поляризацией за счет применения уникальной разработки NEC – технологии XPIC, позволяет удвоить емкость канала до 880Мб/с в полосе 56МГц; Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 18

o В трансмиссионных модулях появились универсальные слоты, позволяющие работать модему в разных режимах, в зависимости от характеристик проектируемой сети, например: (QPSK/16/32/64/128/256QAM, 7/14/28/56MHz) Высокие типы модуляции (до 256 QAM) с передачей чистых Ethernet и TDM с высокой спектральной эффективностью, достигаемой на 256 QAM и с технологией передачи на двух поляризациях; o Функция AMR, с непрерывным переключением модуляций; o Высокая энергетика пролетов; o Свободный выбор частоты и простая настройка; o Расширяемая модульная архитектура, то есть любая универсальная карта (Модем/INTFC) может быть использована в любом универсальном слоте; o Качественная интеграция с оптическими системами, которые, как известно на начальных этапах внедрения в сотовую связь третьего поколения имели пропускную способность на порядок выше, что повлияло на развитие РРЛ оборудования. Радиорелейная антенны используется там, где нет возможности передачи информации между базовыми станциями с помощью оптических кабелей или таковая финансово не целесообразна, в силу больших расстояний между (BTS). Внедрение оптоволокна тоже позволило извлечь ещѐ несколько важных выгод: уменьшился расход энергии на несколько процентов по всей сети (потому что блок стал охлаждаться естественным образом на улице), уменьшился расход меди для кабелей. Увеличилась скорость передачи информации. Секторные антенны тоже получили больший функционал. В настоящее время применение трехдиапазонной антенны позволяет покрывать сектор тремя полосами частот: 900 МГц, 1800 МГц и 2100МГц. На данной антенне установлен тройной управляющий мотор (RET). Недостаток состоит в больших размерах и массе (что немного затрудняет еѐ обслуживание), а преимущество – уменьшение площади аренды для оператора сотовой связи, а так же Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 19

возможность удаленной регулировки мощности на каждом диапазоне в отдельности и угла излучения радиоволн. Небольшие размеры выносных управляемых радио-модулей (RRU) позволили устанавливать их непосредственно рядом антеннами, за исключением южных регионов, где бывает недостаточно естественного охлаждения. Управляющие блоки с уменьшением габаритных размеров, так же приобрели возможность удаленной программной работы, более высокую производительность и возможность многоканального сопряжения с RRU по оптоволокну. Например, раньше, когда было необходимо передать к антенне сигналы в нескольких диапазонах, в 900 и 2170. Там, где нельзя было проложить второй кабель, использовался комбайнер, который действует по принципу – мультиплексор и демультиплексор. Качество линии естественно страдало от таких модернизаций. Благодаря вышеописанной минимизации размеров и веса БС, операторы получили большую экономию денежных ресурсов на модернизации сети, а так же возможность устанавливать оборудование на мачтах высотой немного больше фонарного столба. Другие изменения привели к увеличению зоны покрытия, повышению пропускной способности сети и к уменьшению стоимости оборудования. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 20

4 СТАНДАРТЫ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ НА ТЕРРИТОРИИ РФ Стандарт GSM относится к сетям второго поколения цифровой сотовой связи 2G, со скоростью передачи данных до 9,6 кбит/с, с разделением каналов по времени TDMA и частоте FDMA. Включает в себя три диапазона частот GSM 900, GSM 1800 и E-GSM. Каждый из диапазонов частот разделен на каналы, а каждому каналу присвоен свой порядковый номер: GSM 900 - на 124 канала (№ 0-124), GSM 1800 (DCS-1800) - на 374 канала (№ 512-885), EGSM900 на 50 каналов (№ 974-1023). Стандарт мобильной связи 3G относится к сетям третьего поколения связи, со скоростью передачи данных до 3,6 Мбит/с. В России чаще всего используются два стандарта UMTS и CDMA, в основе которых лежит одна и та же технология — CDMA (множественный доступ с кодовым разделением каналов). Стандарт мобильной связи 4G относится к сетям четвертого поколения связи, со скоростью передачи данных свыше 100 Мбит/с, предоставляется в стандарте LTE. Все перечисленные диапазоны сведены в таблицу 4.1, с указанием частот. Таблица 4.1 – Диапазоны стандартов сотовой связи, работающих в России Стандарт UpLink DownLink E-GSM 880-890 МГц 925-935 МГц GSM900 890-915 МГц 935-960 МГц GSM 1800 1710-1785 МГц 1805-1880 МГц 3G/UMTS200 1920 – 1980 МГц 2110 – 2170 МГц 3G/CDMA450 453-457,5 МГц 463-467,5 МГц 4G/LTE2500 2500-2570 МГц 2620-2690 МГц 4G/LTE800 832-862 МГц 791-821 МГц В связи с загруженностью диапазона 2000 МГц, операторы стали предоставлять услуги 3G связи в диапазоне GSM900 и EGSM. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 21

4.1 Пути эволюции систем мобильной связи третьего поколения Большинство из будущих направлений мобильных систем третьего поколения (ЗG) обнаруживаются в ходе разработки стандартов этого поколения. Во первых внедряются такие услуги, как беспроводной доступ услугам Интернета, бесперебойный доступ к сети, видео связи и др. Термин ЗG, означающий третье поколение, в ходе разработки стал довольно неопределенным. Вначале положения о системах третьего поколения были определены довольно точно в рамках стандартов. Они ставили целью обеспечить характеристики мобильной связи не хуже чем в системе ISDN. При скорости обмена данными 144 кбит/с. Во время перехода от поколения 2G к ЗG, некоторые первоначальные стандарты, такие как «Общая радиослужба пакетной передачи» (GPRS – General Packet Radio Service) и IS-95, могли обеспечивать характеристики, близкие намеченным в ЗG при некоторых оптимальных условиях. Например, служба пакетной передачи предполагала скорость не более 115 кбит/с. То есть системы 3G вначале не были предназначены для широкого использования из-за дороговизны терминалов и оборудования базовых станций. Технологически увеличение скоростей реализовывалось несколькими способами: расширением используемого спектра и новыми методами модуляции, использующими сжатие данных при заданном частотном диапазоне. К примеру, новые методы модуляции заменяют традиционную двоичную систему системой с большим значением одного разряда (амплитудно-фазовая модуляция). Требования к системам третьего поколения более подробно были сформулированы МСЭ - международным союзом электросвязи в рекомендациях IMT-2000. Наиболее важные из них: o глобальный роуминг; o сочетание пакетной коммутации данных и коммутации каналов; o эффективное использование спектра; o открытая архитектура; Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 22

обеспечение o передачи речи, данных и мультимедийной информации; o качество речи, сопоставимое с проводной связью; o защита информации, сопоставимая с уже имеющейся в ТфОП/ISDN; o совместная работа со спутниковыми системами; o высокая скорость передачи данных; o поддержка иерархической структуры сот; o подход к повышению скорости передачи данных до 2 Мбит/с. Эволюция сетей 3G продвигалась по-разному в разных странах, по различным стандартам и технологическим направлениям. В Европе закрепилась тенденция разработки систем на основе CDMA, совместимых с GSM , но в данном случае не предполагалась совместимость в глобальном масштабе. В США много сторонников эволюционного развития cdmaOne к системе cdma2000. В свою очередь эти стандарты исключают возможность взаимодействия с европейской и японской системами. В результате глобальный роуминг виделся возможным только с использованием многорежимного телефона. Последнее требование было важным для поставщиков услуг, и мировых производителей мобильных телефонов. Наиболее подходящим является эволюционный путь развития. В книге А.И. Берлина «Цифровые сотовые системы связи» 2007г. [3] был показан один из многих вариантов такой эволюции (рис. 4.1). Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 23

Рисунок 4.1 - Эволюционный путь развития 3G сетей (А.И. Берлин «Цифровые сотовые системы связи» 2007г) В связи с изложенными требованиями стандарты мобильной связи должны были предусматривать совместимость с их предшественниками. Конечная цель заключалась в том, чтобы ранее выпущенные телефоны могли обеспечить соединение при перемещении между сотами, поддерживающими старые и новые технологии. В апреле 2007 г. Федеральным агентством связи РФ (Россвязь) проводился конкурс на право предоставления услуг подвижной радиотелефонной связи с использованием полос частот в трех диапазонах 19351950 МГц, 2010-2015 МГц, 2125-2140 МГц. По сути это было началом внедрения услуг 3G на территории России. Как сказано в книге А.И. Берлина Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 24

«Цифровые сотовые системы связи» 2007г.[3]: основные прогнозы по внедрению систем 3G, состояли из трех принципиальных моментов: 1. Системы, относящиеся к 3G, являются наиболее совместимыми с существующим оборудованием, дешевыми и имеют большие перспективы развития, поскольку в них вложены большие средства и имеется хорошая административная база. 2. Россия имеет шанс сразу перейти на широкополосную систему. 3. Система 3G и широкополосные системы имеют разные области применения на рынке услуг и могут существовать параллельно. Концепции развития и прогнозы десятилетней давности оказались по большей части верными. На сегодняшний день мобильная связь третьего поколения построена на основе пакетной передачи данных. Сети 3G работают на границе дециметрового и сантиметрового диапазона, как правило, в диапазоне около 2 ГГц, передавая данные со скоростью до 3,6 Мбит/с. Дает возможность организовывать видеотелефонную связь, смотреть на мобильном телефоне online-TV, а так же передавать и принимать различный контент в режиме реального времени. 4.2 Описание стандарта 3G IMT-2000 Стандарт 3G был разработан Международным союзом электросвязи и носит название IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000). Проект IMT-2000 ставил перед собой следующие цели: o реализацию набора новых услуг; o мобильная связь со скоростью передачи данных выше 20 Мбит/с; o освоение частотной области 2000 МГц; o достижение указанных целей к 2000 г. В итоге приняла очертания основная цель - гармонизация и взаимодействие систем третьего поколения для обеспечения глобального Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 25

роуминга. В настоящее время эта цель трудноосуществима, потому что многие из систем работают в разных стандартах, и, по сути, под аббревиатурой IMT2000, объединены 5 стандартов, а именно: WCDMA CDMA2000 TD-CDMA/TD-SCDMA DECT UWC-136 Из пяти перечисленных стандартов только три первых - WCDMA, CDMA200 и TD-CDMA/TD-SCDMA обеспечивают полное покрытие в макро, микро и пико - сотах, поэтому фактически только они могут рассматриваться в качестве полноценных осуществленных 3G-решений. В числе остальных стандартов, DECT используется, в частности, в беспроводных телефонах домашнего и офисного назначения, а UWC-136 - это просто другое название технологии EDGE, которую обычно относят к переходному стандарту 2,5G. Согласно сформированным на сегодняшний день стандартам IMT2000 под мобильной связью третьего поколения понимается интегрированная сеть, обеспечивающая следующие скорости передачи данных: o для абонентов с высокой мобильностью (до 120 км/ч) - 144 кбит/с; o для абонентов с низкой мобильностью (до 3 км/ч) - 384 кбит/с; o для неподвижных объектов на коротких расстояниях - 2,048 Мбит/с. WCDMA (другое название - UMTS, Universal Mobile Telecommunication System - универсальная система мобильной связи), - это стандарт, который принят в Европе и Японии. UMTS, по сути, это апгрейд стандарта GSM через переходные этапы в виде GPRS и EDGE. Наземная часть UMTS известна как UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access). FDD-компонент UTRA основан на стандарте WCDMA (UTRA FDD). Он обеспечивает передачу данных со скоростью до 2 Мбит/с. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 26

