Алматы қаласында 4G технологиясын ұйымдастыру

 

 

2.6 Алматы қаласында 4G технологиясы негізінде ұйымдастырылатын  желіге сипаттама

 

 

Алматы қаласы 1854 жылы қаланған, жалпы  жер көлемі 339,36 шаршы км, халқының саны 1 434 755 адам.

Алматы қаласы үлкен административтік, өндірістік және мәдени орталық,  элиталы  қалалардың бірі болып есептеледі. Қазіргі таңда Алматы қаласы әлеуметтік-экономикалық  бизнес орталығы болып табылады.Қазақстандағы ең үлкен қала болып есептеледі.

Байланыс қызметін көрсету көлемі артуда. 2010 жылы байланыс кәсіпорындары 7844,4 млн. теңгеге қызмет көрсеткен, бұл 2008 жылмен салыстырғанда 21,7% артық. Халыққа көрсетілген қызметтің  үлесі 79,2%-ды құрады.

Соңғы уақытта Интернет желісіне шығу мүмкіндігін ұсыну қызметінен түсетін  табыс көлемі артуда (9,6%). Алайда, бұрынғысынша жалпы табыс көлемінде басым  үлес – халықаралық және қалааралық телефон байланысына (59,1%), жергілікті телефон байланысына (31,2%), пошта  қызметіне (8,5%) тиеселі.

Ресейдің “Комстар-ОТС” компания WiMAX технологиясына конвергтік қызмет ретінде деп қойды, WiMAX арқылы желіге кеңжолақты қол жеткізу мүмкіндігімен тұтынушыға тиімділікті ұсынады.

Сымды кеңжолақты қол жеткізудің ірі  операторы бола тұрып, компания үйден  тыс немесе кеңседе болсын абонентері желіге сымсыз қосыла алуына мүмкіндік  алу үшін тырысуда. “Комстар-ОТС” компаниясы Intel корпорациясымен мобильді WiMAX технологиясын дамытудағы стратегиясын бастады. “Комстар-ОТС” компаниясы Алматы қаласында 5 базалық станциясын орнатты.

 

 

2.11-сурет.Алматы қаласындағы базалық  станцияның қамту аймағы

 

“Комстар-ОТС” желісі стандартты WiMAX – архитектурасы түрінде боладыБірінші кезеңде 5 базалық станция жұмыс істейді,ол толықтай Алматы қаласын қамтамасыз етеді, екінші кезеңде базалық станция санын арттырамыз.

 

 

2.12- сурет. “Комстар-ОТС” компаниясы мобильді WiMAX – желісінің архитектурасы

 

БС-ның бiр секторында 512 абоненттiк  құрылғыларға дейін қолдайды. Әрбір  БС үш сектор бар деп есептесек ,5 БС үшін теорялық тұрғыда бірінші  кезең үшін , 7680 абонент деп есептейміз. Бірақ,БС  саны желінің абоненттік  сыйымдылығы үшін жалғыз ғана шектеу емес.Маңызды фактордың бірі ASN –  шлюздері мен ААА авторизацияларының серверлерінің өндірістілігі.

Тиімді шешім есесінде “Комстар-ОТС” БС-ны АТС-ке МГТС желісінде орнаттық. “Комстар-ОТС” желісі үшін биллинг үшін есептеу жүйесі қолданылады,осы жағдайда да  желіге кірудің саны,көрсетілген сервис, алынған ақпарат т.б. ақпаратты дайындаудағы ААА-серверлерінің мүмкіндіктері қолданылады.Бұл ірбір абонентті жеке тарифтеуге мүмкіндік береді.Тесттік эксплуатация процессінде анықталғандай,бір абоненттік арнадағы пиктік өткізу жолағы 15 Мбит/с жетуі мүмкін, ал шығыс трафик үшін 7 Мбит/с дейін.Осы кезде шықпайтын арнада 64-QAM модуляциясы 5/6 кодалау жылдамдығында,шығатын 16-QAM кодалау жылдамдығы ¾.Осылайша спектральды болады.

