Файл: Контрольная работа По дисциплине Сети эвм и телекоммуникации Проектирование мобильной сети 4G (lte) Выполнил Группа.pdf

- 12 -
Рисунок 5

Определение радиуса UL и DL в LTE-сети при проектировании соты
На рисунке 6 показано как определить площадь покрытия базовой станции, зная сколько секторов (сот) планируется сконфигурировать на каждой eNodeB.
R
1-секторная БС
S=2.6R
2
R
2-секторная БС
S=1.73R
2
R
3-секторная БС
S=1.95R
2
Рисунок 6

Определение площади сайта (базовой станции) в зависимости от числа сконфигурированных секторов.
Площадь покрытия базовой станции для двух секторов:
2 2
2 0.2 34 0
73 1
73 1
км
.
R
.
S





- 13 -
4 Расчет требуемой пропускной способности сети
Произведем расчет требуемой пропускной способности сети, отталкиваясь от количества абонентов и скачиваемого ими трафика в час наибольшей нагрузки ЧНН.
Число абонентов 290 тыс. человек. Объем трафика, скачиваемый абонентом в ЧНН (DL) по заданию 15 Мбайт, или 120 Мбит. Тогда требуемая пропускная способность сети 290·120=34800 Гбит/с
Для расчета пропускной способности базовой станции в LTE сети для начала необходимо ознакомиться со структурой организации данных. Во временной области данные организованы в десяти миллисекундные радио- ячейки (Radio frame). Каждая из таких ячеек состоит из десяти одно- миллисекундных подячеек (Subframe), которые, в свою очередь делятся на два слота продолжительностью 0.5мс. В частотной области данные сгруппированы в группы по 12 поднесущих (Sub-carrier) частот, каждая из которых имеет диапазон в 15 кГц, что дает в сумме 180 кГц на группу. Группа из двенадцати поднесущих частот продолжительностью в один слот называется ресурсный блок (Resource Block). Наименьшая ресурсная единица в LTE представляет собой одну поднесущую частоту продолжительность в один слот и именуется как ресурсный элемент (Resource Element). В зависимости от типа защитного интервала (Cyclic Prefix) - нормальный или расширенный, один ресурсный блок состоит из 84 или 72 ресурсных элементов соответственно. Один ресурсный элемент, в зависимости от модуляционной техники может содержать 2 бита для
QPSK, 4 бита для 16QAM и 6 бит для 64QAM.
Для заданной ширины полосы частот 15МГц число ресурсных блоков равно 75, использование модуляции 64QAM (рассчитываем максимальную пропускную способность, поэтому выбираем наилучшие условия) и стандартного защитного интервала Cyclic Prefix, скорость передачи данных может быть рассчитана следующим образом. Каждый из 100 ресурсных блоков будет состоять из 12х6=72 ресурсных элементов, каждый из которых, в свою очередь, несет в себе 6 бит информации. Продолжительность ресурсного элемента – 0.5 мс. Таким образом, скорость передачи данных базовой станцией будет составлять:
Скорость данных = 75 [ресурсных блоков] ∙ 72 [Ресурсных элементов] ∙
∙6 [Бит] / 0.5 [мс] = 64.8 Мбит/с.
Однако, рассчитанная скорость передачи данных будет значительно превосходить полезную скорость передачи, так как в данном расчете учитываются все передаваемые биты, включая контрольные биты системы коррекции ошибок (FEC), а также биты контрольной информации, передаваемой базовой станцией. Максимальные затраты ресурсов на управление составят
25,2%. Реальная скорость данных 64.8Мбит/с-25,1%=48.5 Мбит/с. С учетом использования MIMO 2x2, скорость увеличится практически в 2 раза. Т.е. пропускная способность составит 97 Мбит/с.