5 ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЗОВОЙ СТАНЦИИ РАДИОТЕЛЕФОННОЙ СВЯЗИ СТАНДАРТА IMT-2000/UMTS 20 ВТ/КАНАЛ 5.1 Анализ существующей сети и выбор места инсталляции Согласно данным Минкомсвязи [1], всероссийской «народной карты» качества покрытия сетями сотовой связи пользуются около 100 тысяч абонентов, хотя это и небольшое количество по меркам России, но у конкурирующих приложений, Естественно в городе Москва данных в среднем вполовину меньше. наблюдается большая активность, чем в регионах. Это позволяет оценить качество связи в определенном районе более достоверно. Данные карт покрытия, имеющиеся в открытом доступе, предоставленные основными операторами сотовой связи слишком идеализированы. В сравнении с данными от пользователей, показывают более плотное покрытие. За исключением оператора МТС - лидер по данному параметру (на рисунке 5.1 выделен оранжевым цветом) и YOTA сравнительно «молодая» компания (на рисунке 5.2 голубым цветом выделен более слабый сигнал, синим сильный). Данные других операторов при сопоставлении с картой качества покрытия Минкомсвязи сильно различались, и возможно преувеличены в рекламных целях. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 27

Рисунок 5.1 – Карта качества покрытия сотовой связи от оператора МТС Рисунок 5.2 – Карта качества покрытия сотовой связи от оператора YOTA Рассмотрим на всероссийской «народной карте» качества покрытия, район Курского вокзала в г. Москва (показан, синей стрелкой на рисунке 5.3), так как он является одним из более оживленных, благодаря постоянному притоку гостей города и туристов. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 28

Рисунок 5.3 – Народная карта качества покрытия, район Курского вокзала На рисунке 5.3 видно, что во всех сетях 3G операторов большой четверки слабый сигнал в районе переулка Обуха (выделен красным кругом). А при более детальном рассмотрении района выберем здание №3 показанное на рисунке 5.4, потому что в нем находится государственное учреждение Научно-Исследовательский физико-технический институт им. Карпова Л.Я. ФГУП, Ведомственная принадлежность: Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"; Государственный Научный Центр (Распоряжение Правительства РФ № 2660-р от 24.12.2015).Тоесть, это режимный объект, без возможности свободного доступа граждан. Это важный момент в вопросе безопасности и вандалозащищенности оборудования. А так же в этом здании аренда места для установки БС будет значительно дешевле чем в комерческих зданиях которые находятся в округе. Расстояние до Курского вокзала Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 29

Рисунок 5.4 – Место установки БС (данные предоставлены ресурсом Googleкарты) На рисунке 5.4 показано место установки оборудования. Координаты: ш. -55.752915о, д. -37.652975 о, [4]. Данная точка позволит охватить район со слабым 3G покрытием, показанным на рисунке 5.3 и к тому же, находится в 543 м, от Курского вокзала в зоне прямой видимости. Согласно ситуационному плану [5] (рисунок 5.5), кровля здания выше большинства соседних построек. Ситуационный план изготавливается во время проектно-изыскательных работ в сотрудничестве с Москомархитектуры или с самим арендодателем, если таковой план у него в наличии. Из-за установки на двускатной крыше в качестве аппаратной составляющей базовой станции необходимо взять оборудование легкое в монтаже и обслуживании, которое отвечает современным стандартам защиты и обеспечивает работу в диапазоне UMTS. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 30

Рисунок 5.5 - Ситуационный план расположения зданий в районе переулка Обуха По итогу анализа существующих сетей выбран район в округе Курского вокзала наиболее слабо обеспеченный 3G покрытием, его сторону планируется направить один сектор, второй западней в сторону парка усадьбы Усачевых Найденовых, а трений непосредственно в сторону вокзала. 5.2 Состав и основные характеристики сетевого оборудования базовой станции Для реализации базовой станции в районе переулка Обуха г. Москва был выбран основной поставщик оборудования в лице компании Ericsson [6]: Была выбрана базовая станция модели RBS 6601, что обусловлено рядом преимуществ: Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 31

RBS 6601 – это распределѐнное решение, предназначенное для o использования в широком диапазоне приложений как внутри помещений, так и наружного применения. В распределительных базовых станциях, где удалѐнный радио o модуль RRU расположен непосредственно возле антенны, сокращены фидерные потери и появляется возможность использовать те же высокотехнические функциональности сети при меньшей выходной мощности. Таким образом, уменьшается потребляемая мощность, и сокращаются капитальные и операционные расходы. До двенадцати удалѐнных радио модулей RRU может быть подсоединено к основному модулю MU, чтобы удовлетворить любые требования сайта. Малогабаритные и лѐгкие модули легко переносятся на сайт и обеспечивают простую установку в тех местах, где требования к пространству и доступу наиболее критичны. o Концепция разработана для поддержки фактически всех технологий в любых комбинациях. Это значит, что менее критичным становится выбор времени для расширения сети и уменьшаются риски в инвестиционных решениях, так как ѐмкость основной полосы и удалѐнных радио модулей может добавляться по мере необходимости для той технологии, которая требуется. o Как и другие члены семейства RBS 6000, базовая станция RBS 6601 обеспечивает общее решение транспортной сети, которое поддерживает широкий диапазон технологий. Имеет похожую архитектуру, совмещаемую с другими продуктами семейства RBS 6000. Делится на основной модуль MU (рисунок 5.6) и множество удалѐнных радио модулей RRU (рисунок 5.7), которые соединяются с MU при помощи оптических кабелей. Рисунок 5.6 – RBS 6601, основной управляющий модуль (MU) Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 32

Рисунок 5.7 – RBS 6601, удалѐнный радио модуль (RRU) Управляющий модуль RBS 6601 предназначен для установки внутри помещений (предпочтительно монтировать в 19-дюймовом шкафе). Один модуль цифровой обработки WCDMA (DUW) может быть установлен в один основной модуль RBS 6601. Некоторые основные характеристики MU RBS 6601 приведены ниже: - Распределение питания по постоянному току к основным модулям цифровой обработки; - Управляемая климатическая система, включающая в себя встроенные вентиляторы и управление. В дополнение к вышесказанному, MU обеспечивает ограниченное количество портов для пользовательских аварий, а также порт для внешнего модуля аварий SAU, внешний вид модуля изображен на рисунке 5.8. Рисунок 5.8 – Основной модуль RBS 6601 c DUW, внешний вид Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 33

Модуль цифровой обработки для WCDMA (DUW) доступен в 3 вариантах DUW 10/20/30, в зависимости от требований к ѐмкости. DUW включает в себя модули основной полосы, управления и коммутации. DUW может управлять различными, зависящими от времени, смешанными трафиками, которые состоят из голосовых коммутируемых данных, пакетно-коммутируемых данных и высокоскоростных данных, таких как высокоскоростной пакетный доступ (HSPA). Ресурсы основной (немодулированной) полосы объединены в DUW в наборе канальных элементов (СЕ) и ѐмкости высокоскоростных данных и могут быть оптимизированы в соответствии с требованиями оператора для пользовательских типов и наборов сервисов. Ёмкость основной полосы объединена независимо от секторов и частот. Может быть реализовано два объединения основной полосы (два DUW). В этом случае каждый из DUW помещается в один основной модуль RBS 6601. Два DUW в двух отдельных основных модулях RBS 6601 могут быть сконфигурированы как один модуль базовой станции, например для поддержки работы базовой станции в двух диапазонах. DUW стабилизирует сигналы синхронизации, извлеченные из транспортной сети или внешнего GPS оборудования, и использует эти сигналы для синхронизации базовой станции. DUW обеспечивает: - 100/1000 Base–T Ethernet; - Транспортный интерфейс канализированный STM-1; - Четыре IMA совместимые порты E1/T1/J1. Модуль цифровой обработки (DUW) может быть соединен с радио модулями RRUW или RRUS Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 34

Рисунок 5.9 – Удалѐнные радио модули RRUW/RRUS 01 и RRUS 11, внешний вид Удалѐнные радио модули RRUW и RRUS (рисунок 5.9) спроектированы для установки в непосредственной близости от антенн и могут монтироваться или на стену, или на трубостойку. До 12 RRUW или RRUS могут быть соединены с одним и тем же основным модулем. RRUW и RRUS поддерживают среднюю выходную мощность 60 Вт, для обеспечения требований большой зоны покрытия и ѐмкости. Двух диапазонные конфигурации также поддерживаются путѐм соединения RRUW и RRUS для различных частотных диапазонов к одному и тому же MU. Другие варианты совместимости для некоторых RRU семейства RBS 6601 представлены Интернет-ресурсе telecom.org [7]. RRUW имеет возможность поддерживать только технологию WCDMA. RRUS – это решение мультистандартного радио (MSR), что позволяет помимо технологии WCMDA поддерживать также технологии GSM и LTE одним и тем же аппаратным модулем. Стандарт может быть изменѐн путѐм переустановки программного обеспечения. Существуют две различные модели радио-модулей RRUS. Модель RRUS 01 означает поддержку одной Тх ветки на RRU, а RRUS 11 означает поддержку двух Тх веток на RRU (MIMO/Tx разнесение). RRUS 11 – это аппаратное средство, подготовленное для запуска двух стандартов в одном модуле одновременно. Стандарты, поддерживаемые в каждом частотном варианте RRUS, зависят от того, какие частоты каждого стандарта определены в 3GPP [8]. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 35

RRUW и RRUS содержат большую часть оборудования радио обработки. Основные составные части RRU следующие: o Приѐмопередатчик (TRX); o Усилитель передатчика (ТХ); o Дуплексирование передатчика/приѐмника (ТХ/RX); o Фильтрация ТХ/RX; o Поддержка коэффициента стоячей волны по напряжению (VSWR); o Оптический интерфейс; o Поддержка ASC, TMA и RET регулировку механического угла наклона антенн, для увеличения гибкости сайта; o Все соединения находятся внизу RRUW и RRUS. Линия оптического интерфейса соединяет RRU с MU. Длина между основным модулем RBS 6601 и RRUW или RRUS может быть до 40 км. Модули могут быть соединены друг с другом несколькими способами, в зависимости от структуры сайта. RBS 6601 поддерживает: 1. Соединение RRU типа «Звезда», где каждый RRU соединяется с MU; 2. RRUW и RRUS поддерживают каскадируемые соединения, где только один кабель соединяет MU с одним из RRU. Другие RRU последовательно соединяются друг с другом. Согласно ситуационному плану, более удобным будет соединение в котором каждый передатчик будет подключен к управляющему модулю (рисунок 5.10), так как длинна фасада позволяет использовать оптическую сборку в умеренных колличествах. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 36

