Проектування мережі стандарту CDMA

Проектування мережі стандарту CDMA

Вступ

В епоху інформатизації, це явище приходить навіть в найвіддаленіші куточки нашої планети. Ми часто чуємо в ЗМІ про проведення нових проектів по інформатизації суспільства. Так, наприклад, можна почути від наших політиків, що відбувається постачання комп’ютерної техніки і послугами Internet сільських шкіл і шкіл малих міст. Але цей процес проходить дуже повільно. Набагато швидше відбувається розвиток комп’ютерної технології.

Нині існує безмежне по своїй насиченості джерело знань і різних даних. За допомогою його люди можуть використовувати ряд потрібних і корисних функцій. Одна з них являється освіта. І не лише для школярів і студентів, але і для людей,зайнятих в різних галузях виробництва, науки і громадського життя країни. Так підраховано, що для того щоб людині ознайомитись з усіма нововведеннями в його області праці необхідно витратити 75% робочого часу. Але на жаль, цей ресурс не доступний для більшості населення країни. Це обумовлено багатьма причинами, про які ми говорити не будемо. Поговоримо безпосередньо про те, як можна зв’язати Інтернет і передати інформацію. Нині дані можна передавати по дротяних і безпровідних лініях телекомунікацій. Кожен з цих способів має свої плюси і мінуси. У цій роботі буде розглянуто безпровідна технологія. Вона буде розглянута з різних аспектів. А саме ми поговоримо про CDMA. Все частіше останнім часом у світі ІТ-новин зустрічається повідомлення про компанії, що використовують технологію CDMA в повсякденній роботі або надаючи CDMA послуги клієнтам, а також анонси різних пристроїв зі вбудованою підтримкою CDMA, будь-то мобільні телефони, КПК або ноутбуки. Очевидно, що освоєння цієї технології здійснюється гігантськими темпами, і багато аналітиків давно приділяють їй казковий успіх, який може кардинально змінити сьогоднішній підхід до використання комп’ютерів і мобільних пристроїв. Стандарт CDMA з’явився ще в середині 90-х і почав активно просуватись з 2000 року. Проте, досі лише небагато користувачів уявляють собі, що ж ховається загадковою абвіатурою CDMA.

цифровий телекомунікаційний мережа

.       
Характеристика та організація телекомунікаційної мережі міста

З розвитком різноманітних технологій зв’язку відбувалося також створення переважної більшості телекомунікаційних мереж України. На сьогоднішній день склалося ситуація, що у складі мережі представлені всі існуючі типи автоматичних телефонних станцій (АТС) починаючи від координатних до сучасних цифрових. Також в складі мереж представлені різноманітні системи передачі даних (СП) ІКМ-30 (2048 Кбіт/с), ІКМ-120 (8448 Мбіт/с), ІКМ-480 (34368 Мбіт/с) та сучасні системи передачі провідних виробників Watson, Cisco, Simens та інші. Перші мережі дозволяли абонентам передавати лише голосовий сигнал, але поступово з розвитком інформації та появою мережі Інтернет вимоги абонентів збільшувались і для їх забезпечення було розроблено квазіелектронні АТС, електронні та сучасні цифрові АТС, які дозволяли забезпечити абонентів всіма наявними послугами передачі даних.

В даному курсовому проекті розглядається населений пункт з населенням 700000 чоловік.

Розрахуємо кількості АТС в телекомунікаційній мережі. Згідно поставленого населення в місті N_m складає 700000 чоловік.

Розрахунок буде мати наступний вигляд:

Визначимо кількість мешканців у квартирі - 3 чоловіки:

N_кв=N_m/3=700000/3=233000 квартир або потенційних абонентів.

Кількість реальних абонентів, які мають доступ до існуючої телекомунікаційної мережі міста прийнято як 30% від загальної кількості квартир:

N_{aб кв.}=233000 * 30 %= 69900 реальних квартирних абонентів.

Також до кількості реальних квартир або приватних абонентів необхідно додати офісних абонентів, кількість яких прийнято як 10% від квартирних:

N_аб.оф.=N _{аб кв.} *10%=69900*10%=6990 офісних абонентів.

Загальна кількість абонентів:

N_{аб ааг.}=69900+6990=76890

Визначивши загальну кількість абонентів перейдемо до визначення кількості необхідних АТС встановивши, що середня кількість номерів АТС буде складати 5000.