 

2.13- сурет. Желілердің архитектурасы

 

 

2.7 Жабдықтың техникалық сипаттамалары

 

 

2.2- кесте

Базалық станция жабдығының сипаттамасы

Жабдықтар	BreezeMax 4Motion
Жиiлiк диапазоны	3400...3600 МГц
Жиiлiктi орнатудың қадамы	125 кГц
Дуплекстi таратудың әдiсі	TDD
Көпреттiк қатынау әдiсi	TDMA
Модуляция сұлбасы	ODFMA,(2048,1024 и 512): QAM16-3/4, QAM64-5/6

2.2- кестенің жалғасы

Интерфейс стандартына сәйкестiгі	IEEE 802.16 j
Каналдың енi	20 МГц дейін
Жиiлiктердiң жолағы	3 МГц; 3,5 МГц; 5 МГц; 6 МГц; 7 МГц; 10 МГц; 14 МГц.
Кадрдың ұзындығы	5 мс; 8 мс; 10 мс; 12,5 мс; 20 мс

 

2.3- кесте

Абоненттiк станция жабдығының сипаттамасы

	Жартылай сыртқы орындалу блогы	Iшкi орындалудың блогы	Сыртқы орындалудың блогы
Жиiлiк диапазоны	3300...3400 МГц	3410...3600 МГц	2500...2690 МГц
Каналдың өткiзу жолағы	3 МГц; 3,5 МГц; 5 МГц; 6 МГц; 7 МГц; 10 МГц
Дуплекстi таратудың әдiсі	TDD
Көпреттiк қатынау әдiсi	TDMA
Модуляция	ODFMA, 256 FFT адапттивтi модуляциясымен:   BPSK-1/2, QPSK-1/2, QPSK-3/4, QAM16-1/2, QAM16-3/4,   QAM64-2/3,QAM64-3/4
Интерфейс стандартына сәйкестiгі	IEEE 802.16 j
Кадрдың ұзындығы	5 мс; 8 мс; 10 мс; 12,5 мс; 20 мс

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Желі параметрлерін  есептеу

 

3.1 Базалық станцияның  қамту аймағын есептеу

 

 

Бұл бөлімде базалық станцияның әрбір сектор үшін қамту аймағын  немесе байланыс алыстығын есептейміз. Өйткені қосымшада көрсетілген  станциялардың орналасу сұлбаларына  қарап, сектор радиусы туралы қорытынды  жасау қиын, онда WiMAX мобильді желісі үшін қамту аймағын есептеу керек. Содан кейін нәтижелерді келістіріп секторды қамтудың оңтайлы шешімін  жасауға болады, және де қала ішіндегі станцияның орналасу сұлбасымен анықтауға  болады.

Базалық станция мен мобильді станция  антенна арсындағы байланыс алыстығын  есептейік:

Есептеу үшін бастапқы деректер:

Базалық станция:

- таратқыш қуаты – 27 дБм;

- қабылдау мен таратудың орташа жиілігі – 2,3 ГГц;

- сүзгіштерде және бөлгіш антенналарда өшулік – 7 дБ;

- бағытталған антеннаның диаграммасы 120 ;

Мобильді станция:

- бағытталған диаграммасы – 9 ;

- антенна күшейткішінің коэффициенті – 10 дБм;

- В_H– таратқыш қуаты – 27 дБм.

БС-ның қамту аймағын анықтайық. Бұл есептеу әдісі орташа ойлы-қырлы жердiң үстiнде радиотолқындардың таратылуы туралы деректері негізінде жасалған. Есептеу әдісі негізінде бар, радиотолқындардың таратылу қисықтары есептеуде көрсетілген (3.1-сурет).