Рисунок 5.10 – RBS 6601 трѐхсекторный сайт (соединение RRU типа «Звезда») В составе оборудования есть модуль управления авариями SAU. Опциональный модуль управления авариями (SAU) осуществляет мониторинг и управление пользовательского оборудования. SAU может управлять внешними авариями в количестве до 32 и имеет четыре выходных порта управления. А так же базовая станция может быть соединена с модулем GPS, который используется для синхронизации RBS с центром коммутации. RBS 6601 предполагает широкий спектр сценариев развертывания. Она хорошо подходит для сайтов средней и большой ѐмкости, легко монтируется. Использование RBS 6601 позволяет снизить энергопотребление. Блоки, из которых состоит базовая станция, имеют небольшие размеры, что идеально подходит для труднодоступных сайтов или когда установка может вызвать нежелательный уровень беспокойства. Все блоки можно перевезти на лифте Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 37

или перенести вручную. Основной модуль может быть установлен в 19дюймовую стойку в небольшом климатическом шкафу, размещенном под мачтой, а каждый удаленный радио модуль в непосредственной близости к антенне. Проектируемое размещение сетевого оборудования в 19 – дюймовом климатическом шкафу показано на рисунке 5.11. Рисунок 5.11 – Расположение оборудования RBS 6601 в климатическом шкафу Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 38

Данная базовая станция помимо прочего отвечает важному для подобной аппаратуры перечню стандартов и требований для радиооборудования: o Электромагнитная совместимость - базовая станция удовлетворяет требованиям Европейского сообщества по электромагнитной совместимости. Базовая станция маркируется символикой ―CE‖, чтобы отобразить соответствие правовым требованиям. o Стандарты одобрения продукта - RBS удовлетворяет требованиям Европейского сообщества касательно радио характеристик. Базовая станция маркируется символикой ―CE‖, чтобы отобразить соответствие правовым требованиям. o Сейсмо-устойчивость - основной модуль RBS 6601 спроектирован таким образом, что выдерживает сейсмические нагрузки в соответствии с методами тестирования IEC/EN 60 068-2-57. o Акустический шум - RRU22 20 Вт, RRUW и RRUS не генерируют акустических шумов. o Наличие/отсутствие шифровальных средств - оборудование и программное обеспечение базовой станции RBS 6601 технологии WCDMA не содержит шифровальных и криптографических средств. Рентабельное расширение покрытия и ѐмкости БС, уменьшенное энергопотребление, и простота установки делают RBS 6601 идеальным решением для покрытия в городских условиях. А в конфигурации с (MSR) радио-блоком RRUS 11 позволит выполнить переход на 4G сеть с помощью замены версии программного обеспечения. Подобная базовая станция идеально подходит для таких высоко-проходимых мест как торговые центры, спортивные арены, транспортные станции. По итогу подбора и изучения состава оборудования базовой станции Ericsson RBS 6601, была разработана структурная схема коммутации оборудования (рисунок 5.12). Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 39

Рисунок 5.12 - Структурная схема коммутации оборудования RBS 6601 5.3 Расчет зоны покрытия для проектируемой базовой станции стандарта IMT2000/UMTS В системе УКВ радиосвязи с подвижными объектами связь осуществляется между базовой и подвижными объектами радиостанции при непрерывном изменении условий радиосвязи. В связи с чем, точный расчет дальности связи произвести невозможно, приходится исходить из средних значений параметров, влияющих на качество связи. Дальность действия УКВ радиосвязи зависит от следующих факторов: электрических параметров аппаратуры; Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 40

чувствительности приемников; мощности передатчиков; рабочих частот; параметров антенно-фидерных трактов БС и АС; высот установки антенн базовой и абонентской станции; уровня помех в точке приема; рельефа местности; закономерностей распространения УКВ радиоволн в условиях пересеченной местности и городской застройки. Расчеты зоны радио-покрытия БС проведем по методике, приведенной в В [9]. таблице 5.1 сведены основные технические характеристики приемопередающего оборудования, а в таблице 5.2 указаны исходные данные для расчета. Таблица 5.1 - Технические характеристики приемопередающего оборудования Обозначение, ед. изм. Наименование Назначение радиостанции - Тип радиостанции - Характеристика станций Базовая Ericsson RBS 6601 абонентская С поддержкой UMTS Максимальная мощность передатчика (на входе антенного фидера) Pmax, Вт 20 0,025 Количество приемо-передатчиков nп, шт. 3 - Количество секторов nc, шт. 3 - Реальна чувствительность приемника Pоп, дБм -128 -103 Таблица 5.2 - Общие характеристики проектируемой сети Обозначение 1 РПРД БC GПРД БC fПРД БC Наименование и единица измерения 2 Мощность передатчика БC, Вт К-т усиления передающей антенны БC , дБ Полоса рабочих частот передачи БC, МГц Значение 3 20 19 2165—2170 Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 41

Окончание таблицы 5.2 1 РПРМ БC GПРМ БC fПРМ БC РПРД МC GПРД МC fПРД МC РПРМ МC GПРМ МC fПРМ МC 2 Чувствительность приемника БC, дБ Вт К-т усиления приемной антенны БC , дБ Полоса рабочих частот приема БC, МГц Мощность передатчика МC, Вт К-т усиления передающей антенны МC, дБ Полоса рабочих частот передачи МC, МГц Чувствительность приемника МC, дБВт К-т усиления приемной антенны МC, дБ Полоса рабочих частот приема МC, МГц 3 -128.3 18 1975—1980 0,025 0 1975—1980 -103 0 2165—2170 5.3.1 Расчет бюджета потерь - направление передачи БС – АС Зона покрытия микро соты определяется максимальной дальностью связи между базовой станцией и абонентской. Дальность связи можно получить путем решения уравнения связи: PС .ВХ . ПД РИЗЛ L bТ bЭ , (5.1) где PС .ВХ . ПД – уровень мощности полезного сигнала на входе приемной антенны в дБВт; РИЗЛ – уровень излучаемой мощности передатчика в дБВт; L затухание сигнала при распространении, дБ; bТ 3дБ - дополнительные потери сигнала при соединении с абонентской станцией; bЭ 8дБ - дополнительные потери сигнала при работе с абонентской станцией в автомобиле (для здания 15 дБ). Тогда, затухание сигнала при распространении L: L РИЗЛ PС .ВХ . ПД bТ bЭ , (5.2) Уровень излучаемой мощности передатчика: Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 42

PИЗЛ где РПРД 10 lg PПРД РПД b ДЖ 30 10 lg 20 30 GПД , 43дБм (5.3) – передатчика; b ДЖ - потери в джамперах Tx\Rx, дБ; b ДЖ G ПРД уровень мощности 0,0456 0,0456 0,091дБ 19дБ - коэффициент усиления передающей антенны (из технических характеристик). Стоит обратить внимание, что в данном уравнении не используются потери в фидере антенны передатчика, так как в RBS 6601 предусмотрен оптический интерфейс. Тогда по формуле (5.3): PИЗЛ 43 0,091 19 61,91дБм Найдем необходимую мощность полезного сигнала абонентской станции (РПС) с вероятностью 50%: PПС (50%) PПРМ Ф..ПРМ G0 П , (5.4) где РПРМ = -103 дБм - чувствительность приѐмника абонентской станции; η Ф.ПРМ = 0 дБ - потери в фидере антенны приемника абонентской станции; G0П = 0 дБи - максимальный коэффициент усиления антенны приемника абонентской станции. PПС (50%) 103дБм Далее вычислим напряженность поля полезного сигнала (Е ) с ПС вероятностью 50 %: Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 43

E ПС (50%) 77.2 20 lg f PПС (50%) , (5.5) где f – средняя частота диапазона вниз БС-АС. (f=2167,5МГц) E ПС (50%) 77.2 20 lg 2167 ,5 103 40,9дБ Для нахождения необходимого запаса мощности сигнала для его уверенного приема с вероятностью 75 % необходимо воспользоваться формулой (5.6). ( 75%) где сигнала ( 75%) по 0,68 , (5.6) - параметр логнормального распределения уровней местоположению с вероятностью 75%; 10дБ - среднеквадратичное отклонение сигнала из-за флуктуации в точке приема. 0,68 10 6,8 Подставим известные значения в формулу (5.7) и найдем необходимую мощность полезного сигнала (РПС(75%)) на границе зоны обслуживания с вероятностью 75%, дБм: PПС ( 75%) PПС 50% 103 6,8 96,2дБм (5.7) Необходимая напряженность поля полезного сигнала на границе зоны обслуживания с вероятностью 75%, вычисляется по аналогичной формуле: E ПС ( 75%) E ПС 50% 40,9 6,8 47,7дБм (5.8) Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 44

Рассчитаем по формуле (5.9) допустимые основные потери передачи с вероятностью 50%, при нахождении абонентской станции в различных точках приема: L 50% PПС (50%) bТ bЭ , PИЗЛ где bТ - потери в теле абонента ( bТ (5.9) 3дБ ); bЭ - потери на проникновение, дБ: на улице ( bЭ 0 дБ ) L(50%) 61.91 103 3 0 161,91дБ в автомобиле ( bЭ 8 дБ ) L(50%) 61.91 103 3 0 153,91дБ L(50%) 61.91 103 3 0 146,91дБ в здании ( bЭ 15дБ ) Рассчитаем по формуле (5.10) допустимые основные потери передачи с вероятностью 75%, при нахождении абонентской станции в различных точках приема: L 75% L 50% (5.10) Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 45

на улице ( bЭ 0 дБ ) L( 75%) 161,91 6,8 155,11дБ L( 75%) 153,91 6,8 147,11дБ L 75% 146,91 - 6,8 140,11дБ в автомобиле ( bЭ 8 дБ ) в здании ( bЭ 15дБ ) 5.3.2 Расчет бюджета потерь - направление передачи АС – БС PИЗЛ где РПРД bФ. GПРД , (5.11) bф = 0дБ - потери в фидере антенны АС; GПРД = 0 дБм - максимальный КУ антенны АС. Тогда по формуле (5.11): PИЗЛ 10 lg PПРД 30 0 0 10 lg 0,025 30 13,98дБм Необходимая мощность полезного сигнала с вероятностью 50%, дБм: PПС (50%) PПРМ b ДЖ G ПРМ , (5.12) Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 46

где РПРМ = -128,3 дБм - чувствительность приѐмника; b ДЖ 0,091дБ потери в джамперах; G ПРМ 18дБ - коэффициент усиления приемной антенны БС. 128,3 0,091 18 -146,21 дБм PПС (50%) Необходимая напряженность поля полезного сигнала с вероятностью 50 % находится по формуле (5.5): E ПС (50%) 77.2 20 lg f PПС (50%) где f – средняя частота диапазона вверх АС-БС (f=1977,5МГц). E ПС (50%) 77.2 20 lg 1977 ,5 146,21 3,09дБ Необходимый запас мощности сигнала для его уверенного приема с вероятностью 75 % определяется по формуле (5.6): 0,68 10 6,8 Необходимая мощность полезного сигнала на границе зоны обслуживания с вероятностью 75%, из формулы (5.7): PПС ( 75%) PПС 50% 146,21 6,8 139,41 дБм Необходимая напряженность поля полезного сигнала на границе зоны обслуживания с вероятностью 75%, из формулы (5.8): Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 47

E ПС ( 75%) E ПС 50% 3,9 6,8 2,9дБ Рассчитаем допустимые основные потери передачи с вероятностью 50%, при нахождении АС в различных точках приема по формуле (5.2): L 50% где bТ PИЗЛ PПС (50%) bТ bЭ , - потери в теле абонента, дБ ( bТ 3дБ ); bЭ - потери на проникновение, дБ. на улице ( bЭ 0 дБ ) L 50% 13,98 146,21 3 0 157,19дБ в автомобиле ( bЭ 8 дБ ) L 50% 13,98 146,21 3 8 149,19дБ в здании ( bЭ 15дБ ) L 50% 13,98 146,21 3 15 142,19дБ Далее, вычислим допустимые основные потери передачи с вероятностью 75%, при нахождении абонентской станции в различных местах приема по формуле (5.9): L 75% L 50% Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 48

