ВКР_Разработка_Радиотрактов_BTS_Петренко_Ю.А
..pdfФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ Федеральное ордена Трудового Красного знамени государственное образо-
вательное бюджетное учреждение высшего образования «МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ»
Направление |
11.03.02 Инфокоммуникационные |
|
технологии и системы связи |
Профиль подготовки |
Системы мобильной связи |
Факультет |
Заочный (ЗФ) |
Кафедра |
Радиооборудования и схемотехники |
(РОС) |
|
Допущено к защите
Зав. Кафедрой__________________ /Пестряков Александр Валентинович/
ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА БАКАЛАВРА
ТЕМА: «Разработка радиотрактовBTS 4G-сетей мобильной связи»
Студент ______________________ /Петренко Юрий Анатольевич/
Руководитель ______________________ /Иванюшкин Роман Юрьевич/
Рецензент ______________________ /Сорокин Александр Степанович/
Москва, 2019
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]:
|
Динамический |
диапазон регулировки |
|
Вид модуляции |
мощности (дБ) |
|
|
|
(вниз) |
|
(вверх) |
QPSK (PDCCH) |
-6 |
|
+4 |
QPSK (PDSCH) |
-6 |
|
+3 |
16QAM (PDSCH) |
-3 |
|
+3 |
64QAM (PDSCH) |
0 |
|
0 |
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]:
Полоса |
Параметры эталонно- |
Величина (дБм) эталонной |
|
го |
|||
(МГц) |
чувствительности PREF- |
||
измерительного кана- |
|||
канала LTE |
SENS |
||
ла |
|||
|
|
||
|
|
|
|
1,4 |
А1-1 |
-106,8 |
|
3 |
А1-2 |
-103,0 |
|
5 |
А1-3 |
-101,5 |
|
10 |
А1-3 |
-101,5 |
|
15 |
А1-3 |
-101,5 |
|
20 |
А1-3 |
-101,5 |
9
Значение параметров эталонного сигнала для измерения чувствительности приемника базовой станции [1, 3, 9, 28, 29, 30]:
Параметры |
|
|
|
Эталонный измерительный канал |
|||||
|
|
|
А1-1 |
А1-2 |
А1-3 |
А1-4 |
А1-5 |
||
|
|
|
|
|
|||||
Число ресурсных блоков |
|
6 |
15 |
25 |
3 |
9 |
|||
Число OFDM-символов |
на |
12 |
12 |
12 |
12 |
12 |
|||
субкадр |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Вид модуляции скорость ко- |
|
|
QPSK |
|
|
||||
дирования |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Скорость кодирования |
|
|
|
1/3 |
|
|
|||
Размер |
полезной |
нагрузки |
600 |
1544 |
2216 |
256 |
936 |
||
(бит) |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Число битов CRC транспорт- |
24 |
24 |
24 |
24 |
24 |
||||
ного блока |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Число |
битов |
CRC кодового |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
||
блока |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Число кодовых блоков |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|||
Размер |
кодированного блока |
1884 |
4716 |
6732 |
852 |
2892 |
|||
(бит) |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Общее |
число |
битов |
на |
суб- |
1728 |
4320 |
7200 |
864 |
2592 |
кадр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Общее |
число |
символов |
на |
864 |
2160 |
3600 |
432 |
1296 |
|
субкадр |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
10