Аннотация Введение

Содержание
Аннотация………………………………………………………………..…5

Введение……………………………………………………………………6

1. Анализ мобильных систем связи стандарта 3G и 4G…….8

1.1. Общая характеристика цифровых систем связи стандарта 3G………8

1.2. Основные характеристики систем беспроводной связи 4G………...13

1.3. Архитектура сети радиодоступа……………………..……………….16

1.4. Контроллер радиосети и Узел B (Базовая станция)…………………22

1.5. Виды транспортных сетей…………………………………………….22

1.6. Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС)………………………..24

1.7. Радиорелейные системы передачи……………………………………28

2. Расчет информационных нагрузок и радиуса действия базовых станций…………………..…………………………………….29

2.1. Услуги, предоставляемые сетью……………………………………...29

2.2. Оценка трафика данных в сети UMTS………………………………..30

2.3. Радиус соты по методике начального приближения…...……………33

2.4. Приближенный расчёт емкости соты при планировании……….…..33

сети UMTS

3. Выбор оборудования для проектирования

сети 3G и 4G……………….…………………………………………….…..37

3.1. Общие элементы оборудования для сетей 3G и 4G…………………37

3.2. Разработка схемы организации связи сети…………………………..41

3.3. Разработка плана размещения оборудования БС……………………44

4. ОХРАНА ТРУДА……………………………….……….................………..49

4.1. Оценка опасности поражения электрическим током при

самостоятельном освобождении человека от контакта……...…………..49

4.2. Вероятность смертельного поражения………………………...……..49

Заключение……………………………………..………………………………53

Список использованной литературы…………...…………………………….54

Аннотация
В данной дипломной работе рассматривается проектирование сети связи 3G и 4G на железнодорожном транспорте.

Для построения сети определяется количество абонентов, производится расчет нагрузки на одну базовую станцию (голосового и пакетного трафика), определяется суммарная нагрузка системы, рассчитываются энергетические характеристики и радиус действия базовой станции (БС). Разрабатывается схема организации связи и ситуационный план расположения БС на железнодорожном транспорте. Производится выбор оборудования проектируемой сети и ее размещение на одном из узлов.

Предложены применение новых и современных методов проектирование и оборудования последних разработок производителей.

Введение
3G и 4G (от англ. third generation — «третье поколение»), технологии мобильной связи 3 и 4 поколения — набор услуг, которые объединяют как высокоскоростной мобильный доступ с услугами сети Интернет, так и технологию радиосвязи, которая создаёт канал передачи данных.

Основным плюсом 3G и 4G сети является скорость передачи данных, которая является весьма высокой и составляет от 144 кбит/с до 2 Мбит/с (в сравнении - 64-144 кбит/с. у 2,5G). Благодаря такой скорости передачи загрузка и пересылка мультимедиа данных, является буквально секундным делом. Если в 2,5G сети для того, чтобы закачать 3 Мбайтную информацию требовалось 6-9 минут, то с сетями 3G это становится возможным всего за 11 секунд, а сетях 4G время скачки составляет 0,3 секунду, конечно если в сервере применяется волоконно-оптическая линия связи в средней скорости 1 Гбит/с для каждого канала! Ещё одно важное преимущество – возможность не только слышать того, с кем говоришь, но и видеть его. То есть, возможны режимы видеоконференции и видеотрансляции с системой Skype.

Конечно, 3G и 4G подразумевает переход современных технологий на новый этап развития, однако вместе с этим с появлением данных сетей потребуется полностью менять техническое оснащение и программного обеспечения (ПО), а это по-любому связано с большими материальными затратами. Для того чтобы эту технологию отработать, как следует, открываются экспериментальные сети в некоторых районах различных отраслях. Основным различием между 3G и 4G сетями является необходимость в освоении частотного ресурса, то есть, сеть нового поколения требует своей частотной полосы.