на улице ( bЭ 0 дБ ) L 75% 157,19 6,8 150,39дБ в автомобиле ( bЭ 8 дБ ) L 75% 149,19 6,8 142,39дБ L 75% 142,19 6,8 135,39дБ в здании ( bЭ 15дБ ) Вычислим мощность принятую базовой станцией от одного абонента находящегося на улице, с допущениями, что АС находится на улице на максимальном расстоянии от БС. , где (5.13) – минимальная необходимая мощность на границе зоны обслуживания с вероятностью 75%, принятая базовой станцией от мобильной станции (дБм); – допустимые основные потери на трассе с вероятностью 75%, между базовой и мобильными станциями, при их нахождении на улице (дБ); – допуск на теневые потери (дБ); антенны базовой станции (дБ); – коэффициент усиления (на приѐме) – потери в джамперах базовой станции (дБ). Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 49

5.3.3Расчѐт радиуса зоны обслуживания базовой станции По полученным результатам в предыдущих подразделах проведем расчѐт эффективного радиуса зоны обслуживания. Расчеты проведем, используя модель С0ST231-Хата, которая является модифицированным для сотовой связи вариантом модели Окамура-Хата. Формула для расчета среднего затухания в городе (дБ) записывается в виде: L( город) 46,3 33,9 lg( f ) 13,82 lg( ht ) (44,9 6,55 lg( ht )) lg( R0 ) a(hr ) C , (5.14) где f =2167,5 МГц - несущая частота; hr = 1,5м - высота антенны АС; ht = 17м- высота антенны ВТS; a(hr) - поправочный коэффициент для высоты антенны АС; R0 - расстояние между ВТS и АС, км; С= 0 дБ для малых и средних городов; С = 3 дБ для больших городов; Поправочный коэффициент a(hr) для города будет: a(hr ) 3,2 lg( 11,75 hr ) 2 (5.15) 4,97, То есть, для hr=1,5 м: a(hr ) 3,2 lg( 11,75 1,5) 2 4,97 0.00092 Тогда по формуле (5.14): L( город) 46,3 33,9 lg(2167,5) 13,82 lg(17) (44,9 6,55 lg(17)) lg(R0 ) 0,00092 3 145,381 36,84 lg(R0 ) По полученным результатам запишем выражение (5.16), для определения дальности связи: Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 50

R0 10 L 145, 381 36,84 , (5.16) Максимальная дальность связи с вероятностью 75% на границе зоны обслуживания R, км: На улице ( bЭ 0дБ ) 155,11 145, 381 36,84 R0 10 1,82км в автомобиле ( bЭ 8 дБ ) 147,11 145, 381 36,84 R0 10 1,12км в здании ( bЭ 15дБ ) 140,11 145, 381 36,84 R0 10 0,72км 5.3.4 Построение модели зоны покрытия в программной среде RPS2: RadioPlanningSystem 2 Программа RPS2 предназначена для автоматизированного проектирования беспроводных сетей различной архитектуры, в том числе и сотовых. Возможность редактирования параметров и проверенные временем методики расчета выделяют еѐ из ряда конкурентов. Для начала необходимо задать требуемые параметры проектируемой сети CDMA (Рисунок 5.13). Расчѐт в программной среде будет проводиться для речевой нагрузки, поэтому скорость передачи данных задаѐтся в пределах 12,2 Кбит/с. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 51

Рисунок 5.13 –Параметры сети в RPS2 Параметры радио-блоков в соответствие с рисунком 5.14 отредактированы по исходными данным расчѐтов. Рисунок 5.14 – Редактирование параметров приемопередатчиков Параметры секторных антенн отредактированы по данным производителя. Диаграммы направленности, горизонтальная и вертикальная выставлены по характеристикам антенны (рисунок 5.15). Имеется возможность регулировки электронного угла, с отклонением к поверхности земли на 12 градусов. Для данного расчѐта принят нулевой угол для трех секторов, чтобы увидеть максимальную зону распространения радиоволн. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 52

Рисунок 5.15 – Редактирование параметров секторных антенн После установки точки расположения базовой станции, необходимо задать параметры секторов. Сектора направлены между соседними зданиями с азимутами разницей в 120 градусов, в сторону точек с максимальной проходимостью в районе базовой станции. Примем допущения, что передатчики и антенны на всех секторах одинаковые. В таком случае эти результаты будут исходными для частотно территориального планирования оператором сети сотовой связи. Вопросы по более точному планированию сети, решаются с помощью оптимизации, которую так же можно смоделировать сначала в программе RPS2, а затем на практике. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 53

При последующем построении графической модели расчета С0ST231Хата (рисунок 5.16), сверка данных показала небольшие отличия расчета зоны покрытия с вероятностью 75% от более точных результатов программы, учитывающей параметры данной местности, которые не отраженны в расчетах. Рисунок 5.16- Графическая модель расчета С0ST231-Хата - Красные лепестки диаграммы направленности показывают ожидаемое покрытие в зданиях с потерями 140,1 дБ. В отличие от радиуса с R(75%) = 0,72км, радиус в программе 1км - Синие лепестки диаграммы направленности показывают ожидаемое покрытие на улице с потерями 155,1 дБ. В отличие от радиуса с R(75%) = 1,82км, радиус в программе 2,5км - Зону покрытия при нахождении в автомобиле программа RPS2 не отображает в графическом виде. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 54

Далее для более наглядного планирования построена модель RPS, которая дополнительно учитывает такие параметры как: дифракция, отражение, потери на местности и атмосферные потри. Результат показан на рисунке 5.17. Рисунок 5.17 - Графическая модель расчета RPS На данной модели, синим цветом, изображен около нулевой уровень сигнала, фиолетовый цвет показывает распространении внутри застройки, голубой цвет зону покрытия на улице, а серый полное отсутствие сигнала. В отличие от графической модели С0ST231-Хата здесь видно влияние плотности застройки на неоднородность распространения волн. Например, в районе железной дороги синяя полоса, а в местах древесных насаждений, наблюдается отражение сигнала, фиолетового цвета. По итогам расчета зоны покрытия можно сделать вывод, что место и высота установки проектируемой базовой станции подходит для обеспечения покрытия микро-соты стандарта 3G/UMTS в районе Курского вокзала. План расположения АФУ и азимут секторов изображены на рисунке 5.18 Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 55

Рисунок 5.18 – Сема расположения АФУ Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 56

5.4 Максимальная дальность соканальных помех Соканальными, называются помехи от станций системы, работающих на одних и тех же частотных каналах, но в других ячейках. Минимально возможным для построения системы сотовой связи является 3-элементный кластер, в каждой ячейке которого можно использовать одну треть от полного частотного диапазона, отведенного системе (для UMTS 15МГц/3), то есть три канала. Однако в таком кластере ячейки с одинаковыми полосами часто повторяются, что плохо влияет на сокращение соканальных помех. Проблема электромагнитной совместимости устраняется путѐм уменьшения уровней мешающих сигналов. Наиболее эффективные методы уменьшения помех на совпадающих частотах: а) применение секционированных антенн; б) увеличения расстояния R между взаимодействующими БС. Однако увеличение R связано с увеличением числа требуемых частотных каналов, что сопровождается снижением частотной эффективности. Важную роль в решении проблемы интерференции играет правильно разработанный частотно территориальный план. Он должен обеспечить достаточный частотный разнос между соседними каналами в соте и между ближайшими - в соседних сотах. Перспективными являются адаптивные ЧТП, которые позволяют учитывать изменение ситуации во времени, а также гибко предоставлять каналы разного качества каждой абонентской станции. Рассчитаем защитное отношение сигнал/помеха с вероятностью 75%, на границе зоны обслуживания Aгр, дБ: Aгр A0 ( 75%) 2 7 0,68 2 10 16,61 , (5.17) где A0=7 дБ - защитное отношение сигнал/помеха с вероятностью 50%; ( 75%) 0,68 - параметр логнормального распределения уровней сигнала по Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 57

местоположению с вероятностью 75%; 10дБ среднеквадратичное - отклонение сигнала из-за флуктуации в точке приема. Максимальная дальность соканальных помех на границе зоны обслуживания Rn max, км и определяется по формуле (5.18). Rn max R0 max 10 Aгр / 44,9 6,55 lg hБС , (5.18) где hБС =17м. на улице 1,82 1016,61/ 36,84 5,1км Rn max 1,12 1016, 61/ 36,84 3,16км Rn max 0,72 1016, 61/ 36,84 2,03км Rn max в автомобиле в здании По полученным расчетам видно, что размещение проектируемой базовой станции удовлетворяет условию электромагнитной совместимости в том случае если, ближайшая станция с подобными частотными каналами находится на расстоянии не менее 5,1 км от проектируемой станции 5.5 Определение числа каналов трафика Число методических каналов трафика указаниях В.Ю. определено Бабкова по методике, «Общие описанной подходы к в задачам планирования и оптимизации 2G - 4G сетей подвижной связи» [10]. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 58

При построении сети начального приближения предполагаются следующие допущения: -плотность абонентского трафика по территории обслуживания постоянна; -соты одинаковых размеров; -активность абонентов постоянна от одной соты к другой; -обеспечивается быстрое управление мощностью передатчиков, как в обратном, так и в прямом направлении связи; -морфологическая структура местности однотипна; -параметры радиопередающих абонентских станций одинаковы. Основное уравнение W-CDMA для текущего отношения сигнал/помеха на символ в обратном канале связи имеет следующий вид: (5.19) Допустимое число каналов трафика определим из оценки шумовых характеристик на входе приемника базовой станции. Сигналы, приходящие на приемник BS, некогерентные, поэтому для каждого абонента сигналы остальных абонентов являются помехами. Кроме помех, в собственной соте, нужно учитывать сигналы абонентов соседних сот. Тогда для обеспечения требуемого качества передачи сигналов в направлении UpLinc должно быть выполнено условие: Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 59

Где - требуемое отношение сигнал/помеха для данного вида передачи; SF – эквивалентный коэффициент расширения спектра; Pj – мощность сигнала j-го абонента на входе приемника; Pш – мощность шумов, приведенная к входу приемника; - суммарная мощность всех (n-1) сигналов абонентов в своей соте на входе приемника; - коэффициент активности абонентов; - мощность мешающих сигналов абонентов соседних сот. Будем считать, что абоненты данной соты имеют одинаковый приоритет. Мощности сигналов всех абонентов на входе приемника БС равны, что обеспечивается быстрым управлением мощности по замкнутой петле (closed loop power control) со скоростью 1500 раз в секунду для каждой подвижной станции в целях обеспечения максимальной пропускной способности на линии вверх. На основе анализа экспериментальных данных книги Бабкова В.Ю. [10] можно считать, что мощность мешающих сигналов абонентов соседних сот составляет 0,5 от мощности мешающих сигналов абонентов в своей соте. Произведем расчет допустимого числа абонентов в соте для случая, когда основной вид трафика – телефония. В случае ЧНН можно принять коэффициент активности абонентов α = 0.6, а требуемое отношение примем сигнал/шум . Тогда, принимая скорость передачи речи Вsing = 12,2 кбит/с, Вчип = 3,84 Мчип/с, находим SF: SF = = 315. Количество каналов трафика на соту при однородной речевой нагрузке определяется по формуле: Ms int[2( 2SF 1 1) ], 2 q 1 (5.21) Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 60