Берілген қисықтар таратқыш қуаты 1кВт қолдану кезінде, қабылдау пунктінде r қашықтықта, Е өріс кернеулігі таратқыш антеннаның биіктігі вертикальді өтетін қисықпен сәйкес келеді. Бірақ алынған  қисықтар нақты таратқыш сипаттамаларынан айырмашылығы бар, сондықтан түзету коэффициенттері, ал жалпы есептеу  формуласы мына түрге ие:

 

 

мұнда Е_с – берілген көрсеткіштерді алу үшін қажетті сигнал өрісінің кернеулігі. Е_с техникалық құжаттардан U-RAS Premium Samsung жабдығына берілген, Е_с = 60 дБм;

В_ф – резонаторлық, көпірлік сүшгіштерде және антенна бөлгіштерінде өшулік, В_ф = 7 дБ

 

В_р.н - түзетуін келесі формула бойынша анықтайық (3.2):

 

, Дб

(3.2)

 

мұнда Р_н – таратқыштың номиналды қуаты, Р_н=27 дБм.

В_h2–  қабылдағыш антеннаның биіктігін есепке алатын түзету, дБ;

В_рел – жердің рельефін есепке алатын түзету, дБ;

α∙l – таратушы және қабылдаушы антеннаның фидеріндегі өшулік,

α∙l =3 дБ;

D_SU – мобильді станцияның күшейткіш антеннаның коэффициенті,

D_SU = 10 дБ;

В_θ – ширектолқынды штырьмен салыстырғанда бөгеуілдерге қарсылығын төмендетуін есепке алатын түзету, дБ

 

 

3.1-сурет. Қала аймағының жер бетінде радиотолқынның таралу сызығы

 

Қабылдағыш антеннаның 1,5 м биіктігімен есепке ала отырып, В_h2 түзетуін формула бойынша есептейік:

 

, дБ                             

 

мұнда h₂ – қабылдағын антеннаның биіктігі, h₂=10 м.

Радиоқатынаудың қатынау аймағында  В_рел жергілікті жердің нақты рельефін есепке алып, түзетуді келесідей анықтайды. БС әртүрлі биіктіктегі таратушы антенналарда алыс байланыстың өріс кернеулігінің тәуелділік графиктері  орташа ойлы-қырлы жергілікті жердің статистикалық ақпараттардың өзгерулері негізінде құралған. Орташа ойлы-қырлы жергілікті жер деп 10 – 15км қашықтықта биіктіктің орташа тербелуі БС-дан 50м аспауы тиіс. 3.2-суретте жергілікті жердің рельефін анықтау графигі көрсетілген. Δh жергілікті жердің тербелу деңгейін анықтау үшін, жердің рельфін салып, Δh тербелісін анықтайды. Δh 50 м-ден өзгешеленсе r<100 км  үшін 3.2(а) және 3.2(б) сурет графиктері бойынша анықталатын түзетулер енгізу керек. U-RAS Premium жүйесінің БС антеннасының секторлық құрылымы бар. Бірінші сектор 120 аймақты қамтиды, яғни 360 аймақты қамту үшін 3 сектор пайдаланады. Байланыс алыстығы әрбір секторде жердің рельефінен, құрылыстың бар болуынан немесе басқа кедергілерден тура көріністі сигналдың өтуі үшін анықталады.

 

 

3.2-сурет. Есепке алынатын жергілікті  рельефтің түзетуін анықтау

 

3.2-суреттегі гарфиктер бойынша құрылыстың әрбір сектор үшін және рельеф есебімен В_рел түзетуін анықтайық: - бірінші сектор бес қабатты үйлер мен ағаштардың 15 м биіктігімен сипатталады. Түзетуі Δh₂= 15 м. Рельефке түзету В_рел = -7 дБ;

- екінші сектор құрылыстың биіктігі 30м дейін бар болуымен сипатталады. Түзету Δh₅= 30 м. Рельефке түзету В_рел = -2 дБ;

- үшінші сектор құрылыс пен ағаштардың биіктігі 10 м дейін бар болуымен сипатталады. Түзету Δh₃= 10 м. Рельефке түзету В_рел=–10 дБ;

Ширектолқынды штырьмен салыстырғанда  бөгеуілдерге қабылдағышын төмендеуін есепке ала отырып ΔВ_θ түзетуін есептейік.

