Распределенные системы indoor systems

Содержание:

Введение: 3

Структура сотовой сети. 4

Коммутационный центр 5

Оптоволоконный кабель. 9

Использование оптического кабеля. 10

Преимущества оптоволокна: 11

Использование оптических соединений в сотовой сети. 13

I. Подключение абонентов с помощью оптоволокна. 13

II. Первичные сети. 15

Сотовая сеть в закрытых помещениях. Indoor. 17

Основные критерии indoor-системы: 17

Организация покрытия с помощью DAS 19

Особенности развертывания систем DAS LTE – опыт США 25

МТС 26

Компания Optiway. 27

Optiway AllAccess. 27

I. Технология OTDMLL 29

II. REFACCESS 30

III. Optiway принципиальная схема. Оборудование 31

Экологичечкие стандарты 32

Экспериментальные данные: 34

Работа с оптоволокном: 34

Сравнение ADAS с макросотовой системой. 40

Местоположения измерений Indoor антенны. 41

Схема ADAS Optiway в здании КФЕН. 42

Стоимость, описание ADAS Optiway AllAccess. 43

Экспериментальное оборудование 44

Заключение 45

Литература 46

 

Введение:

Сегодня, как никогда ранее, регионы России нуждаются  в связи, как в количественном, так и  в качественном плане. Руководители регионов в первую очередь озабочены  социальным аспектом этой проблемы, ведь телефон – это предмет первой необходимости. Связь влияет и на экономическое развитие региона, его инвестиционную привлекательность. Вместе с тем операторы связи, тратящие массу сил и средств на поддержку дряхлеющей телефонной сети, все же изыскивают средства на развитие своих сетей, внедрение оптоволоконных и беспроводных технологий.

В данный момент времени сложилась  ситуация, когда практически все  крупнейшие российские ведомства проводят  масштабную модернизацию своих телекоммуникационных сетей.

За последний период развития в области связи, наибольшее распространение  получили оптические кабели (ОК)  и волоконно-оптические системы передачи (ВОСП) которые по своим характеристикам намного превосходят все традиционные кабели системы связи. Связь по волоконно-оптическим  кабелям, является одним из главных направлений научно-технического прогресса.

Технология Optiway использует оптическую связь, для увеличения количества каналов и увеличения пропускной способности. Гибкость системы позволяет развернуть любой вид связи. Антенны будут размещены непосредственно внутри зданий, вследствие чего потери сигнала будут минимальны. Сотовые операторы уже вводят такие системы по всему миру.

Цель дипломной работы, представить проект покрытия подвижной  радиосвязи внутри здания. Задачи:

• Провести анализ текущего качества мобильной связи оператора ОАО «МТС».
• Провести анализ по технологии ADAS Optiway.
• Спроектировать схему связи по технологии Optiway AllAccess.
• Дать экономическую оценку.
• Сравнить качество макросотовой связи, с системой ADAS.

 

Структура сотовой сети.

 

Рис. Общая структура сетей сотовой связи.

Изначально сеть разделяется на 2 больших подсети — сеть радиодоступа (RAN — Radio Access Network) и сеть коммутации или опорную сеть (CN — Core Network).

Сеть радиодоступа

Существующие сети радиодоступа у наших операторов — продукт долгой эволюции, поэтому они состоят из сети радиодоступа к GSM (GERAN — GSM EDGE Radio Access Network) и сеть радиодоступа к UMTS (UTRAN — UMTS Terrestrial Radio Access Network). Сверху слева на картинке вы видите GERAN, внизу слева, соответственно UTRAN. Наибольшие изменения при переходе от GSM к UMTS происходят как раз в сети радиодоступа — оператору нужно построить вторую сеть и заново покрыть уже имеющиеся территории.

Сеть радиодоступа — эта та паутина, которой охвачены огромные территории городов и открытых местностей, за счёт неё как раз и обеспечивается то огромное покрытие, которое предоставляют сети сотовой связи. [21]

 

Коммутационный  центр

Центр коммутации — ядро сетей сотовой связи. В UMTS — Core Network, можно перевести как ядро сети. К этому ядру, как периферийные устройства к системному блоку, могут подключаться различные сети радиодоступа. Опорная сеть мало эволюционирует в связи с эволюцией от GSM к UMTS, эта сильная эволюция происходит немного позже — её уже прошли западные и азиатские операторы, у нас же она только начинается. [11]

Центр коммутации на приведённой выше картинке разделен на 2 части — верхняя правая часть отвечает за голосовые соединения, или CS-соединения (Circuit Switch), нижняя правая часть отвечает за пакетные соединения, или же PS-соединения (Packet Switch).