Что бы получить приемлемые значения по методикам из книги Бабкова В.Ю. [10], нужно изменять q 2 - сигнал /помеха в пределах от 2.5 до 2.8 дБ, что на 30% ниже ранее принятого оптимального отношения в . Подставим известные нам значения в формулу (5.21) и получим максимальное число каналов речевого трафика равное M s 134 . 5.6 Определение плотности интерференции Плотность интерференции, создаваемая другими абонентами в данной базовой станции, можно вычислить по формуле (5.22). , (5.22) где – плотность интерференции, создаваемая другими мобильными станциями (дБм/Гц); – коэффициент активности речи. Ca=0,35; – число трафик каналов имеющихся в одной базовой станции. Плотность интерференции, создаваемая другими абонентами других базовых станций. (5.23) где – плотность интерференции от мобильных станций других базовых станций; – эффективность многократного использования частоты. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 61

Плотность интерференции, создаваемая другими абонентами других базовых станций и абонентами проектируемой базовой станции. , где (5.24) - Плотность интерференции, создаваемая другими абонентами других базовых станций и данной базовой станцией. 5.7 Определение максимально возможной абонентской нагрузки базовой станции Далее следуя методике расчета [10], определим пространственные параметры сети с точки зрения максимальной абонентской емкости. Для этого нам понадобятся следующие данные: число каналов трафика на сектор (соту) Na sec t ; вероятностью блокировки вызова Aa 0.03...0.04 Эрл; активность одного абонентов в ЧНН As ; число абонентов сети M s . Максимально-возможное число абонентов, которое может обслужить сектор базовой станции, при понижении качества связи, найдем из выражения: N a sec t As , Aa (5.25) где As = 121,100 Эрл - продолжительность звонков в час наибольшей нагрузки, (ЧНН) вычисленная при помощи онлайн калькулятора Эрланга В; Aa 0.03...0.04 Эрл - вероятность блокировки вызова – отказ от приема звонков Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 62

из-за недостаточного количества доступных каналов. Например, 0,04 означает 4 отказа на 100 звонков. Подставив эти значения в формулу, получим максимально возможное число абонентов на соту базовой станции равное Na sec t =3027 человек. Данный метод является больше статистическим, чем инженерным, так как ЧНН возникают всего в 30 днях года, а идеальный показатель Aa 0.03...0.04 Эрл возможен только при самых низких показателях сигнал/помеха, и общем снижении качества связи. 5.8 Определение номинальной ѐмкости базовой станции Стандарт WCDMA обладает особенностями способствующими увеличению ѐмкости базовой станции: 1. Учет активности речи. Средняя активность речи абонента составляет 35% от полного времени его разговора. Остальное время занимают паузы, в течение которых абонент слушает собеседника. В WCDMA все абоненты занимают один радиоканал в секторе. Поэтому когда кто-то из них не разговаривает, возникает меньше помех. Таким образом, сокращение активности речи уменьшает взаимные помехи, что позволяет увеличить ѐмкость канала до трех раз. CDMA–единственная технология связи, которая использует преимущества этого явления. 2. Увеличение канальной ѐмкости благодаря секторизации, то есть путем организации трех радиоканалов в секторах, тем самым, ѐмкость увеличивается в три раза по сравнению с теоретической при использовании одного радиоканала. К примеру, в FDMA и TDMA каждая сота делится на секторы только для сокращения влияния интерференционных помех. В результате эффективность транкинга разделенных каналов в каждой соте ухудшается. 3.Имеется возможность подключить дополнительного абонента, без значительного ухудшения качества воспроизведения речи по сравнению с обычным режимом. Допустим, если в соте 30 каналов и добавляется еще один, Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 63

то разница в отношении несущая/интерференция всего 10log (30 + 1) / 30 = 0.5дБ. 4. Большим преимуществом стандарта WCDMA перед остальными системами является возможность многократного использования полного спектра всех сот с возможностью автоматического перераспределения нагрузки, по мере передвижений абонентов. Когда количество абонентов равно N, базовая станция принимает сигнал состоящий из необходимого сигнала с мощностью С и N-1интерферирующих сигналов также с мощностью С. Таким образом отношение несущая к интерференции может быть выражено как: , (5.26) где С – уровень мощности требуемого сигнала; I – уровень мощности интерференции. Из(5.26)можно определить: (5.27) В отличие от систем TDMA и FDMA, в системе WCDMA большую важность играет отношение Eb/N0 чем отношение C/I. Допустим что: R – скорость передачи данных (в нашем случае 12200 бит/с); W– ширина канала (5MHz); Отношение между C/I и Eb/N0 может быть выражено как: (5.28) Перемножая выражения (5.27) и (5.28), получаем: Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 64

(5.29) Наименьшая величина необходимая для нормальной работы системы, для передачи цифрового голоса подразумевает BER (Коэффициент Битовой -3 Ошибки) равный 10 или меньше. Выражение (5.29) определяет максимальное количество абонентов в сети WCDMA при оптимальном качестве связи, с достаточным для этого показателем Eb/N0. (5.30) Если учесть повторное использование частоты формула (5.30) примет вид: (5.31) В 3-х секторной соте, присутствует частичное взаимное перекрытие основных лепестков диаграммы направленности секторных антенн, действующее значение, которого составляет около 85% от своего максимума. То есть: 0.85*3=2.55 – коэффициент секторизации. С учетом секторизации получим конечную формулу для расчета ѐмкости одной соты: , где (5.32) - плотность шума в приемнике БС, при ; F=0.65 - эффективность многократного использования частоты; VAF=0.35 – средняя активность речи абонента; G – коэффициент секторизации, для 120осекторизации G=2.55. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 65

Подставим в формулу (5.32) данные полученные в исследовании соединения АС-БС. Из проведенных расчетов можно сделать вывод, что ѐмкость проектируемой базовой станции в час наибольшей нагрузки возрастает более чем в 3 раза, «жертвуя» понижением качества связи на 30%, а при средней речевой активности и сохранении оптимального соотношения сигнал/помеха количество абонентов составляет 869 человек. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 66

6 ОХРАНА ТРУДА, ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОЕКТА 6.1 Требования к заземлению, молниезащите Для базовых станций предусматривается защитное заземление в соответствии с требованиями ПУЭ (глава 1 - 7). Все металлические нетоковедущие части оборудования аппаратной должны иметь надежное заземление. Проектирование заземляющих устройств электрооборудования аппаратных базовых станций выполняется в соответствии с требованиями ПУЭ, ГОСТ 12.1.030 и ВСН 332. Конструктивно заземление выполняется в соответствии с требованиями «Инструкции по устройству «Электромонтаж»[10],[12]). В заземления данной и молниезащите» инструкции (концерн предусмотрено использование сварных, болтовых, клепочных соединений, а также соединений с помощью хомутов. Для защитного заземления металлических частей технологического оборудования, нормально не находящегося под напряжением и получающего питание переменным током, во избежание возникновения помех необходимо прокладывать заземляющий проводник от точки подключения питающего кабеля по радиальной схеме. Не следует использовать замкнутый контур защитного заземления. В качестве молниезащитного заземления в первую очередь должны использоваться существующие заземляющие устройства. Не допускается использование направляющих лифта в качестве заземляющих проводников. К молниезащитному заземлению должны быть присоединены лотки и другие металлоконструкции, по которым прокладываются кабели. Для защиты от наведения и заноса высокого потенциала по кабелям питания, которые прокладываются от системы электропитания до радиопередатчиков, необходимо обеспечить электрический контакт экрана кабелей с металлическими конструкциями опоры и кабельного моста (при его Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 67

наличии) в местах ввода в телекоммуникационный шкаф и в местах подключения к антенне на опоре. Телекоммуникационный шкаф, модуль управления, радиопередатчики, система распределения электропитания и прочее оборудование БС должны быть соединены с существующим или проектируемым контуром заземления. Все болтовые соединения необходимо покрывать антикоррозионной смазкой. Присоединение необходимо выполнять оконцованным наконечниками кабелем ПВЗ сечением не менее 16 кв.мм. Антенные опоры с молниеприемниками, устанавливаемые на крышах зданий, оборудованных молниезащитой в соответствии с РД 34.21.122, должны быть (не менее, чем в двух местах) электрически соединены с устройством молниезащиты, а при его отсутствии с проектируемым собственным контуром заземления. Молниезащита выполняется в соответствии с требованиями РД 34.21.122 как для объектов III категории. Не следует оборудовать устройством молниезащиты антенные опоры, которые попадают в зону молниезащиты другого сооружения (высотного здания, дымовой трубы и т. п.). Антенные опоры, устанавливаемые на зданиях, имеющих контур молниезащиты разного назначения, должны быть электрически соединены с контуром заземления здания. В соответствии этим требованиям был выполнен чертѐж схемы заземления и молниезащиты (рисунок 5.19). Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 68

Рисунок 5.19 – Схема заземления и молниезащиты Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 69

На схеме рисунка 5.19 отражено: - заземление проектируемого оборудования БС на шину климатического шкафа проводом ПВЗ 16 кв.мм. и оборудования распределения электропитания проводом ПВЗ 25 кв.мм. - Соединение в единый контур (полосой 4х25) металлоконструкции антенных опор, рамы установочной, кабельных лотков и присоединение к проектируемой молниезащитной системе здания при помощи сварки. - Заземление передатчиков RRUS выполнено на металлоконструкции проектируемых антенных опор проводом 5/NTM 201/4 длинной 2 м (поставляется в комплекте с RRUS). 6.2 Требования к электропитанию Для защиты питающих кабелей от токов коротких замыканий и перегрузок применяются автоматические выключатели и предохранители. Решения по обеспечению надежности электроснабжения должны соответствовать требованиям главы 1.2 ПУЭ в зависимости от категории технологических электроприемников, указанных в таблице 6.1. Таблица 6.1 – Рекомендации по выбору ЭПУ для базовой станции Технологические электроприемники стационарных комплексов подвижной связи Категория технологических электроприемников по надежности электроснабжения Необходимое количество независимых источников питания по ПУЭ Контроллер/ Транскодер I категория 2 Базовая станция II категория Базовая станция III категория Кол-во источников питания от электрических сетей энергосистемы Колво групп АКБ Время разряда одной группы в ЧНН (час) 2 2 1,0 2 2 1 2,0 1 1 1 4,0 Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 70