дБ                                   (3.4)

 

мұнда θ_Е – бағытталған қабылдағыш антеннаның бұрыш диаграммасы,   θ_Е =9 .

Базалық станцияның қабылдағыш пунктінде  таратылып, базалық станциямен құрылатын, өрістің кернеулігін анықтаймыз:

 

E1 = 60+15.7+7-8.2-7+3-10-16.02 = 44.5 дБ

E2 = 60+15.7+7-8.2-2+3-10-16.02 = 49.5 дБ

E3 = 60+15.7+7-8.2-10+3-10-16.02 = 41.5 дБ

 

1 сектор үшін: = 44.5 дБ;

2 сектор үшін: = 49.5 дБ;

3 сектор үшін: = 41.5 дБ;

 

БС-ның құрылатын қабылдағыш пунктінде  алынған өрістің кернеулік мәндерін 3.1-суреттегі графиктер бойынша  әрбір сектор үшін байланыс қашықтығын анықтайық. Байланыс қашықтығының әрбір сектор үшін:

 

1 секторде – Е = 44.5 дБ кезінде 6 км;

2 секторде – Е = 49.5 дБ кезінде 5 км;

3 секторде – Е = 41.5 дБ кезінде 9 км;

 

Алынған нәтижелер нақты мәндерден  айырмашылығы бар болуы мүмкін. Байланыс алыстығының алынған мәліметтерін салыстыра отырып, байланыстың орташа алыстығы 6,6км құрып анықтауға болады, ол техникалық құжаттамалар бойынша байланыстың орташа алыстығына сәйкес келеді.

 

 

3.3-сурет. БС әр секторының байланыс қашықтығы бейнеленген

3.2 Базалық станцияның санын есептеу (Node B)

 

 

Ұяшық радиустың мәнін анықтап ( 6.6 м), базалық станцияның қала картасына орналастырамыз. Сонымен бірге, секторлардың орналастыруы тиімді болуын есепке аламыз. Яғни, қала бөлігіндегі кәсіпорындар мен заводтар аймағын есепке алмаймыз.

Нәтижесінде Мобильді WiMAX қажетті  станция саны 5 станцияны құрады. Мобильді WiMAX желісімен таратылған аудандар Мобильді WiMAX жоғары жылдамдықты қызметтерімен пайдаланатын абоненттер перспективті ретінде қаралады. 

Мобильді WiMAX желісінің қамту аймағын  бағалайық. Жамылғы ауданын есептеу  үшін келесі формула қолданылады:

 

,

 

(3.4) формуласымен NodeB бір секторымен  жамылғы аймағының ауданын есептейік:

 

 км²

 

Онда барлық NodeB жамылғы аймағы ауданын формула бойынша есептесек  болады:

 

,

мұнда - Мобильді WiMAX базалық станцияның саны (Node B).

 

5 Node B қамту аймағының ауданы:

 

км²

 

Мобильді WiMAX желісінің салыстырмалы қамту аймағын формула бойынша  анықтайық:

 

,

(

 

мұнда - қала ауданы, км² .

Нәтижесінде аламыз:

 

 

Басқаша айтқанда Алматы қаласының  81% ауданын Мобильді WiMAX желі қамтумен қамтамасыз етіледі. Осы мәнді өте жақсы деп бағалауға болады.

 

 

3.3 Мобильді WiMAX желінің сыйымдылығын есептеуі

 

 

Мобильді WiMAX сектор сыйымдылығы деректер тарату жылдамдығына қарай есептеледі. Мобильді WiMAX желінің әрбір қызметіне  өзінің жылдамдығы сәйкес келеді, сектордағы қызметі қолданушылар санның өзi және де не бiр сыйымдылықтың қорын  анықтайды. Өйткені жоғары жылдамдықты  деректер тарату спектрдің үлкен  енің талап етеді, демек біруақытта төменгі жылдамдықты сервиске қосылған абоненттерге қарағанда, біруақытта осы  қызметпен қолданатын абоненттер саны аз болады. Сол себепті секторде абоненттік трафикке тәуелді айнымалы сыйымдылықты аламыз.