- 14 -
5 Архитектура сети. Расчет оборудования
На рисунке 7 представлена архитектура сетей LTE. Пунктирными линиями показаны интерфейсы, используемые для обмена управляющими (сигнальными) сообщениями (CP – Control Plane). Сплошные линии – это интерфейсы передачи пользовательских данных (UP – User Plane). Архитектура сетей 4-го поколения не имеет элемента для централизованного управления радиоподсистемой, например, контроллера базовых станций eNodeB. Для обеспечения сигнального взаимодействия между eNodeB существует логический интерфейс X2. Функции базовых станций eNodeB – это управлением радиоинтерфейсом LTE-Uu
(динамическое распределение ресурсов, шифрование данных, HARQ, управление QoS, MIMO и пр.).
Важнейшим компонентом сети является элемент управления мобильностью MME (Mobility Management Entity), который, благодаря интерфейсу S6a, имеет доступ к абонентским данным из HSS (Home Subscriber
Server) для выполнения любых процедур, требующих авторизации UE (User
Equipment – пользовательское оборудование) – установление и управление соединениями (сессиями или bearer), регистрация в сети, обновление местоположение и пр.
Кроме того, MME по интерфейсу S11 осуществляет управление обслуживающим шлюзом S-GW (Serving Gateway) и шлюзом P-GW (Packet Data
Network Gateway) для организации логических транспортных каналов передачи данных (EPS Bearers). eNodeB взаимодействуют с MME посредством сигнального S1-U интерфейса. MME во время регистрации пользователей в сети авторизует их по IMSI (International Mobile Subscriber Identity), а затем выделяет им временный идентификатор GUMMEI, который будет использован для идентификации абонентов до отключения мобильных терминалов.
Главной функцией P-GW является выделение IP-адресов для пользовательских сессий. P-GW также принимает участие в управлении качеством обслуживания QoS и тарификациями совместно с элементом PCRF
(Policy and Charging Rule Function). Помимо этого, через P-GW организуется взаимодействие сети LTE (3GPP) с другими сетями оператора, работающими не по стандартам 3GPP (например, CDMA2000, Wi-Fi и пр.).
Подключение же к сетям на базе 3GPP выполняется через S-GW посредством интерфейсов S3, S4 и S12 (не показаны на рисунке 7).

- 15 -
UE
MME
S-GW
PDN
(например,
IMS)
HSS
LTE-
Uu
S11
Сота
eNodeB – Базовая станция
S-GW – Serving Gateway – Обслуживающий шлюз
PDN – Packet Data Network – Сеть пакетных данных
P-GW – PDN-Gateway – PDN-Шлюз
HSS – Home Subscriber Server – Сервер домашних абонентов
PCRF – Policy and Charging Rule Function – Управление политиками и тарификацией пользователей
UE – User Equipment – Пользовательское оборудование
MME – Mobility Management Entity – Элемент управлениямобильностью
IMS – IP Multimedia System eNodeB
eNodeB
P-GW
S6a
X2
S1-U
S1-U
S1-MME
S1-MME
PCRF
Gx
Rx
Сигнальное соединение
Интерфейс передачи данных
S5/S8
Рисунок 7

Архитектура сети LTE
В данном случае площадь территории 26000 км
2
. При этом площадь покрытия базовой станции для двух секторов
2 0.2 км
S

, поэтому требуется
26000/0.2=
130000 eNodeB.
Рассчитаем требуемое количество БС по пропускной способности.
Требуемая пропускная способность сети 34800Гбит/с.
34800/0.097=358763 eNodeB.
Сравнивая полученные значения, окончательно имеем 358763 eNodeB.
Максимальное число eNodeB, подключаемых к одному S-GW по условию – 200.
358763/200=1794 S-GW.
Максимальное число eNodeB, подключаемых к одному MME по условию – 350.
358763/350=1026 MME.

- 16 -
Заключение
В результате выполнения контрольной работы определена зона уверенного приема базовой станции для размещения в городе 0,34км по модели Окамуры-
Хата и ее модификация COST231. Площадь покрытия базовой станции для двух секторов составила
2 0.2 км
S

. Для удовлетворения требований по пропускной способности требуется 358763 eNodeB. Необходимое число S-GW – 1794 шт.
Необходимое число MME – 1026 шт. При этом требования по площади территории выполнены с запасом.

- 17 -
Список литературы:
1. Тихвинский, В. О. Сети мобильной связи LTE: Технологии и архитектура -
М.: Эко-Трендз, 2010. - 284с.
2. http://anisimoff.org/lte/lte.html
3. Задания и методические указания на контрольную работу по дисциплине
«Сети ЭВМ и телекоммуникации»