Примечания: 1. Требования по обеспечению надежности электроснабжения устанавливаются согласно заданию на проектирование в пределах норм, определенных в настоящей таблице. 2. В I категории при наличии в составе ЭПУ установок АБП, перекрывающих время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады, допускается выполнять электроснабжение как для потребителя II категории. 3. При размещении стационарных комплексов подвижной связи на объектах связи (АТС, РРС и др.), получающих питание от тех же источников переменного тока, расчетное время разряда аккумуляторной батареи должно быть равно времени, принятому для аппаратуры объекта. 4. Требование к надежности электроснабжения электроприемников базовых станций следует, в соответствии с РД 34.20.185 «Инструкцией по проектированию городских электросетей», относить к ближайшему вводному распределительному устройству, к которому подключены электроприемники. 5. При установке оборудования базовых станций вместе с аппаратурой, которая требует категорию электропитания выше, чем указано в позиции 2, 3, электропитание базовой станции принимается по более высокой категории. В случае установки оборудования контейнерной базовой станции в месте, где отсутствуют условия обеспечения еѐ электроснабжением соответствующей категории, меры по повышению надежности электроснабжения определяются из технико-экономических соображений. Возможно использование аккумуляторных батарей большей ѐмкости, передвижного дизель-генератора. При установке на базовых станциях аппаратуры РРЛ (в том числе промежуточных) время их работы при питании от автономного источника электроэнергии должно приниматься из условия времени восстановления источника переменного тока или времени приезда бригады обслуживания с Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 71

передвижной ДЭС либо переносной аккумуляторной батареей, но не менее 10 часов. При расчете ѐмкости АКБ и выборе количества групп в батареях следует руководствоваться таблицей (6.1) с учетом примечаний к этой таблице. Ёмкость аккумуляторных батарей для указанных стационарных комплексов СПС может быть предусмотрена большей, по обоснованному требованию задания на проектирование. На базовых станциях рекомендуется использовать герметичные необслуживаемые аккумуляторные батареи. Данные аккумуляторы могут устанавливаться в технологическом помещении в общем штативе установки бесперебойного питания или в предусмотренной нише климатического шкафа при достаточной вентиляции, рассчитанной в соответствии с рекомендациями, приведенными в технической документации фирмы-изготовителя, и требованиями эксплуатации. При этом категория технологических помещений в отношении взрыва- и пожараопасности не изменяется. Токораспределительные сети постоянного и переменного тока для различных стационарных комплексов подвижной связи должны выполняться в соответствии с нормами и требованиями ВСН 332, разделы 6 и 7, ГОСТ Р 50571, а также с учетом дополнительных требований для конкретного типа технологического оборудования. Питание нагрузок I категории с шин первой категории допускается выполнять по одному фидеру. Питающая сеть переменного тока может быть 4-х или 5-ти проводной. Сечение нулевого защитного проводника должно быть не меньше сечения фазного проводника. Разделение нулевого рабочего (N) и нулевого защитного (РЕ) проводников рекомендуется проводить непосредственно у источника питания. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 72

Для монтажа оборудования базовых станций типы кабелей и проводов следует выбирать в зависимости от назначения проводки линейной, питающей, сигнальной и высокочастотной. Для питающей проводки применяются медные шины, провода и кабели. Силовая и осветительная сеть аппаратной базовой станции выполняется проводами и кабелями, не распространяющими горение, например, с оболочкой «нг». Для низкочастотной проводки должны применяться монтажные провода и кабели, при этом кабели для сигнальных частот должны быть экранированные с заземлением их экранов. Для защиты питающих и распределительных сетей от токов короткого замыкания и перегрузок предусматриваются установки питания с автоматами, имеющими тепловую и электромагнитную защиту. Состав оборудования подобранного в соответствие с вышеуказанными нормами указан в таблице 7.1 технико - экономического обоснования проекта. А также на рисунке 5.18 показано расположение оборудования в климатическом шкафу. 6.3 Требования по безопасности и производственная санитария Мероприятия по технике безопасности на базовых станциях предусматриваются в соответствии с [14], [15]. Требования охраны труда, промсанитарии и техники безопасности в помещениях базовых станций обеспечиваются следующими мероприятиями: • размещением оборудования в аппаратной с обеспечением свободного доступа к оборудованию при монтаже и эксплуатации; • специальной обработкой стен и потолков, изготовлением полов из материалов, отвечающих требованиям санитарно-гигиенических условий труда; • ограждением токоведущих частей, находящихся на доступ ной для обслуживающего персонала высоте (применение закрытых шкафов, щитов); Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 73

• предупредительными мерами по защите обслуживающего персонала от влияния высокочастотного излучения (конструкция оборудования должна обеспечивать уровень электромагнитного излучения не выше допустимой санитарной нормы); • применением для проведения ремонтных и профилактических работ пониженного напряжения 42 В для ручного инструмента; • применением индивидуальных средств защиты: диэлектрических ковриков, резиновых бот, перчаток, радиозащитных очков. Все работы с антеннами базовых станций проводятся при выключенных передатчиках, при этом должны быть вывешены предупредительные плакаты. Конструкции антенных опор должны обеспечивать безопасное обслуживание антенн, фидеров, ламп светоограждения в соответствии с требованиями ППБ. В помещениях уровень электромагнитного поля (ЭМП) не должен превышать предельно допустимую напряженность ЭМП в соответствии с санитарными правилами и нормами. Осмотр и профилактический ремонт антенно-мачтовых сооружений необходимо производить с учетом электромагнитной обстановки на действующем радио-объекте. Для защиты от возможного падения льда с антенных сооружений при гололеде необходимо определить опасную зону, граница которой отстоит от центра опоры на 1/3 ее высоты. На рисунке 5.18 изображен план расположения АФУ. Крайние точки антенных опор на высоте 17.5 метров и 15метров, следовательно, опасная зона составляет 5.8 и 5 метров соответственно. Опасная зона, входит в техническую территорию арендуемого сооружения, защита проходов и проездов, находящихся в этой зоне заранее предусмотрена арендодателем. Подобранное оборудование соответствует нормам ЭМП. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 74

6.4 Требования по охране окружающей среды Расчет санитарно-защитной зоны и зоны ограничения застройки выполняется в соответствии с «Санитарными правилами и нормами на электромагнитные излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ)» СанПиН 2.2.4.2.18.055, Госкомсанэпиднадзора России, Москва, с учетом действующих на территории региона внутренних санитарных норм и правил, а также: • методическими указаниями МУК 4.3.045 «Определение уровней электромагнитного поля в местах размещения средств телевидения и ЧМрадиовещания»; • методическими указаниями МУК 4.3.046 «Определение уровней электромагнитного поля в местах размещения передающих средств и объектов сухопутной подвижной радиосвязи ОВЧ и УВЧ диапазонов»; • методическими указаниями МУК 4.3.680 «Определение плотности потока мощности электромагнитного поля в местах размещения радиосредств, работающих в диапазоне частот 700 МГц - 30 ГГц». В данной ВКР предлагается к реализации базовая станция, работающая в стандарте IMT-UMTS, который имеет важные плюсы в вопросе экологической безопасности. существенно Количество базовых станций на местности требуется меньшее, чем базовых станций работающих в более высоких диапазонах. Непосредственно мобильный телефон является источником электромагнитного излучения, которое может негативно влиять на здоровье человека. Мощность современных телефонов, стандарта UMTS/WCDMA от 2 до 15 раз ниже, чем у телефонов GSM 900/1800, что сокращает риски негативного воздействия электромагнитных волн. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 75

7 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА В данной выпускной квалификационной работе для выявления срока рентабельности проекта базовой станции, необходимо провести расчет технико-экономических показателей. 7.1 Расчет капиталовложений Содержание и тема проекта предусматривает, что все затраты по финансированию согласования ввода в эксплуатацию и обслуживанию базовой станции покрываются за счет собственных средств оператора сотовой связи. У базовой станции «Ericsson RBS 6601» 3 года гарантийного обслуживания, поэтому в дальнейшем затраты на возможный ремонт за этот период тоже не учитываются. В г. Москва диапазон стандарта 3G/UMTS200 в данный момент поделѐн между операторами большой четвѐрки, поэтому плата за пользование радиочастотным спектром рассчитываться не будет. Данная работа является предложением расширения сети в зоне с большой проходимостью и автомобильным трафиком. ВКР так же раскрывает тему рентабельности внедрения мультистандартного оборудования, требующего минимальные затраты на дальнейшее расширение или переход на диапазоны четвѐртого поколения. Введение базовой станции в эксплуатацию и капитальные вложения складываются из следующих составляющих: стоимость оборудования; стоимость строительно-монтажных работ (СМР); установка и пуск-настройка оборудования; транспортные расходы. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 76

БС является лишь одним сегментом сети сотовой связи, поэтому затраты на прокладку волоконно-оптических линий связи слишком малы, и входят в аппаратную составляющую станции. Стоимость установки и настройки оборудования рассчитывается в процентах от итога стоимости сетевого оборудования. Стоимость СМР дополнительного оборудования рассчитывается в процентах от итога стоимости дополнительного оборудования. Интервал стоимости СМР определяется в зависимости от сложности работ (15 – 30%), и рассчитывается в процентах от итога стоимости дополнительного оборудования. Тара и упаковка составляют 0,5%, заготовительно-складские расходы – 1% от стоимости оборудования. Доставка импортного и отечественного сетевого оборудования не учитывается, так как по всем наименованиям входит в стоимость указанную реализующей его компанией. Расходы на тару и упаковку, тоже включены в стоимость комплекта поставки сетевого оборудования. Транспортные расходы касаются только доставки со склада, так как в пределах МКАД она составляет всего 1500 р. на оборудование целой БС. Поэтому Ктр – транспортные расходы можно уменьшить до 1% от итоговой стоимости дополнительного оборудования, а Кт/у считать только для дополнительного оборудования. Стоимость неучтенного оборудования – 3% от общей стоимости оборудования. Общие капитальные вложения на организацию строительства базовой станции подвижной радиосвязи стандарта IMT-2000/UMTS составили КВ =2048438,8руб. Расчет капитальных вложений на первом этапе приведен в таблице 7.1. В таблице цены указаны с НДС, стоимость оборудования указана в рублях, а стоимость импортного оборудования переведена в рубли по курсу центрального банка РФ на июнь 2017 года. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 77

Таблица 7.1 – Расчет капитальных вложений на первом этапе Наименование и техническая характеристика оборудования, типы выполняемых работ Кол-во Сетевое оборудование Антенна приемо-передающая «Kothrein 80010622» 3 RRUS11 Внешний радиоблок «Ericsson» 3 6 1/2 Jumper Coble, 1/2"«TSR 951 70» Цена единицы с НДС18%,руб. Стоимость итого, руб. 30 000 250 000 2 350 90 000 750 000 14 100 Оптическая кабельная сборка (А2) «RPM253 1633/50М» 1 4 512 4 512 Оптическая кабельная сборка (А2) «RPM253 1633/50М» 1 4 512 4 512 Оптическая кабельная сборка (АЗ) «RPM253 1633/100М» 1 6 345 6 345 Кабель электропитания RRL СИП44x50 REТ модуль регулировки мех. угла «Kothrein 860101483» 72м 3 132.1 892.2 9 511.2 2694.6 3 1 802 5406 39 501 350 000 39 501 350 000 60 309. 90 60 309. 9 REТ кабель «1/TSR 484 21/3000» Шкаф телекоммуникационный «ШТК-102 KH-02C» 1 Модуль управления «Ericsson RBS 6601» 1 Модуль питанияTCU-02 «KDU 137 739/1» для «Ericsson RBS 1 6601» Итого Заготовительно-складские расходы Установка и настройка Сумма Дополнительное оборудование Вводно-распределительное устройство «МР-1ВРСФ4-35» 1 Система электропитания «PS48-0080-3U (4/1000)» 1 Аккумуляторная батарея «Hoppeckenet.power 127170» 4 Полоса ВстЗсп ГОСТ 535-884x25 ГОСТ 103-76 80м Блок грозозащиты 1 Труба-стойка 200мм;3м 4 Кабельные лотки 200мм 15м Прокалывающий зажим SLIP22.1 14 Колпачки изолирующие CE25-100 14 Кабель электропитания RRUTFL 492 325/500M 12м Итого Тара и упаковка Транспортные расходы Заготовительно-складские расходы СМР Сумма ИТОГО по смете Неучтенное оборудование Аренда кровли для установки БС ВСЕГО 12 месяцев 1% 15% 3 582 18 569 21 320 524.875 1 500 3000 248.4 361 0.76 200 1336891.7 13368.917 200533.755 213902,672 0,5% 3 582 18 569 85280 41 990 1 500 12000 3 726 5054 10.64 2400 174111,64 870,5582 1% 1% 15% 1741,1164 1741,1164 26116,746 3% 20 000 30469,537 1890108.927 53062,3 240 000 2048438,8 На этапе реализации проекта в г. Москва по адресу переулок Обуха д. 3 планируется реализовать следующие мероприятия: Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 78