N_АТС=N_{аб. ааг.}/5000=76890/5000=15,4

Враховуючи перспективу розвитку кількість АТС телекомунікаційної мережі міста визначаємо, що в нашому випадку необхідна кількість АТС це 14 одиниць.

У випадку, якщо кількість АТС в мережі перевищує 10 відбувається групування АТС у вузлі(1 вузол=10 АТС). В нашому варіанті необхідно створити 2 вузли - центральний (ЦАТС) та вузловий (ВАТС) та розділити АТС між даними двома вузлами.

В результаті виконання розрахунків телекомунікаційна мережа міста, яка має наступний вигляд:

Рисунок 1 - Телекомунікаційна мережа міста

(Кількість населення 700000)

.       
Огляд технологій абонентського доступу

Технологія CDMA

CDMA - цифрова безпровідна технологія, розроблена і вперше упровадження QUALCOMM. CDMA конвертує мову в цифрову інформацію, яка потім пересилається як радіосигнал по безпровідній мережі. Використовуючи унікальний код для розрізнення кожної окремої соти, CDMA дає можливість безлічі користувачів одночасно «ділити» ефір без атмосферних перешкод «перетину» розмов або інтерференції.

Про стрімке завоювання CDMA світового ринку телекомунікацій говорять наступні цифри. Не дивлячись на різницю новин, перша стільникова система рухомого радіозв’язку спільного користування в цьому стандарті була відкрита для комерційної експлуатації у вересні 1995 року в Гонконзі,вже в 1996 році в Південній Кореї працювали комерційна мережа з 2 млн. користувачів.

Система CDMA побудована по методу прямого розширення спектру на основі використання 64 видів псевдовипадкових послідовностей (ПСП), сформованих згідно законом значень Уоршка. Мовні повідомлення передаються за допомогою мово перетворюючих пристроїв з алгоритмом Celp. Використання систем переливності передачі мови на основі детектора активності мови з логотипом Celp, у поєднанні зі змінною швидкості перетворення аналогового мовного сигналу в цифровий сприяє зниженню взаємних перешкод в межі і збільшення її ємності. Це відбувається через те, що абонентський термінал випромінює сигнал тільки на інтервалах активності мови, які складають близько 35 % тривалості розмов. На лінії від базової станції до абонентського терміналу адресною ознакою кодового каналу служить з 6 % одітогональних функцій, Уолша, на лінії «вгору» квазіортогональні довгі ПСП. Зв’язок в системі CDMA організовується за стільниковим принципом з використанням всіх типів елементів стільникової мережі рухливого радіозв’язку. Для синхронізації роботи мережі використовується сигнали, що приймаються в радіонавігаційних супутників GPS за допомогою спеціального приймача, що входить до складу базової станції.

Взаємодія базової станції і терміналу

Базова станція, керована контролером і сполучена з ТФОП за допомогою інтерфейсу, який зазвичай використовується як званий центр комунікації рухливого зв’язку, може однозначно використовувати 64 канали передачі, з яких один канал, - пілотний, один - для синхронізації, сім каналів - для персонального виклику, останній 55 - для передачі мовних повідомлень. У напрямі «вниз» канали називають прямими. Пілотний канал використовується для початкової синхронізації АТ з мережею і для контролю за сигналами БС за часом, частоті і фазі.

Абонентський термінал може знаходиться в одному з чотирьох станів: черговому, доступу, активному,ініціалізація.

В стані ініціалізації АТ веде пошук пілотного каналу на нульовій функції Уолта. Виявивши його, він знаходиться на 32 функції Уолта канал синхронізації. АТ отримує дані про конфігурацію системи і її тимчасовій структурі. На наступному етапі АТ входить в режим чергового стану, виявляє канал персонального виклику і веде безперервний контроль за повідомленнями, що поступають. Ці повідомлення від БС можуть містити всі необхідні дані, щоб ініціювати виклик або прийняти його від іншого абонента. В разі проходження виклику АТ переходить в стан доступу. При успішній пробі доступу АТ входить в активний стан.