Центр коммутации сосредоточен в одном или нескольких зданий, принадлежащих оператору сотовой связи, в больших машинных залах — проще говоря главная серверная, где стоит большое количество оборудования. [12]

HLR

HLR — Home Location Register, Регистр положения домашних абонентов. По сути это большая база данных, в которой хранится всё об абоненте данной сети. В крупных сетях, таких, как у операторов большой тройки, таких узлов несколько — они разбросаны по регионам. Их количество измеряется единицами штук. В Питере такой узел один, в Москве другой, на Урале ещё один, ещё на Кавказе, в Сибири — 3-4 штуки. На практике это может быть распределённая БД, потому что ёмкости одного HLR может не хватить для хранения данных обо всех абонентах. Тогда оператор докупает ещё один HLR (физическое устройство) и организует распределённую БД. [13]

По большей части, это информация об услугах, подключенных у абонента:

— Может ли абонент совершать исходящие звонки

— Может ли абонент отправлять/принимать SMS

— Разрешена ли услуга конференц-связи

— Все остальные возможные услуги. Также здесь хранится такая важная информация, как идентификатор того MSC, в зоне действия которого сейчас находится абонент [8].

MSC/VLR

MSC — Mobile Switching Center, центр коммутации для мобильных абонентов;

VLR — Visitor Location Register, регистр положения гостевых абонентов.  Логически это 2 раздельных узла, но на практике, это реализовано в одном и том же устройстве. VLR хранит в себе копию тех данных, которые записаны в HLR с той лишь разницей, что тут уже нет информации о том MSC, в зоне действия которого находится абонент. Здесь хранится информация о том, в зоне действия какого BSC находится данный абонент. Ну и здесь, естественно, хранятся данные только о тех абонентах, которые сейчас находятся в зоне действия того MSC, к которому подключен данный VLR.

MSC — классический коммутатор. Основные его функции — для исходящего вызова — определить куда переключить вызов, для входящего же соединения — определить на какой BSC отправить вызов. Для выполнения этих функций он и обращается в VLR за хранящейся там информацией. Здесь стоит заметить, что это плюс разнесения HLR и VLR — MSC не будет стучаться в HLR каждый раз, когда абоненту что-то нужно, а будет всё делать своими силами. Также MSC собирает данные для биллинга, далее эти данные скармливаются соответствующим системам.

AUC

AUC — Authentication Center, центр аутентификации абонентов. Этот узел отвечает за то, чтобы злоумышленник не мог получить доступ к сети от вашего лица. Также этот узел генерирует ключи шифрования, с помощью которых шифруется ваше соединение с сетью в самом уязвимом месте — на радиоинтерфейсе.

GMSC

GMSC — Gateway MSC, шлюзовой коммутатор. Этот узел сети используется только при входящих вызовах. У операторов есть определённая номерная ёмкость, этой номерной ёмкости сопоставляются шлюзовые коммутаторы сетей связи (сотовых, фиксированных). Когда вы набираете номер, ваш звонок доходит до коммутатора (MSC) вашей сети и он определяет куда дальше отправить этот вызов на основе имеющихся у него соответствий между номерами и шлюзами сетей. Звонок отправляется на GMSC сотового оператора, которым пользуется ваш собеседник. Далее GMSC делает запрос в HLR и узнаёт в зоне действия какого MSC сейчас находится вызываемый абонент. Туда дальше и перенаправляется вызов[8].

SGSN

SGSN — Serving GPRS Support Node, обслуживающий узел поддержки GPRS. Этот узел отвечает за то, чтобы определить каким образом предоставлять услуги на основе запрошенной APN (Access Point Name, точки доступа, например, mms.beeline.ru). Также на этом узле осуществляется подсчет трафика.

GGSN

GGSN — Gateway GPRS Support Node, шлюзовой узел поддержки GPRS.  Шлюз отвечающий за правильную доставку пакетов до пользователя.

BSC

BSC — Base Station Controller, контроллер базовых станций. Узел, к которому подключаются базовые станции, дальше он осуществляет управление базовыми станциями — назначает какому абоненту где сколько ресурсов выделить, определяет каким образом осуществляются хэндоверы. Когда с MSC приходит сигнал о входящем соединении для абонента, контроллер осуществляет процедуру пейджинга — через все подчинённые ему базовые станции посылает вызов данному абоненту, который должен отозваться через одну из базовых станцийn[8].

TRC

TRC — TRansCoder, транскодер. Устройство, отвечающее за перекодирование речи из формата GSM в стандартный формат телефонии, используемый в фиксированных сетях связи и обратно. Таким образом, получается, что речь передаётся в формате сетей фиксированной связи в сети GSM на участке от GMSC до TRC.