изготовление и монтаж лѐгких металлоконструкций (антенных опор, кабельных лотков, установочной рамы для климатического шкафа, контура заземления); установка климатического шкафа для размещения оборудования бесперебойного питания БС и модуля управления «Ericsson RBS 6601»; монтаж остального сетевого оборудования БС (внешние радио-блоки, оптический интерфейс, антенны, джамперы, моторы RET, для регулировки угла наклона); подключение питающего оборудования БС (вводно-распределительное устройство, система электропитания, модуль питания; аккумуляторные батареи); ввод базовой станции в эксплуатацию, по согласованию с заказчиком. 7.2 Расчет годовых эксплуатационных расходов Эксплуатационными расходами (Рэк) называются текущие расходы организации на реализацию услуг связи. Рэк состоят из всех расходов на содержание и обслуживание базовой станции и по своей экономической сущности показывают себестоимость услуг сотовой связи в денежном выражении. В связи эксплуатационные расходы рассчитываются на основе группировки затрат по экономическим элементам, принятой для всех отраслей экономики, предприятий и форм собственности: страховые взносы в государственные внебюджетные фонды; затраты на оплату труда работников; амортизационные отчисления; материальные затраты; прочие расходы. Проект предполагает создание новой базовой станции, поэтому необходимо спланировать количество рабочих, которое позволит своевременно и эффективно выполнить задачи по развертыванию новой микро соты сети. При Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 79

этом обслуживающий персонал не будет отвлечен от штатного расписания организации. Интервал стоимости СМР, установки и настройки определился в виде суммы 226649,746 -15% от итога стоимости сетевого оборудования и 15% от итога стоимости дополнительного оборудования. (таблица 7.1). На практике в Москве при наличии посредников в виде подрядных и субподрядных организаций, монтажники связи и металлоконструкций получают 10%-20% от СМР, что соответствует среднему месячному окладу перечисленных специалистов в таблице 7.2, по данным компании HeadHunter [17]. Таблица 7.2 – Состав специалистов СМР, установки и настройки базовой станции Оклад, з/п, за1 Кол-во Количество, Сумма з/п, Наименование руб. день рабочих чел. руб. за должностей работы дней рабочие дни руб. Инженер 70 000 3180 1 1 3180 программист Электросварщик Монтажниквысотник Итого (ФЗП) 40 000 1360 1 1 1360 60 000 2730 7 2 38220 42760 Сумма заработной платы за количество дней необходимое для ввода базовой станции в эксплуатацию равна 42760р. Следовательно, прямое сотрудничество с исполнителями работ по договору временного найма, даст экономию капитальных вложений (КВ) в размере 183889,746руб (226649,746 – 42760 руб), При заключении договора временного найма не предусматриваются взносы на соцстрахование, и нет единого социального налога, в частности налога в ФСС (4%). Но если договор найма подписывается с лицом, не зарегистрированным как предприниматель, то его могут наказать за незаконное занятие предпринимательством. После корректировки СМР и стоимости установки и настройки сетевого оборудования, КВ составили 1864549,054 руб. (2048438,8 р-183889,746р). Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 80

Для расчета годового фонда заработной платы необходимо определить численность штата производственного персонала. Выбранное оборудование не требует постоянного присутствия обслуживающего персонала. Поэтому вся группа по обслуживанию оборудования будет состоять из специалистов, задействованных в регионе для аварийно-профилактических работ. В таблице 7.3 приведен рекомендуемый состав обслуживающего персонала. Таблица 7.3 – Состав обслуживающего персонала Наименование должностей Оклад, руб. Инженер по обслуживанию и 70 000 мониторингу сети Электромеханик 30 000 Монтажник высотник 60 000 Итого (ФЗП) Количество, чел. Сумма з/п, руб. 1 70 000 1 2 4 30 000 120 000 220 000 Величину общего годового фонда оплаты труда (ФОТг) можно рассчитать по формуле: ФОТг = ФЗП ·Nм ·Пр ·Кр· Квр, (7.1) где ФЗП – основной фонд заработной платы на 4 работников указанных категорий, ФЗП = 220 000 руб.; Nм – количество месяцев в году, Nм = 12; Пр – размер премии, Пр = 1,3 (30%); Квр – коэффициент, учитывающий доплату за работу с вредными условиями труда, Квр = 1,04. ФОТг = 220000 * 12 * 1,3* 1,04 = 3569280 (руб.). Страховые взносы (СВ) в государственные внебюджетные фонды составляет 30% от ФОТ: Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 81

CВ = ФОТг· 0,3 СВ = 3569280* 0,3 = 1070784 (руб.) Амортизационные отчисления (А) на полное восстановление производственных фондов определяются по формуле: А = Косн.i·На.i, где Косн.i – первоначальная (7.2) стоимость основных фондов (Косн.i состоит из затрат на оборудование); На.i – норма амортизационных отчислений основных фондов на оборудование отрасли связи; На.i = 5%. А = 1336891.7* 0,05 = 66844,55 (руб.) Величина материальных затрат (Зобщ) включает в себя оплату электроэнергии для бесперебойной работы базовой станции, затраты на материалы и запасные части. Составляющие материальных затрат определяются по формуле: Зобщ= Зэн + Змз, (7.4) где Зэн – затраты на оплату электроэнергии; Зм – затраты на материалы и запасные части. Затраты на оплату электроэнергии определяются в зависимости от мощности оборудования по формуле: Зэн = Т · 24 · 365 · Р, (7.5) Где Т – тариф на электроэнергию, Т = 5,38руб./кВт/час – с 1 июля по данным Мосэнергосбыта; Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 82

Р – суммарная потребляемая мощность оборудования, для БС IMT2000/UMTS = 1,35 кВт/час. Зэн = 5,38* 24 * 365 * 1,35 = 63623,88 (руб.) Затраты на материалы и запасные части составляют 3,5% от капитальных вложений К и определяется по формуле: Змз = КВ· 0,035 (7.6) Змз= 1864549,054 *0,035= 65259,21689 (руб.) Суммируем составляющие материальных затрат: Зобщ=63623,88 + 65259,21689 = 128884(руб.) Инсталляция базовой станции осуществляется на кровле и на закрытой территории Научно-Исследовательского физико-технический института им. Карпова. Общая стоимость аренды мест подвеса определяется по формуле: Зобщ. ар. = Зар· Nар, (7.7) где Зар – стоимость одного места подвеса в год; Зар = 240000 руб. Nар – количество арендуемых мест подвеса; Nар = 1 базовая станция. Зобщ. ар. = 240 000*1 = 240 000 (руб.) Прочие расходы предусматривают общие производственные и эксплуатационно-хозяйственные расходы, ремонт и обслуживание зданий, Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 83

некоторые виды налогов, страхование имущества, расходы на рекламу, аудит и представительские расходы. Прочие расходы рассчитываются по формуле: Зпр = 0,4 · ФОТг , (7.8) Величина общих прочих расходов составит: Зпр = 0,4 *3569280=1427712 (руб.) Результаты годовых эксплуатационных расходов указаны в таблице 7.4. Таблица 7.4 – Годовые эксплуатационные расходы Виды расходов Фонд оплаты труда годовой (ФОТг) Страховые взносы в государственные внебюджетные фонды (СВ) Амортизационные отчисления (А) Материальные затраты (Зобщ) Аренда мест подвеса БС (Зобщ.ар) Прочие расходы (Зпр) ВСЕГО Сумма расходов, руб. 3 569 280 1 070 784 66 844,55 128 884 240 000 1 427 712 6 503 504,55 Таким образом, общие годовые эксплуатационные расходы равны 6503504,55руб. 7.3 Расчет тарифных доходов Проектируемая базовая станция подвижной радиосвязи стандарта IMT2000/UMTS будет предоставлять абонентам услуги голосовой связи, видеосвязи, передачу SMS, услуги доступа в сеть Интернет. В пределах района микро соты проектируемой базовой станции ближайшая точка продажи сим-карт - Курский вокзал, учитывая средний дневной пассажиропоток 200 000 человек, примем это количество за предполагаемое число потенциальных абонентов. Для расчѐта количества Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 84

абонентов (Nаб.инт), которые будут подключаться на новые тарифные планы в районе проектируемой базовой станции, необходимо выбрать процент от общего числа. Неотъемлемой частью UMTS диапазона является Интернет – доступ. По аналитическим исследованиям розничной сети «Связной», доля проникновения смартфонов на Российский рынок в первом квартале 2017 составила 52%. Этот показатель выше показателей прошлых лет, но так же он говорит о том, что около 50% абонентов отдают предпочтение телефонам с голосовой связью, как основной функцией аппарата. С учетом конкуренции, и наличия зоны покрытия оператора, для которого предлагается модернизация сети, целесообразно рассчитывать, что в первый год на долю этой базовой станции придется 1 % от всех абонентов: Nаб.инт = 200000*0.01= 2000(человек). В остальные годы число абонентов будет возрастать на 1 % в год. Портал о современных технологиях мобильной и беспроводной связи 1234G [18] привѐл сравнение тарифных планов на 2017 год. Предполагаемые пакетные тарифные планы, а так же их цены выведены из средних показателей операторов большой четвѐрки и представлены в таблице 7.5. Таблица 7.5 – Предполагаемые тарифные планы и их стоимость № Тарифа 1 2 3 4 Пакет исходящих минут, мин. 250 450 700 1300 5 2500 100 350 600 1000 Порог трафика на maxскорости.Гб 5 10 15 20 2000 20 Пакет SMS 250 400 600 950 Доля абонентов от Nаб.инт, % 35 25 20 10 1600 10 Абонентская плата, руб./мес. Примерное число пользователей 700 500 400 200 200 Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 85

Суммарный тарифный годовой доход от предоставления услуг сотовой связи (Дгод) определяется по формуле: Дгод , (7.9) где Ti – стоимость тарифного плана; Ni– предполагаемое количество абонентов, подключенных к данному тарифному плану. Дгод = [250·700+400·500+600·400+950·200+1600·200]·12= = 562500*12=6750000 руб. 7.4 Оценка показателей экономической эффективности проекта в первый год эксплуатации Срок окупаемости – временной период, когда реализованный проект начинает приносить прибыль, превосходящую ежегодные затраты. Для оценки срока окупаемости можно воспользоваться принципом расчѐта чистого денежного дохода (NPV), который показывает величину дохода на конец i-го периода времени. Данный метод основан на сопоставлении величины исходных инвестиций (IC) с общей суммой дисконтированных чистых денежных поступлений (PV) за весь расчетный период. Иными словами, этот показатель представляет собой разность дисконтированных показателей доходов и инвестиций, рассчитывается по формуле: NPV PV IC (7.10) где PV – денежный доход, рассчитываемый по формуле (7.11); IC –отток денежных средств в начале n-го периода, рассчитываемый по формуле (7.12). Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 86

