Проектирование высокоскоростной сети LTE-Advanced в условиях плотной городской застройки
ВВЕДЕНИЕ
В современном мире мобильные телекоммуникации занимают центральное место в обеспечении информационного обмена. По данным отчёта Ericsson Mobility Report (2023), к 2028 году число подключений к сетям 4G LTE/LTE-Advanced в мире превысит 5,5 млрд, а объём глобального мобильного трафика достигнет 325 экзабайт в месяц. В России, по данным Роскомнадзора, по состоянию на конец 2023 года на сети LTE/LTE-Advanced приходится свыше 76% всего мобильного трафика страны; совокупный объём передачи данных в сетях мобильного интернета превысил 38 млрд ГБ в год. Число активных LTE-абонентов в России составляет около 112 млн человек, а уровень проникновения LTE-сетей достиг 85% населения страны (GSMA Intelligence, Mobile Economy Russia 2023). Средняя скорость загрузки в сетях LTE российских операторов по данным замеров Ookla Speedtest составила 31,4 Мбит/с в 2023 году, что на 22% выше показателя 2021 года. По данным операторов ПАО «МТС» и ПАО «МегаФон», в Северо-Кавказском федеральном округе
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ5
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИИ LTE-ADVANCED И ТРЕБОВАНИЙ К СЕТИ В ГОРОДСКОЙ СРЕДЕ8
1.1. Эволюция стандартов мобильной связи: от LTE к LTE-Advanced8
1.2. Архитектура сети LTE-Advanced: ключевые компоненты и интерфейсы12
1.3. Технологии повышения спектральной эффективности в LTE-Advanced16
1.4. Особенности распространения радиоволн в условиях плотной городской застройки22
1.5. Требования к качеству обслуживания (QoS) и показатели KPI26
ГЛАВА 2. МЕТОДОЛОГИЯ РАДИОПЛАНИРОВАНИЯ СЕТИ LTE-ADVANCED31
2.1. Модели распространения радиоволн для городской среды31
2.2. Методика расчёта зоны покрытия базовой станции36
2.3. Частотное планирование и управление интерференцией41
2.4. Методы оценки пропускной способности сети45
ГЛАВА 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕТИ LTE-ADVANCED В УСЛОВИЯХ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ49
3.1. Характеристика объекта проектирования49
3.2. Выбор конфигурации базовых станций и антенного оборудования52
3.3. Расчёт зон покрытия и размещение базовых станций56
3.4. Расчёт пропускной способности и анализ нагрузки61
3.5. Анализ интерференции и оптимизация параметров сети66
ГЛАВА 4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА71
4.1. Обоснование выбора оборудования71
4.2. Расчёт капитальных затрат на развёртывание сети74
4.3. Оценка операционных расходов и экономической эффективности78
ЗАКЛЮЧЕНИЕ82
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ85
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Технические характеристики оборудования89
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Карты зон покрытия91
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. 3GPP TS 36.300 V10.12.0 (2013-12). Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); Overall description; Stage 2. — 3rd Generation Partnership Project, 2013. — 215 с.
2. 3GPP TR 36.873 V12.7.0 (2017-12). Study on 3D channel model for LTE. — 3rd Generation Partnership Project, 2017. — 91 с.
3. 3GPP TS 36.213 V10.15.0 (2016-12). Physical layer procedures. — 3rd Generation Partnership Project, 2016. — 264 с.
4. Sesia S., Toufik I., Baker M. LTE — The UMTS Long Term Evolution: From Theory to Practice. — 2nd ed. — Chichester: John Wiley & Sons, 2011. — 792 с.
5. Dahlman E., Parkvall S., Sköld J. 4G: LTE/LTE-Advanced for Mobile Broadband. — 2nd ed. — Oxford: Academic Press, 2014. — 544 с.
6. Holma H., Toskala A. LTE Advanced: 3GPP Solution for IMT-Advanced. — Chichester: John Wiley & Sons, 2012. — 379 с.
7. Ghosh A., Zhang J., Andrews J.G., Muhamed R. Fundamentals of LTE. — Upper Saddle River: Prentice Hall, 2010. — 464 с.
8. Кантор Л.Я., Тимофеев В.В. Спутниковая связь и вещание. — М.: Радио и связь, 1988. — 351 с.
9. Шувалов В.П., Захарченко Н.В., Шуваликов В.Н. Телекоммуникационные технологии и сети. — М.: Радио и связь, 1999. — 480 с.
10. Бакланов И.Г. NGN: принципы построения и организации. — М.: Эко-Трендз, 2008. — 400 с.
11. Тихвинский В.О., Терентьев С.В., Юрчук А.Б. Сети мобильной связи LTE: технологии и архитектура. — М.: Эко-Трендз, 2010. — 284 с.
12. Тихвинский В.О., Терентьев С.В. Управление и качество услуг в сетях GPRS/EDGE. — М.: Эко-Трендз, 2007. — 320 с.
13. Рапопорт Л.Г. Технологии LTE и LTE-Advanced: учебное пособие. — М.: МТУСИ, 2013. — 156 с.
14. Wacker A., Laiho-Steffens J., Sipila K., Heikkinen M. The impact of the base station sectorisation on WCDMA radio network performance // Proc. IEEE VTC 1999-Fall. — 1999. — P. 2611–2615.
15. Okumura Y. et al. Field strength and its variability in VHF an
Качество обслуживания (Quality of Service, QoS) в сетях LTE-Advanced обеспечивается на нескольких уровнях: на уровне радиоинтерфейса, на уровне ядра сети и на уровне приложений. Архитектура QoS в LTE-Advanced основана на концепции EPS-носителей (EPS Bearers), которые представляют собой логические каналы с заданными характеристиками качества обслуживания.
Каждый EPS-носитель характеризуется набором параметров QoS Class Identifier (QCI). QCI определяет тип сервиса, приоритет, задержку и допустимый уровень потерь пакетов. В Release 10 определено 9 стандартных значений QCI, охватывающих диапазон от разговорного голоса (QCI=1, задержка 100 мс, потери 10⁻²) до передачи данных без гарантии качества (QCI=9).
При проектировании сети LTE-Advanced необходимо ориентироваться на ключевые показатели эффективности (KPI). Эти показатели задаются оператором связи и служат критериями оценки качества проекта. В таблице 1.4