3G широко применяется в Узбекистане, а 4G проектируется применение существующих сетях. Ведущие операторы сотовой связи тратят огромные деньги на переоборудование своих станций. Всё это делается для того, чтобы сделать доступной для пользователей сотовых сетей новое поколение 3G и 4G. Поколение сотовых сетей 3G и 4G это огромная скорость передачи данных, высокая скорость доступа в интернет и много других дополнительных, ранее недоступных возможностей.

Возможности в сотовых сетях 3G и 4G в первую очередь будут ориентированы на мультимедиа возможности современных телефонов, а для нашего проекта передача информации и данных внутри железнодорожной границы и получение доступа интернет. Например, даже видеотелефония для управления подвижным составом и многое другое. 3G и 4G поколение сетей основано на CDMA-сетях, только с более широким каналом, который имеет более высокую пропускную способность.

Сети 2G, прежде всего, были ориентированы на голосовую связь,  в то время как сети 3-го поколения сделали акцент на передачу данных и уже потом на голосовую связь. Стандарт 3G, который пришел на смену сетям второго поколения, предлагает широкий спектр услуг, самыми важными из которых являются мобильный Интернет и голосовая связь. Стандарт 4G, данный момент обеспечивает максимальную скорость мобильных радиоканалов, для передачи приема различных типов данных на железнодорожном транспорте.

Последнее время железнодорожный транспорт в республике Узбекистан расширяет электрифицированные высокоскоростные дороги. Современная система подвижного состава должны отвечать к требованиям безопасности пассажиров, а именно применение цифровых радио и проводных системы связи на железнодорожном транспорте решает выше сказанные проблемы. По этому, предлагаемая система передачи информации и данные в стандарте 3G и 4G на железнодорожном транспорте является актуальной задачей.

1. Анализ мобильных систем связи стандарта 3G и 4G
1.1. Общая характеристика цифровых систем связи стандарта 3G
Мобильная связь третьего поколения строится на основе пакетной передачи данных. Для реализации систем третьего поколения разработаны рекомендации по глобальным унифицированным стандартам мобильной связи:

• 
  обеспечение качества передачи речи, сравнимого с качеством передачи в проводных сетях связи;
  
• 
  обеспечение безопасности, сравнимой с безопасностью в проводных сетях;
  
• 
  обеспечение национального и международного роуминга;
  
• 
  поддержка нескольких местных и международных операторов;
  
• 
  эффективное использование спектра частот;
  
• 
  пакетная и канальная коммутация;
  
• 
  поддержка многоуровневых сотовых структур;
  
• 
  взаимодействие с системами спутниковой связи;
  
• 
  поэтапное наращивание скорости передачи данных вплоть до 10 Мбит/с.
  

Несмотря на то, что конечная цель для всей индустрии телекоммуникаций -создать единую всемирную среду мобильной связи, поддерживающую широкополосные системы и обеспечивающую глобальную мобильность, в результате, скорее всего, возникнет некоторое семейство стандартов, обеспечивающее услуги третьего поколения.

Основным преимуществом сетей 3G является большая скорость передачи больших объемов данных по радиоканалу. Самая быстрая на сегодня в сетях 2-2,5G технология EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) обеспечивает передачу данных на скорости до 473,6 Кбит/с (на практике — вдвое-втрое ниже). В сетях третьего поколения для передачи данных используется технология HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access), скорость работы которой измеряется уже мегабитами.

Сети третьего поколения 3G работают на частотах дециметрового диапазона около 2 ГГц, передавая данные со скоростью 2 Мбит/с. Они позволяют организовывать видеотелефонную связь, смотреть на мобильном телефоне фильмы и телепрограммы и т. д. В мире сосуществуют два стандарта 3G: UMTS (или W-CDMA) и CDMA2000. UMTS распространён в основном в Европе, CDMA2000 — в Азии и США.

3G стандарт был разработан Международным Союзом Электросвязи (International Telecommunication Union, ITU) и носит название IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000). Основная цель создания стандарта — синхронизация систем третьего поколения для обеспечения глобального роуминга. Реализация сети предполагает дальнейшее слияние сотовой связи с информационными и компьютерными технологиями, радикальное обновление оборудования, и, как следствие, расширение спектра предоставляемых услуг, включая услуги высокоскоростной передачи информации, глобального роуминга и мультимедиа, независимо от местоположения абонента и скорости его передвижения. Мобильный телефон становится персональным коммуникатором, пользователь которого будет обладать практически неограниченными возможностями доступа к всемирным информационным ресурсам, в том числе через сеть Интернет.

Для решения вопроса последней мили, т.е. организации связи с операторскими базовыми станциями, необходимы технические решения, позволяющие сохранить скорости и качество передачи информации; в противном случае теряется одна из главных идей создания нового поколения мобильной сети. Основными техническими средствами для решения этой задачи являются оптоволоконные, радиорелейные и атмосферные оптические системы. У тех и у других есть свои преимущества и недостатки.

Программа IMT-2000 базируется на ряде признаков, определяющих принципы построения систем 3-го поколения и их архитектуру. Уже на первом этапе развертывания они должны обеспечивать определенные значения скорости передачи для различных степеней мобильности абонента (т. е. разных скоростей его движения) в зависимости от величины зоны покрытия:

• 
  -до 2,048 Мбит/с при низкой мобильности (скорость менее 3 км/ч) и локальной зоне покрытия;
  
• 
  -до 144 кбит/с при высокой мобильности (до 120 км/ч) и широкой зоне покрытия;
  
• 
  -до 64 (144) кбит/с при глобальном покрытии (спутниковая связь).
  

Таблица 1.1.

Услуги систем 3-го поколения

Виды услуги	Скорость передачи кБит/c	Средняя длительность сообщения, с	Режим работы	Услуги
Голосовая связь	4-32	60	Коммутация каналов	Речь, голосовая почта
Низкоскоростной обмен данными	9,6-14,4	30	Коммутация пакетов	SMS, определение местоположения
Передача к коммутируемым данным(ISDN)	до 64	156	Коммутация каналов	Услуги сетей ISDN
Интерактивный обмен мультимедиа данными	128-134	144	Коммутация каналов	Видеотелефонная связь, передача изображения и больших объёмов информации
Асимметричная передача мультимедиа данных	384-2048	14-53	Коммутация пакетов	Работа с сетями Internet и интрасетями

В рамках концепции IMT-2000 допустимы две стратегии перехода к 3G-системам: постепенное (эволюционное) и "одномоментное" (революционное) (Табл.1.2).

При революционном подходе предполагается внедрение всех новейших технологий и новых интерфейсов и полная замена существующего оборудования и ПО, что сопряжено с большими капитальными затратами и определенным коммерческим риском. Для отработки данной стратегии в разных районах мира, в том числе и в Узбекистане, созданы экспериментальные сети.

Таблица 1.2

Две стратегии внедрения услуг 3-го поколения мобильной связи

Определяющий фактор	Эволюционный подход	Революционный подход
Метод использования частотного ресурса	Работа в старых диапазонах	Освоение новых диапазонов
Принцип предоставления услуг	Постепенно расширяемый ассортимент услуг	Новые услуги с начала развертывания
Пропускная способность	Постепенно наращиваемая	Изначально высокая
Стратегия создания сетевой инфраструктуры	Медленный и постепенный переход от 2G к 3G по мере появления спроса на услуги	Создание опытных районов ("островков") с полным набором услуг
Технологический уровень	Новые технологии в отдельных элементах	Все технологии - новейшие
Архитектура сети	Максимальное использование существующей инфраструктуры	Новая
Коммерческий риск	Низкий	Высокий
Состав операторов	В основном те же, что и в 2G	Операторы, купившие лицензии на услуги 3G
Глобальный роуминг	С ограничениями	Без ограничений
Капитальные затраты	Незначительные	Значительные

Эволюционное внедрение требует меньших капитальных затрат и предполагает плавную замену оборудования в зависимости от спроса на конкретные виды услуг. Такой подход позволяет максимально использовать существующую инфраструктуру сети связи, внедряя новые сетевые элементы в процессе последовательной модернизации.