PV Pn T n 1(1 i) n , (7.11) где Рn – доход, полученный в n-ом году, i – норма дисконта, Т – количество лет, для которых производится расчет. m IC n In n -1 1 (1 i) , (7.12) где In – инвестиции в n-ом году; i – норма дисконта, m – количество лет, в которых производятся выплаты. Ставка дисконта предполагает расчет различными способами, наиболее простым является кумулятивный способ, при котором в качестве нее выбирается средняя ставка по долгосрочным валютным депозитам пяти крупнейших российских банков и на данный момент составляет 8.1 %. Эта ставка формируется в основном под воздействием внутренних рыночных факторов. Параметр P показывает прибыль, полученную за некоторый год, без учета предыдущих лет. Таблица 7.6 – Оценка экономических показателей проекта с учетом дисконта Год 0 1 2 3 Р PV 0,00 6750000 13500000 13550000 0,00 6244218,32 17796888,66 28483910,25 I 1864549,054 6 503 504,55 6 503 504,55 6 503 504,55 IC 1864549,054 7880741,97 13446137,83 18594515,13 NPV -1864549,054 -1636523,65 4360750,83 9889395,12 Как видно из таблицы 7.6 , положительная разница между доходами и расходами появляется уже в 1 году. Более точный срок окупаемости приведен ниже. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 87

Точный срок окупаемости можно рассчитать по формуле: PP T | NPV | /(| NPV | NPVn ) , n 1 n 1 (7.13) где Т – значение периода, когда чистый денежный доход меняет знак с «-» на «+»; NPVn – положительный чистый денежный доход в n году; NPVn-1 – отрицательный чистый денежный доход по модулю в n-1 году. РР=2+1636523,65/(1636523,65+4360750,83) =0,27года. Индекс рентабельности представляет собой относительный показатель, характеризующий отношение приведенных доходов приведенным на ту же дату инвестиционным расходам и рассчитывается по формуле: PI T n 1 (1 Pn i) n / m n 1 (1 ICn i) n-1 , (7.14) PI > 1, то проект следует принимать; если PI < 1, то проект следует отвергнуть; если PI = 1, то проект ни прибыльный, ни убыточный. PI= 28483910,25/ 18594515,13= 1,53 Так как полученный IP>1 и равен 1,53, то проект является рентабельным. Внутренняя норма доходности (IRR) – норма прибыли, порожденная инвестицией. Это та норма прибыли, при которой чистая текущая стоимость инвестиции равна нулю, или это та ставка дисконта, при которой дисконтированные доходы от проекта равны инвестиционным затратам. Внутренняя норма доходности определяет максимально приемлемую ставку дисконта, при которой можно инвестировать средства без каких-либо потерь для собственника. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 88

IRR должен быть выше средневзвешенной цены инвестиционных ресурсов: IRR i где i – ставка дисконтирования. Расчет показателя IRR осуществляется путем последовательных итераций. В этом случае выбираются такие значения нормы дисконта i1 и i2, чтобы в их интервале функция NPV меняла свое значение с «+» на «–», или наоборот. Далее по формуле делается расчет внутренней нормы доходности: NPV1 IRR i1 (i i ) , NPV1 NPV2 2 1 (7.15) где i1 – значение табулированного коэффициента дисконтирования, при котором NPV>0; i2 – значение табулированного коэффициента дисконтирования, при котором NPV<0. i1=8,1; NPV1= 4360750,83 i2=8,8; NPV2= -1636523,65 IRR 8,1 4360750,83 (8,8 8,1) = 8,61%, 4360750,83 (-1636523,6 5) Согласно расчѐтам, внутренняя норма доходности проекта составляет 8,61%, что больше значения цены капитала, за которое принято 8,1%, что означает, что проект целесообразен в реализации и функционировании. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 89

7.5 Выводы по разделу Рассчитанные технико-экономические показатели на конец расчетного периода сведены в таблицу 7.7. Таблица 7.7 – Основные технико-экономические показатели проекта Показатели Количество абонентов, чел Капитальные затраты, руб. Ежегодные эксплуатационные расходы, руб., в том числе: 1.Расходы на оплату производственной электроэнергии 2.Расходы на материалы, запасные части и текущий ремонт 3. Фонд оплаты труда 4. Страховые взносы Амортизационные отчисления Доходы (NPV), руб. Внутренняя норма доходности (IRR) Индекс рентабельности (PI) Срок окупаемости, год Таким образом, в данном разделе Численные значения 2000 1864549,054 6 503 504,55 63623,88 128884 3 569 280 1 070 784 66 844,55 4360750,83 8,61%, 1,53 0,27 осуществлена калькуляция эксплуатационных расходов и оценка капитальных вложений в предлагаемый проект. Определен общий дохода от реализации проекта, рассчитаны основные оценочные показатели проекта, характеризующие финансовый уровень решения задач. Полученные технико-экономические показатели свидетельствуют о том, что данный проект установки базовой станции подвижной радиосвязи стандарта IMT-2000/UMTS является экономически эффективным и его реализация целесообразна. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 90

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В данной выпускной квалификационной работе разработано оптимальное решение для расширения сети сотовой связи в условиях городской застройки. Для реализации проекта подобрано сетевое оборудование с гибкой системой сценариев развѐртывания, позволяющее проводить удаленную оптимизацию сети. Основными преимуществами выбранной базовой станции являются: высокая пропускная способность и реализация поддержки нескольких диапазонов в каждом радиоблоке RBS 6601, производства компании Ericsson. Секторные антенны производства Kothrein, имеют оптимальный коэффициент усиления и поддерживают три диапазона частот, в том числе UMTS. Для обеспечения зоны покрытия в районе Курского вокзала в г. Москва, были проведены следующие расчѐты и моделирование: Определение бюджета потерь в направлениях UpLink и DownLink, o при нахождении абонента в разных точках приема; Расчет зоны покрытия, при максимальной мощности передатчика o 20 Вт на один канал; Вычисление максимальной дальности влияния помех от других o базовых станций; Построение в программной среде Radio Planning System 2 модели o распространения радиоволн с помощью С0ST231-Хата и модели RPS. Расчет o абонентской ѐмкости базовой станции, при разной интенсивности речевой нагрузки. По итогу проделанной работы была составлена структурная схема Ericsson RBS 6601, разработана схема расположения АФУ с указанием азимута секторных антенн, составлен план расположения оборудования в климатическом шкафу базовой станции. В требованиях по безопасности проекта учены требования защиты от возможного падения льда с антенных сооружений. В соответствии с ГОСТ требованиями разработана схема Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 91

заземления и молниезащиты. Для бесперебойной работы базовой станции рассмотрены требования к электропитанию. По итогу расчета экономических показателей, составлен перечень оборудования для монтажа аппаратных средств. Капитальные вложения в данный проект составляют 1864549 рублей. Установленные тарифы на услуги связи позволят получить тарифный доход 4360750 рублей в год, при нагрузке в 1% от пассажиропотока Курского вокзала. Срок окупаемости проекта составит 3 месяца, данный показатель полностью соответствует требованиям последних лет по окупаемости базовой станции радиотелефонной связи широкополосного доступа. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 92

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Качество связи, ответственный Алхазов Дмитрий Михайлович Последнее обновление: 16 января 2017 [Электронный ресурс] // Официальный сайт Минкомсвязь России /Режим доступа: http://minsvyaz.ru/ru/ (Дата обращения 10.01.17) 2. Российский рынок сотовой связи: текущее состояние и прогноз, 2013– 2020 гг. [Электронный ресурс] // Официальный сайт компании J’son & Partners Consulting / Режим доступа: http://json.tv/ict_telecom_analytics_view/rossiyskiyrynok-sotovoy-svyazi-tekuschee-sostoyanie-i-prognoz-20132020-gg20170321051703 (Дата обращения 12.01.17) 3. Берлин А.И. Цифровые сотовые системы связи. [Текст] /: Москва, Издво Эко-Трендз, 2007. – 296 с. 4. Карта города Москва [Электронный ресурс] // Google /Режим доступа: https://www.ru/maps/ (Дата обращения 15.01.17) 5.Ситуационный план местности, [Графический материал] проектный отдел ОАО «Московская сотовая связь» 6. Сетевое оборудование [Электронный ресурс] // Официальный сайт компании....… … Ericsson//Режим/доступа:.https://www.ericsson.com/ourportfolio/networ ks-products/ (Дата обращения 20.01.17) 7. Варианты совместимости RRU RBS 6601 [Электронный ресурс] /Режим/доступа: https://www.telecom.org.ru/(Дата обращения 20.01.17) 8. Стандартизация сетей сотовой связи [Текст] /: 3GPP TS 36 104: «Base Station (BS) radio transmission and reception» (Release 9). April 2011 9. Бабков В.Ю. Цикин И.А. Сотовые системы мобильной связи: учебное пособие. [Текст] Санкт-Петербург Изд-во: «БХВ-Петербург» 2013г. 10. Бабков В.Ю. Общие подходы к задачам планирования и оптимизации 2G - 4G сетей подвижной связи [Текст] /: Бабков В.Ю. - Санкт-Петербург Издво: Государственный университет телекоммуникации, 2011г – 48 с. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 93

11. ГОСТ Р 53363-2009 Цифровые радиорелейные линии, показатели качества, методы расчѐта, разраб. Науч.- исслед. ин-том строит. физики СанктПетербургский государственный «Научно-производственная университет компания телекоммуникаций, «СвязьСервис» г. Москва ООО Изд-во Стандартинформ 2010 12. ГОСТ 464-79, Заземления для стационарных установок проводной связи, радиорелейных станций, радиотрансляционных узлов и антенн систем коллективного приема телевидения. 13. РД 34.20.185 «Инструкция по проектированию городских электросетей» 14. «Правила техники безопасности при сооружении и эксплуатации радиопредприятий» (Минсвязи СССР, ЦНИЛОТ), 15. «Правила по охране труда на центральных и базовых станциях радиотелефонной связи» ПОТ РО-45-008. 16. Болдышев А.В. Учебно-методическое пособие для выполнения раздела «Технико-экономическое обоснование дипломного проекта» - Белгород: Изд-во НИУ БелГУ, 2012. – 25 с. 17. Данные о средней заработной плате в Москве [Электронный ресурс] // Официальный сайт компании HeadHunter / Режим/доступа: https://hh.ru/ (Дата обращения 20.05.17) 18. Сравнение тарифных планов операторов сотовой связи [Электронный ресурс] // Официальный сайт портала о современных технологиях мобильной и беспроводной связи 1234G/ Режим/доступа: http://1234g.ru/novosti/ (Дата обращения 21.05.17) Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.586.ПЗВКР 94

Рецензии:

Авторизуйтесь, чтобы добавить рецензию

- у работы пока нет рецензий -

Отзывы:

Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыв