ВКР_Разработка_Радиотрактов_BTS_Петренко_Ю.А

Аннотация

В выпускной квалификационной работе разрабатывается струк-

тура радиотрактов базовых приемопередающих станций (BTS) сетей мобильной связи стандарта 4G. Рассматриваются перспективы разви-

тия стандарта мобильной сотовой связи 4G в России. Приводится об-

зор оборудования для базовых станций ведущих производителей. В

выпускной квалификационной работе обосновывается выбор струк-

турного построения передающего и приемного трактов BTS. Выбира-

ется современная элементная базадля приемного и передающего ра-

диотрактов.

2

Введение

Актуальность темы.

Потребность в беспроводных соединениях быстро увеличивается в обще-

стве, в особенности в области IТ технологий. Пользователи с беспровод-

ным доступом к информации постоянно и повсюду имеют все шансы тру-

диться значительно и результативно, в отличие от пользователей, исполь-

зующих проводные сети, поскольку на сегодняшний день есть множество беспроводных скоростных сетей. Одна из таких – сеть стандарта 4G LTE. LTE (англ. Long Term Evolution – развитие в продолжительной перспекти-

ве) – методика построения сетей беспроводной связи, основанная в рамках плана партнерства в разработке сетей 3 поколения 3GPP (3G Partnership Project). В нынешнем стадии формирования сетевых технологий, методика беспроводных сетей 4-ого поколения (LTE) считается более подходящей в критериях требующих мобильности, несложности монтажа и применения.

В данной выпускной квалификационной работе разрабатываются радио-

приемный и радиопередающий тракты базовых станций BTS сетей 4G LTE.

ОАО «МТС» — крупнейший оператор сотовой связи в России и странах СНГ, обслуживающий на сегодняшний день более 1 миллиарда абонентов.

Покрытие связи МТС включает большинство регионов России, Украину,

Белоруссию, Узбекистан и Туркменистан, а население, проживающее в зоне действия сети МТС, составляет более 230 миллионов человек.

ОАО «Мегафон» - общероссийский оператор мобильной связи стандарта

GSM 900/1800, 3Gи 4G. Образован в мае 2002 года. Лицензионная терри-

тория ОАО "МегаФон" охватывает 100% территории России – более мил-

лиарда человек. МегаФон – на данный момент лидер в сфере услуг 4G и VoLTE.

ОАО «ВымпелКом» является оператором сотовой связи в России, предо-

ставляющим свои услуги под торговой маркой "Билайн". Лицензии на

3

предоставление услуг сотовой связи группы компаний "ВымпелКом"

охватывают территорию, на которой проживает 94% населения России,

включая Москву, Московскую область и Санкт-Петербург. Сеть «Билайн» работает на территории 76 субъектов РФ. В данный момент оператор «Би-

лайн» - ведущий в сфере услуг 4G.

ООО «Йота-Телеком» (до 2018 г. – ООО «Скартел», с 2019 – подразде-

ление ПАО «Мегафон») – молодой развивающийся оператор скоростной связи. Вначале использовал технологии WiMAX, а позже перешел на 4G LTE. В данный момент (май, 2018) территория обслуживания оператора – Московская область, регионы Черноземья и Сибири. Большая часть терри-

тории России до сих пор не охвачена оператором.

Цели и задачи выпускной квалификационной работы.

Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка структуры радиопередающего блока базовой станции стандарта 4G LTE.

Производится изучение и анализ технологий, на которых базируются со-

временные промышленные БС стандарта 4G LTE и составление разверну-

того технического задания к проектируемой БС, а также разработка ча-

стотного плана и основных функциональных узлов радиопередающего тракта БС. В последних главах выпускной квалификационной работы рас-

смотрены вопросы экологии и БЖ, а так же проведено технико-

экономическое обоснование.

Структура и объем выпускной квалификационной работы.

Выпускная квалификационная работа состоит из введения. 5 глав и за-

ключения, общим объемом 82 страниц, включая 39 иллюстраций, 10 таб-

лиц, 35 источников литературы, включая нормативные документы.

4

В 1 главе подробнее описывается история возникновения сети стандарта

4G LTE, её ключевые возможности, а также её перспективы развития в РФ.

Во 2 главе описывается структура сети стандарта 4G LTE и подробно опи-

сывается принцип её работы.

3 глава посвящена выбору и обоснованию архитектуры радиотракта BTS.

Проведены обзор БС и их производителей, сравнивается и выбирается комплект устройств для проектируемой БС, таких как: усилители мощно-

сти, малошумящие усилители, синтезаторы частот, дуплексные фильтры,

кварцевые генераторы и т.п.

4 глава посвящена выбору и обоснованию элементной базы тракта синтеза частот, трактов формирования, приема и обработки радиосигнала. Выби-

раются аппаратные компоненты для тракта синтеза частот, трактов фор-

мирования, приема и обработки радиосигнала РЧ-блока и обосновывается их выбор.

5 глава посвящена выбору и обоснованию элементной базы оконечных устройств радиочастотного тракта. Выбираются аппаратные компоненты оконечных устройств РЧ-блока и обосновывается их выбор.

В 6 главе проводится разработка и составление окончательной структуры РЧ-блока BTS.

5

ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

В настоящей расчетно-пояснительной записке применяют следующие термины с соответствующими определениями:

3GGP – объединение по разработке стандартов мобильной связи 3-го и 4-го поколения

Cdma 2000 – стандарт мобильной связи 3-го поколения в эволюционном развитии сетей IS – 95

eNB – базовая станция стандарта LTE E-UTRAN – сеть радиодоступа стандартаLTE

DHCP– протокол автоматического присвоения (IP и DNSадресов)

GUTI, GUMMEI, IMEI, TMSI (M-, S-) – идентификацион-

ные номера оборудования:

GUTI – временный ID устройства, присваиваемый разработчиком для последующего использования в стране (впоследствии заменяется на постоянный идентификатор

IMEI)

GUMMEI – постоянный ID устройства для сетей стандарта 4G

S-TMSI–дополнительный ID абонентского устройства, используется при установке SIM-карты в аппарат и при дальнейших операциях с ней для сокрытия других идентификаторов абонента

M-TMSI – дополнительный ID базовой станции для регистрации и отслеживания абонентов

ETSI – европейский институт телекоммуникационных техно-

логий FDD – дуплекс с частотным разделением направлений

6

GERAN – сеть радиодоступа стандарта GSM/EDGE GSM – глобальная система мобильной связи

HSPA – технология беспроводной широкополосной радиосвязи, использующая пакетную передачу данных в сетях WCDMA/UMTS

IMS – мультимедийная система передачи данных на основе протокола IP

MIMO – технология передачи данных с помощью N антенн и их приема M антеннами

OFDM – технология мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов

SAE – архитектура ядра сети, разработанная для стандарта LTE

SC

FDMA – множественный доступ с мультиплексированием с частотным разнесением передачи на одной несущей

TDD – дуплекс с временным разделением направлений

UMTS – универсальная мобильная телекоммуникационная система WCDMA – широкополосный множественный доступ с кодовымразделением каналов

FE – Front-end, управляющая сторона

RRC – Radio Resource Control, протокол управления ресурсами Состояния RRC_CONNECTED и RRC_IDLE определяют, работает ли базовая станцияBTS или же нет.

СМР – строительно-монтажные работы ЧНН – час наибольшей нагрузки ЦП – циклический префикс

7

Техническое задание

Система связи: 4G LTE

Рассматриваемый модуль системы: БС

Функциональное назначение модуля: приемопередающая станция

Условия эксплуатации: промышленные

Системные требования

Максимальная полезная колебательная мощность на входе антенно-

фидерного тракта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 дБм (10

Вт) ±2 дБ при воздействии нормальной рабочей температуры окружающей среды и ±2,5 дБ при воздействии повышенной или пониженной рабочей температуры окружающей среды [1, 3, 9, 28, 29, 30].

Допустимые пределы регулировки выходной мощности [1, 3, 9, 28, 29, 30]:

Общая мощность передачи всегда не превышает максимальную выходную мощность базовой станции.

Диапазон рабочих частот [1, 3, 9, 28, 29, 30] . . . . . . . . . . . . . . . . . 698 – 716, 728 – 746 МГц

Режим дуплекса [1, 3, 9, 28, 29, 30] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . FDD

Разнос несущих приема и передачи (дуплексный разнос) [1, 3, 9, 28,

29, 30] . . 41 МГц

Полоса частот, занимаемая одним частотным каналом, составляет

[1, 3, 9, 28, 29, 30]:

Полоса частотного

канала BWChannel (МГц) 1.4 3 5 10 15 20

Разнос несущих соседних частотных каналов, имеющих полосы

BWChannel(1) и BWChannel(2), составляет (BWChannel(1) + BWChannel(2))/2 [1, 3,

9, 28, 29, 30]

Шаг сетки для всех полос частотных каналов [1, 3, 9, 28, 29, 30] . . . .

. . . . . . . . 100 кГц

Схема многостанционного доступа [1, 3, 9, 28, 29, 30]: на нисходящей линии: OFDMA

на восходящей линии: SC-FDMA

Разнесение поднесущих [1, 3, 9, 28, 29, 30] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . 15 кГц

Виды модуляции [1, 3, 9, 28, 29, 30]:

1)квадратурная фазовая модуляция (QPSK);

2)квадратурная амплитудная модуляция с числом уровней 16

(16QAM);

3)квадратурная амплитудная модуляция с числом уровней 64

(64QAM)

Кодирование в радиоканале – сверточное кодирование или турбо кодирование. При услугах в режиме реального времени используется только помехоустойчивое кодирование, при услугах, не предоставляемых в режиме реального времени – помехоустойчивое кодирование в сочетании с различными видами автозапроса. Способ кодирования и скорости передачи

устанавливаются автоматически на каждом кадре передачи в соответствии с помеховой обстановкой в радиоканале и характером его многолучевости [1, 3, 9, 28, 29, 30].

Значение величины эталонной чувствительности приемника базовой станции [1, 3, 9, 28, 29, 30]:

9

Значение параметров эталонного сигнала для измерения чувствительности приемника базовой станции [1, 3, 9, 28, 29, 30]:

10