Таблица 1.3.

Характеристики радиоинтерфейсов для IMT-2000

Показатель	IMT-DS	IMT-MC	IMT-TC	IMT-SC	IMT-FT
Авторы технических спецификаций	3GPP, ARIB, ETSI	3GPP2, TIA TR-45.3	3GPP, ETSI,	3GPP2, UWCC, CWTS	ETSI TIA TR-45.3DECT EP
Базовая технология	WCDMA	cdma2000	UTRA TDD TD	UWC-136, TDMA	MC-TDMA
Метод доступа	UTRA	MC- CDMA	SCDMATDMA/ CDMA	FDD	FDD/TDD
Чиповая скорость, Мчип/с	3,84DS- CDMA	3,6884	3,84 (UTRA) 1,28 (SCDMA)	Н/д	Н/д
Скорость передачи, кбит/c	Н/д	Н/д	Н/д	384; 2048	1152; 2304; 3456
Вид модуляции	QPSK/BPSK HPSK*	QPSK/BPSK	QPSK/BPSK HPSK*	BOQAM QOQAM	GFSK; p/2-DPSK p/4-DQPSK p/8-D8PSK
Длина кадра, мс	10	5 и 20	10	4,6	10

Естественно, что операторы систем двух наиболее массовых технологий - TDMA/AMPS и GSM - стали сторонниками эволюционного пути развития. Сегодня эти системы имеют ограниченные возможности по наращиванию пропускной способности и видам услуг в рамках выделенного частотного диапазона. Рост их емкости без дополнительного расширения радиочастотного спектра возможен лишь за счет перехода на полускоростные каналы (GSM), введения многосекторных антенн или использования спектрально-эффективных методов модуляции (8PSK и др.).

Согласно концепции IMT-2000, система нового поколения подразделяется на две составные части: сети радиодоступа и магистральную базовую сеть. Подходы к их проектированию принципиально различны.

Эффективность сетей радиодоступа в значительной степени зависит от новизны технологий, которые в них используются. Смена поколений, как правило, означает и смену идеологии построения этих сетей. Магистральные сети более "инерционны". В них инвестированы значительные средства, которые операторы желают сохранить при переходе к 3-му поколению. Кроме того, существующие базовые сети не являются сдерживающим фактором для внедрения современных ЗG-услуг. Поэтому их инфраструктура будет развиваться эволюционным путем, опираясь на существующие сети GSM, TDMA (IS-136), IP, IN и ISDN, что подтверждают и исследования, проведенные в рамках IMT-2000.

1.2. Основные характеристики систем беспроводной связи 4G

Развитие мобильной связи в направлении к созданию систем последующих поколений происходит двумя путями: эволюционным и революционным. Пер­вый соответствует поступательному развитию IMT-2000, второй - разработке новых радиотехнологий. Эволюционный подход, сводимый к добавлению ка­нальных плат и обновлению программного обеспечения, имеет преимущество в стоимости и времени по сравнению с революционным подходом, имеющим целью создание новых систем.

Рассматривая перспективы эволюции IMT-2000 в процессе их обсуждения международными организациями, промышленными ассоциациями и форумами, МСЭ разрабатывает концепцию систем на базе новых технологий радиодоступа («после IMT-2000»).