Переваги та недоліки стандарту

Система безпровідного доступу, побудована за технологією CDMA, забезпечує стандартний набір мовних і неповних послуг, типовий для цифрових стільникових систем другого покоління. Цей набір включає передачу мови з високою якістю, передачу даних і фактограм, а також додаткові послуги: переклад з’єднання на іншого абонента, конференц - зв’язок і голосову пошту. Проте описані вище принцип побудови системи CDMA визначають наступні її переваги перед іншими стандартами стільникового зв’язку, роблячи його, технологію привабливішою як для операторів, так і для абонентів. Технологія CDMA забезпечує велику ємність мережі в порівнянні з іншими відомими технологіями побудови стільникових мереж за рахунок як більшого числа каналів на 1 МГц виділеної смуги частот, так і повторного використання каналів зв’язку на даній території. Наприклад, допустили співвідношення сигналу/перешкод в каналах GSM складає 9 дБ, в аналогових каналах - 17..18 дБ. Це дозволяє забезпечити повторне використання частот при меншому територіальному рознесенні базових станцій і тим самим збільшити ємність мережі GSM приблизно вдвічі в порівнянні з аналоговим стандартом TAGS, а при використанні напівшвидкісного мовного кодера - в 4 або 5 разів. Стандарт CDMA дає можливість використовувати одну і ту ж частоту по всій мережі у всіх сотах. Ємність в даному випадку збільшується по відношенню до AMPS до десяти разів. До додаткового підвищення ємності приводить і використання детектора активності мови і кодера з алгоритмом CELP.

Недоліки

Недоліків у CDMA небагато, хоча на вирішення деяких проблем знадобиться не один десяток років. Інший недолік - виникнення взаємних перешкод, що погіршують умови прийому при зростанні числа активних абонентів, що позначається на зв’язку периферійних віддалених абонентських станцій;Так у міру збільшення завантаження систем можуть зменшуватися розміри зони обслуговування і погіршуватися завадової обстановки.

Порядок проходження мовних даних в мобільній станцій.

3. Схема доступу по базі заданої технології

Структурна схема мережі радіодоступом технології WCDMA (рисунок 2) розділяється на 2 великі під мережі - мережу радіо доступу (UTRAN - UMTS Terrestriol Radio Access Network) та мережу комутації або опорну мережу (CN - Core Network).

UTRAN(анг. UMTS Terrestriol Radio Access Network ) - це збірна поняття, що об’єднує в собі мережу базових станцій Nole - B і радіо контролери RNC мережі UMTS. Ця мережа, яку чисто ідентифікують разом з 3G, може передавати різний по своєму роду трафік, до якого можна віднести як голосові сервіси (СS), так і пакетні дані абонентів IP basel Pocket Switcheal (PS). UTRAN дозволяє створити зв’язок між абонентськими пристроями і опорною мережею. Як вже було вище сказано, UTRAN являє собою сукупність базових станцій Nole - B і контролерів RNC, при цьому RNC контролери надають керуючі функції для базових станцій Noole - B, проте Noole - B i RNC можуть бути сполученні в один пристрій, але навіть в цьому випадку буде пристрій, який логічний інтерфейс між Noole - B i RNC, званий вив. RNC і керовані ними базові станції Noole - B разом утворюють т. зв. Roolio Network Subsystem(RNS), при чому на всій мережі UTRAN може бути виділено кілька RNS підсистеми.

Існує всього чотири основних інтерфейси для мережі UTRAN: lu,Uu,lub i lur. Зовнішній інтерфейс, що з’єднує контролери RNC з опорною мережею - Core Network (CN). Uu - зовнішній інтерфейс, що з’єднує контролери RNC з абонентським обладнанням - User Equipment (EU).Lub - внутрішній інтерфейс, що з’єднує контролери RNC з базовими станціями Nole - B, а lur - інтерфейс з’єднує між собою два RNC контролери.

Мережі технології CDMA сьогодні активно випроваджують не лише у традиційній сфері стільникового зв’язку , ай у частотному діапазоні РСБ,виділеному для роботи як телефонів, так і іншого обладнання персонального зв’язку. Вони перевищують інші технології за якістю передавання та кількості населення. Наприклад, для CDMA потрібно на 39-40% менше базових станцій, ніж для аналогічної мережі GSM та у два-три рази менше станцій, ніж для мереж AMPS.

Водночас вартість обладнання CDMA внаслідок його складності вища, ніж аналогічного обладнання інших мереж.