BTS

BTS — Base Transceiver Station, базовая приёмопередающая станция. Это то, что непосредственно находится близко к самому пользователю. Именно базовые станции образуют ту самую паутину, которой накрывают операторы сотовой связи, именно от их количества зависит территория, на которой предоставляют услуги операторы сотовой связи. По сути — довольно глупое устройство, оно обеспечивает выделение пользователям отдельных каналов связи, преобразует сигнал в высокочастотный, который будет передаваться в эфир, ну и выдаёт этот самый высокочастотный сигнал на антенны. А вот антенны то мы и можем наблюдать каждый день.[15]

RNC

RNC — Radio Network Controller, контроллер сети радиодоступа. Выступает в той же роли, что BSC в GERAN.

NodeB

NodeB – базовая станция сети стандарта UMTS. Она отвечает за создание покрытия сети сотовой связи. Основной функций NodeB является передача сигнала пришедшего от RNC в эфир в определенной области – соте (сотах). NodeB логически соответствует BTS сети стандарта GSM, но обладает меньшей функциональностью.[14]

Все перечисленные модули сотовой сети, требуют высокоскоростного соединения  между собой:

• Высококачественная передача голоса
• Конференции (В разговоре участвуют несколько абонентов)
• Видеоконференция (В видео звонке могут участвовать более 2 абонентов)
• Высокоскоростной интернет (Новые технологии LTE, WiMax)

 

Оптоволоконный  кабель.

Оптические технологии передачи данных стали прорывом в области  телекоммуникаций и сетей передачи данных, требующих высокой скорости передачи. За последние несколько  лет исследования привели к появлению  систем, которые способны передавать данные на скорости 10 Гб/с и выше. Одним из основных преимуществ оптического кабеля является его способность передавать высокоскоростные оптические сигналы на большие расстояния. Эта статья посвящена оптическому кабелю, принципам, на которых он работает, а также основным блокам систем передачи данных по оптоволокну.[1]

 Волоконно-оптические  технологии просто используют  свет для передачи данных. Использование  оптического кабеля началось  примерно с 1970 года, когда удалось  снизить издержки на производство  оптического кабеля и связанных  с этим затрат [3].

Конструкция оптического кабеля:

Любая оптическая система состоит из трех компонентов: передатчика, среднего (волокно кабеля) и приемника. Передатчик реобразует электрические сигналы в свет и направляет его по волокну. Приемник получает световой сигнал и преобразует его в электрический сигнал. Существуют два вида передатчиков: лазерного диод либо светодиод.

 Выходная  мощность передатчика указывает  на количество энергии, излучаемой  в определенный квант времени.  Чем выше мощность, тем больше  расстояние передачи сигнала.  Передатчик имеет возможность  изменять скорость передачи для  удовлетворения потребности в  пропускной способности системы.  Диапазон длин волн, излучаемых источником сигнала находится в спектральной ширине [5].

 Приемопередатчики  отличаются чувствительностью к  состоянию окружающей среды. Лазерный  диод требует стабильного напряжения  и температуры. Светодиоды являются менее чувствительны к колебаниям окружающей среды. Лазерные диоды являются более дорогостоящими. Светодиодные оптические источники имеют меньшее время жизни, но их легче устанавливать и они более экономичные[4].

Оптический кабель состоит из нескольких элементов: из сердцевины, облицовки  и внешнего покрытия. В основе оптического  кабеля лежит сердцевина, по которой  происходит передача световых сигналов. В основе сердцевины лежит кремний  и германий. Оболочка, окружающая сердцевину оптического кабеля состоит из кремния  и имеет коэффициент преломления  несколько ниже центральной сердцевины. Показатель преломления – это  отношение скорости света в вакууме  к скорости света в материале. Скорость света в вакууме равна 300 000 000 метров в секунду. Чем выше показатель преломления, тем ниже скорость света в материале. Например, коэффициент  преломления света в чистом воздухе  равен 1, что означает скорость света  в воздухе 300 000 км/c. Коэффициент преломления  в стекле 1,5, что означает скорость света в стекле 200 000 км/c. Несколько  слоев буферных обшивок защищают центральную жилу. Защита служит для  уменьшения физических нагрузок на кабель, таких как растяжение, изгиб и  т.п. Наружная оплетка защищает от внешних  воздействий, таких как экологические (температура, влажность, агрессивная среда) [3].

Использование оптического кабеля.

 Волоконно-оптические  кабели используются в широком  спектре приложений: начиная от  медицинского зондирования, заканчивая  высокоскоростными сетями передачи  оборонных данных. Передача данных  осуществляется с помощью оптических  передатчиков, передающих высокоскоростные  сигналы специальным оптическим  приемникам. При этом происходит  преобразование цифровых сигналов  в оптические и наоборот. Скорость передачи данных по оптическому кабелю достигает 10 Гб/с.