В различных источниках мы встречаемся с понятиями сетей беспроводной связи следующего поколения (Next Generation Wireless Network, NGN), систем «после 3G» (Beyond 3G, B3G) и систем 4G. Единой трактовки различия между ними нет. Beyond 3G - единое название группы исследовательских проектов по созданию систем мобильной связи, следующих за системами третьего по­коления, выполняемых под эгидой Еврокомиссии. Системы «после 3G» часто фигурируют в документах, отражающих видение МСЭ и мирового исследо­вательского форума по беспроводной связи (Wireless World Research Forum, WWRF), в то время как термин 4G встречается в публикациях IEEE (Института инженеров электроники и электротехники, Institute of Electrical and Electronics Engineers) и т.д. Вероятно, с течением времени понятие «после 3G» выйдет из употребления, а те или иные системы, по накоплению достаточного числа технологических признаков, будут относить к третьему или к четвертому по­колению.

Существующие видения и определения 4G формируются целым рядом международных сообществ и организаций. Различают определения 4G Форума WWRF (концепция 3G and Beyond), позицию ITU-R, IEEE, партнерского проек­та 3GPP, а также промышленных организаций Азиатско-Тихоокеанского региона. Одна из наиболее оформленных концепций беспроводных систем поколения 4G путем апгрейда платформы UMTS содержится на сегодняшний день в документах Release 8 проекта 3GPP, в рамках уже упоминавшейся (подраздел 8.1.2) програм­мы LTE (Long-Term Evolution) [17].

В целом, «опорные точки», вокруг которых формируются существующие определения, группируются вокруг истории вопроса (табл. 8.5), а то, что всех их объединяет, в конечном счете сводится к двум нижеследующим положениям:

1) системы 4G - это новые системы беспроводной связи с высокой спектраль­ной эффективностью и радиоинтерфейсами, поддерживающими обмен дан­ными с пиковой скоростью 100 Мбит/с в мобильном варианте с глобальным покрытием, и до 1 Гбит/с - для ограниченной зоны и для объектов с малой подвижностью;

2) для систем 4G будет характерной максимальное интегрирование различных беспроводных платформ, имеющих открытую архитектуру.

Краткий комментарий ко второму из этих положений состоит в следующем. Сервисная среда наиболее современных из существующих мобильных систем: 2G/3G (GPRS, cdma2000, UMTS) определяется их базовой сетью, не позволяя предоставлять услуги за ее пределами (например, обеспечивать полноценный доступ к сетям БШД).

Преодолению этого ограничения призвана способство­вать разработка оборудования систем 4G в соответствии с принципами откры­той беспроводной архитектуры (open wireless architecture - OWA), которые можно сформулировать следующим образом:

- интеграция развивающихся и вновь создаваемых систем беспроводного до­ступа, сотовой и проводной связи на единой реконфигурируемой платформе с целью обеспечения гибкости и многообразия предоставляемых услуг;

- разработка конвергентной (гетерогенной) широкополосной платформы на базе открытой беспроводной архитектуры, позволяющей оптимизировать процесс предоставления услуг для различных категорий пользователей, что приведет к появлению единого промышленного стандарта;

- интегрирование радиоинтерфейсов на базе универсального терминала с уникальным IP-адресом, функционирующего в среде беспроводного до­ступа и выполняющего роль основного персонального коммуникационного средства.

Таблица 8.5

Краткая история развития технологий мобильной связи

Поколение	1G	2G	2.5G	3G	4G
Начало разработок, внедрение	1970,1984	1980, 1991	1985, 1999	1990, 2002	2000, после 2010?
Виды услуг	Аналоговая речь, пере­дача данных до 9.6 кбит/с	Цифровая речь, SMS	Высоко­ скоростная пакетная передача	Широкопо­лосная пере­дача данных (до 2 Мбит/с)	Передача данных и мультимедиа на базе IP-протокола (до сотен Мбит/с)
Стандарты	AMPS, TACS, NMT и др.	TDMA, GSM, CDMA, PDC	GPRS, EDGE, IxRTT	WCDMA, cdma2000	Единый стандарт
Скорость передачи	1.9 кбит/с	14.4 кбит/с	384 кбит/с	2 Мбит/с	200 Мбит/с
Метод мультиплек­ сирования	FDMA	TDMA, CDMA	TDMA, CDMA	CDMA	CDMA. OFDMA?