. Розрахунок кількості користувачів

Оскільки кількість мешканців дорівнює 700 тисяч, то розраховуємо кількість квартирних і офісних користувачів послуг наступним чином:

Кількість квартир у місті (кількість мешканців у квартирі 2,5):

N_кв=N_m/ 2,5 (4.1)

N_кв= 700000/2,5=280000 абоненти

Кількість офісів (середня кількість працівників в офісі 20):

N_оф=N_m/2,5*2*20 (4.2)

N_оф=700000/2,5*2*20=700000/100=7000 абонентів

Оскільки згідно з вихідних даними курсового проекту задано населення міського типу, то вважатимемо, що житловий мікрорайон міста збудований п’ятиповерховими будинками з шістьома під’їздами та трьома квартирами на поверху (90 квартир у будинку.)

Нагадуємо, що:

N_m - кількість населення в місті за завданням (700000)

N_кв - кількість квартир у місті (280000)

N_оф - кількість офісів (7000)

Розрахуємо кількість будинків:

N_буд.= N_кв/90 (4.3)

N_буд= 280000/90=3111 будинків

Знайдемо кількість офісних центрів (1 центр містить 20 офісів):

N_{оф.центр}= N_оф/20 (4.4)

Розраховуємо початкову кількість абонентів у місті:

N_{тел.поч.}= ( N_кв+ N_оф)*0,2 (4.5)

N_{тел.поч.}= (280000+7000)*0,2=57400 абонентів

Знайдемо проектну кількість абонентів у місті:

N_тел.= N_кв+ N_оф (4.6)

N_тел.= 280000+7000= 287000 абонентів

N_кв.тел= N_кв (4.7)

N_кв.тел= 280000 абонентів

Кількість абонентів, що припадають на офісних користувачів:

N_оф.тел. = N_оф (4.8)

N_оф.тел =7000 абонентів

Розрахуємо кількість опорних станцій (1 опорно-транзитна станція на районі зі 1000000 мешканців):

N_ОПТС = N_m/100000 (4.9)

N_ОПТС = 700000/100000 = 7станцій

Знайдемо кількість абонентів у кожному районі:

N_{тел.район} = N_тел / N_район (4.10)

N_{тел.район} = 287000/7= 41000 абонентів

Розрахуємо кількість центральних станцій на кожний район (робоча ємність станції складає 7200 номерів):

N_ЦАТС = N_{тел.район} / 7200 (4.11)

N_ЦАТС = 41000 / 72000 = 6 центральний станцій

Знайдемо кількість постачальників послуг (1 постачальник на 20000 мешканців міста):

N_ПОСТ.= N_m / 20000 (4.12)

N_ПОСТ.= 700000 / 200000 = 35 постачальників послуг

Розрахуємо кількість абонентів, що припадає на один будинок:

N_{тел. буд.} = N_кв.тел / N_буд   (4.13)

N_{тел. буд.} = 280000 /3111=90 абонентів

Знайдемо кількість будинків на один район:

N_{буд. район} = N_буд / N_район (4.14)

N_{буд. район} = 3111/7=444 будинків

Розрахуємо кількість будинків на одну центральну станцію:

N_{буд.ЦАТС} = N_{тел.район} / N_ЦАТС (4.15)

N_{буд.ЦАТС} = 444 /6 =74 будинки

Розрахуємо кількість офісних центрів та одну центральну станцію:

N_оф.рай =3600 / N_район(4.16)

N_оф.рай = 3600 /6 = 600 офісних центрів

N _{оф.ЦАТС} = N_{оф.центр} / N_ЦАТС(4.17)

N _{оф.ЦАТС} = 350 / 5 =70 офісних центрів

Знайдемо кількість будинків на одну розподільчу шафу при розрахунку, що на 1 центральну станцію припадає 5 розподільчих шаф:

N_{буд. РШ} = N_{буд.ЦАТС} / 5  (4.18)

N_{буд. РШ} = 74/ 5=15

Знайдемо кількість офісних центрів на одну розподільчу шафу (на 1 центральну станцію - 5 розподільчих шаф):

N_оф.РШ = N _{оф.ЦАТС} / 5 (4.19)

N_оф.РШ = 70 / 5 = 14 офісних центрів

Розрахуємо загальну кількість розподільчих шаф, до яких підключається квартирні абоненти:

N_РШ.кв. = N_ЦАТС* N_{ЦАТС РШ}  (4.20)

N_РШ.кв. = 6*5 = 30 розподільчих шаф

Знайдемо кількість розподільчих коробок, при розрахунку на 1 будинок припадає 10 розподільчих коробок:

N_РК.кв = 10* N_буд (4.21)

N_РК.кв = 10*3111=31110 розподільчих коробок

N_РК.оф = N_РК.кв + N_оф (4.22)

N_РК.оф = 31110 + 7000 =38110 розподільчих коробок

Ємність розподільчої коробки - 10 номерів

Розрахуємо кількість офісних абонентів на один район:

N_{оф.тел..рай.} = N_оф.тел. / N_ОПТС (4.23)

N_{оф.тел..рай.} = 7000 / 7 = 1000 абонентів

Знайдемо загальну кількість офісних абонентів на 1 центральну станцію:

N_{оф.тел.ЦАТС} = N_{оф.тел..рай.} / N_ЦАТС  (4.24)

N_{оф.тел.ЦАТС} = 1000/6 = 167 абонентів

Розрахуємо кількість квартирних абонентів на один район:

N_{кв. тел.. рай.} = N_кв.тел. / N_ОПТС (4.25)

N_{кв. тел.. рай.} = 280000 /7 = 40000 абонентів

Знайдемо загальну кількість квартирних абонентів на одну центральну станцію

N_{кв.тел.ЦАТС} = N_{кв. тел.. рай.} / N_ЦАТС (4.26)

N_{кв.тел.ЦАТС} = 40000 / 6 = 6667 абонентів

Розрахуємо загальну кількість офісних абонентів на 1 розподільчу шафу (на 1 центральну телефонну станцію припадає 5 розподільчих шаф):

N_{оф.ЦАТС} = N_{оф.тел.ЦАТС} /5 (4.27)

N_{оф.ЦАТС} = 167 /5= 33 особи

Розрахуємо загальну кількість квартирних абонентів на одну розподільчу шафу (на 1 центральну станцію припадає 5 розподільчих шаф ):

N_{кв.ЦАТС} = N_{кв.тел.ЦАТС} / 5 (4.28)

N_{кв.ЦАТС} = 6667 / 5 = 1334 абонентів

До моменту відправлення в ефір.

.        Мовний сигнал надходить в мовний кодек. На цьому етапі мовний сигнал оцифровується і стистикається за алгоритмом CEPL.

2.       Далі сигнал надходить на блок перешкодостійкого кодування, який може виправляти до 3-х помилок у пакетні даних.

.        Далі сигнал надходять до блоку (кодування) перемінного сигналу.

.        Далі сигнал надходить до блоку кодування (від прослуховування).

.        Блок на код Уошла.

.        Блок призначений для перемішування сигналу для блоку модуляції.

.        Блок модуляції сигналу. У стандарті CDMA виконується фазова модуляція ФМЧ, ОФМЧ.

5.      
Інформаційно-потоковий розрахунок

Головний метою даного етапу є розробка схеми є інформаційних потоків мережі і визначення величини потоків у кожному її елементі. Це схема є ідеалізацією структурної схеми, зображуючи ідеальні вузли та ідеальні зв’язки між ними пов’язані до реального її розташування на місцевості з урахування технологічних областей МД. Схема потоків необхідна для наступних розрахунків кількості обладнання та експлуатаційного персоналу мережі.

З огляду на складність проектованого об’єкту, схема потоків МД розробляють на декількох ієрархічних рівнях. В загальному випадку, як правило, розрізняють такі ієрархічні рівні МД:

. Загальноміська транспортна мережа;

2.       Мікрорайонні мережі;

.        Будинкові мережі;

.        Мережі приміщень користувачів.

Розрахуємо інформаційні потоки мережі диспуту,застосовуючи спрощуючи припущення: рівномірний розподіл користувачів кожної категорії, однакові профілі споживання послуг у межах категорії, однакові довжини однотипних ліній зв’язку, однакові пропускні здатності однотипних вузлів зв’язку та рівномірне тяготіння.

Мінімальний набір послуг:

Квартирний користувач:

V_{c ел.поч.}= 9,6*0,01/3 = 0,032 (Кбіт/с)

V_{пер.файлу} = 19,2*0,01/3 = 0,064 (Кбіт/с)

V_{web. сеанс} = 19,2*0,2/10 = 0,384 (Кбіт/с)

V_тел. = 19.2*0.1/1 = 1.92 (Кбіт/с)

Виробничий користувач,офіси:

V_{c ел.поч.}= 19,2*0,1/3 = 0,64 (Кбіт/с)

V_{пер.файлу} = 6,4*0,2/3 = 4,27 (Кбіт/с)

V_{c wbc} = 128*0.2*5/10 =12,8 (Кбіт/с)

V_c.тел. = 19,2*10*0,1/1 = 19,2 (Кбіт/с)

V_c.втел. = 128*2*0,1/1 =25,6 (Кбіт/с)

Максимальний набір послуг:

Квартирний користувач:

V_{c ел.поч.}= 128*0,01/3 = 0,43 (Кбіт/с)

V_{ер.файлу} = 512*0,01/3 = 1,71 (Кбіт/с)

V_{web. сеанс} = 512*0,2*2/10 = 20,48 (Кбіт/с)

V_c.тел. = 32*0,1*2/1 = 6,4 (Кбіт/с)

V_{від..тел.} = 2048*0,05/1 = 102,4 (Кбіт/с)

V_{c ауді пр..} = 512*0,2*2/1 = 204,8 (Кбіт/с)

V_{c ел.поч.}= 512*0,1/3 = 17,07 (Кбіт/с)

V _{пер.файлу} = 2048*0,213 = 136,53 (Кбіт/с)

V_c.тел. = 3,2*0,1*2/1 = 6,4 (Кбіт/с)

V_{c.відео.} = 2048*5*0,3/1 = 3072 (Кбіт/с)

V_{c ауді пр.} = 512*2*0,2 = 204,8 (Кбіт/с)

Розрахунок пропускних здатностей елементів мережі доступу (МД)

Пропускна здатність елементів мережі частотно залежить як від середньої швидкості інформаційного потоку, так і від кількості послугових складових інформаційного потоку. Величина пропускної здатності (продуктивності) елемента мережі передачі до них повинна бути більшої середньої швидкості інформаційного потоку у елементі, але меншої суми максимальних швидкостей усіх послугових складових інформаційного потоку:_кв.мах. = 0,43+1,71*20,48+6,1+3,072+204,8=229,03 Кбіт/с

V_оф.мах. = 17,07+136,53+64+1024+204,8 =165,12 Кбіт/с

По мінімуму квартири, офіси:

V_кв.min. = 0,033+0,064+0,384+1,92 = 2,4 Кбіт/с

V_оф.min. = 0,64+4,27+12,8+19,2+25,6 = 62,51 Кбіт/с

Висновок

В курсовому проекті розглянуто побудову мережі доступу з застосуванням технології мережі CDMA для населеного пункту 700000 тис. чоловік. Для цього населеного пункту було розглянуто характеристику та організацією телекомунікаційної мережі, здійснено опис роботи технології, проведено розрахунок кількості користувачів, здійснено інформаційно-потоковий розрахунок мережі.

Технологія CDMA зараз розвивається гігантськими темпами. Впровадження CDMA відбувається повсюди у всьому розвиненому світі. Це обумовлено великою кількістю плюсів цієї технології, хоча вона має і ряд мінусів. У цій роботі торкнувся як позитивні, так і негативні сторони цієї технології. Також розказано про успіхи CDMA, оскільки ця технологія несе в собі не лише засіб зв’язку, що полегшує роботу, але і що приносить значний фінансовий достаток. Отже, а що ж у кінці кінців представляє з себе CDMA.

Користувачі з цією технологією завжди і скрізь можуть працювати набагато більш продуктивно і ефективно, чим їх колеги, прив’язані до дротяних телефонних і комп’ютерних мереж.

Перелік посилань

1.         Є. Буров «Комп’ютерні мережі» - Оновлення і доповнене видання 2, Львів - 2003 р.;

2.       Т.М. Валецька «Комп’ютерні мережі. Апаратні засоби », Київ - 2004р.;

.        В.К. Стеклов, Л.Н. Берклеон «Телекомунікаційні мережі», Київ - 2003р.;

.        Столхингс В. «Комп’ютерні системи передачі даних»,видавництво 6 - е, м. Київ - 2002 р.