Материал: Проектирование мобильной сети 5G (New Radio)
Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам
, которые могут отличаться от стандарта 3GPP (5G).
В рамках данного курсового проекта важно выбрать наиболее помехозащищенный метод модуляции и кодирования (Самый низкий MCS по возможности), гарантирующий требуемую скорость передачи данных на краю соты.
Пример расчета скорости для MCS15 и полосы частот 3 МГц:
Максимальная скорость=5.4*3*10^6=16,2 Мбит/с
RequiredSINR для такой скорости на краю соты = 26.9 дБ.
Согласно таблицы мы знаем требуемую скорость на краю соты для UL=0,26 мбит/c и для DL=0,6 мбит/c.
Исходя из этого можно вычислить RequiredSINRULRequiredSINRDL,
Они будут равны:
Далее рассчитаем
Для того чтобы определить, какой должен быть максимальный уровень допустимых потерь радиосигнала MAPL (Maximum Allowed Path loss), при котором будет возможно успешно декодировать данные, составляется и рассчитывается так называемый бюджет восходящего (от пользователя к точке доступа UL) и нисходящего (от точки доступа к пользователю DL) каналов.
а) Бюджет нисходящего канала (DLLinkBudget)
На рисунке 2 показано из каких компонентов составляется бюджет нисходящего канала DL.
В неравенстве, показанном на рисунке 2, все входные параметры за исключением PL(d) являются константами. В левой части этого неравенства стоят составляющие, характеризующие реальный уровень сигнала в зависимости от расстояния d, в правой же – требования к уровню такого сигнала, при котором декодирование будет осуществимо. Если приравнять левую и правую часть неравенства, мы получим уравнение (9), где PL(d) можно заменить на MAPL_DL – уже независящие от расстояния максимально допустимые потери радиосигнала, которые удовлетворяют минимальным требованиям успешного приема данных.
. (9)
На рисунке 3 показано, что происходит с сигналом при прохождении через антенно-фидерный тракт. Потери сигнала во многом зависят от того как сконфигурирована базовая станция.
Рис. 2. Бюджет нисходящего канала DL в сетях LTE
В рамках данного курсового проекта важно выбрать наиболее помехозащищенный метод модуляции и кодирования (Самый низкий MCS по возможности), гарантирующий требуемую скорость передачи данных на краю соты.
Пример расчета скорости для MCS15 и полосы частот 3 МГц:
Максимальная скорость=5.4*3*10^6=16,2 Мбит/с
RequiredSINR для такой скорости на краю соты = 26.9 дБ.
Согласно таблицы мы знаем требуемую скорость на краю соты для UL=0,26 мбит/c и для DL=0,6 мбит/c.
Исходя из этого можно вычислить RequiredSINRULRequiredSINRDL,
Они будут равны:
-
0,26/15*10^6=0,017 сответственно RequiredSINRUL=2,1дб -
0,6/15*10^6=0,04 сответственно RequiredSINRDL=2,1дб
Далее рассчитаем
Для того чтобы определить, какой должен быть максимальный уровень допустимых потерь радиосигнала MAPL (Maximum Allowed Path loss), при котором будет возможно успешно декодировать данные, составляется и рассчитывается так называемый бюджет восходящего (от пользователя к точке доступа UL) и нисходящего (от точки доступа к пользователю DL) каналов.
а) Бюджет нисходящего канала (DLLinkBudget)
На рисунке 2 показано из каких компонентов составляется бюджет нисходящего канала DL.
В неравенстве, показанном на рисунке 2, все входные параметры за исключением PL(d) являются константами. В левой части этого неравенства стоят составляющие, характеризующие реальный уровень сигнала в зависимости от расстояния d, в правой же – требования к уровню такого сигнала, при котором декодирование будет осуществимо. Если приравнять левую и правую часть неравенства, мы получим уравнение (9), где PL(d) можно заменить на MAPL_DL – уже независящие от расстояния максимально допустимые потери радиосигнала, которые удовлетворяют минимальным требованиям успешного приема данных.
. (9)На рисунке 3 показано, что происходит с сигналом при прохождении через антенно-фидерный тракт. Потери сигнала во многом зависят от того как сконфигурирована базовая станция.
Рис. 2. Бюджет нисходящего канала DL в сетях LTE
В случае использования фидера, как правило, фидер доходит до малошумящего усилителя (МШУ), который монтируется максимально близко к антенне, а затем, с помощью соединительного джампера сигнал передается на антенну, где происходит его усиление за счет конфигурации антенны и MIMO.
Рис. 3. Усиление и ослабление сигнала в антенно-фидерном тракте базовой станции gNodeB 5G
Если с выхода базовой станции сигнал попадает в фидер, то там он ослабляется примерно на 2 дБ. Точное значение ослабления зависит от типа и длины фидера. Затем сигнала попадает на МШУ, где ослабляется еще на 0.4 дБ, после чего в джампере до антенны он затухает еще на 0.5 дБ. Если базовая станция сконфигурирована без фидера (приемо-передатчик близко с антенной), то потерями в антенно-фидерном тракте будут считаться только потери 0.5 дБ в джампере между приемо-передатчиком и антенной.
MIMO c двумя передающими антеннами позволяет усилить сигнал на 3 дБ или в 2 раза (MIMOGain). В настоящее время бывают базовые станции и с четырьмя, и с восьмью передающими антеннами, что в свою очередь еще больше усиливает сигнал.
Запас (margin) мощности сигнала на проникновения PenetrationM включает в себя не только возможные затухания сигнала при прохождении через такие препятствия как стены зданий, но и затухания в теле человека (Body penetration) при телефонном разговоре (учитывается только для голосовых сервисов).
Решив уравнение (9), можно определить допустимые потери уровня сигнала MAPL_DL в нисходящем канале, однако, расстояние, на котором сигнал затухнет на эту величину все еще неизвестно. Для того чтобы это выяснить, необходимо сопоставить MAPL_DL с подходящей моделью распространения радиосигнала.
Решаем уравнение (9):
.
+
173,3б) Бюджет восходящего канала (ULLinkBudget)
На рисунке 4 представлены основные составляющие бюджета восходящего канала UL.
В неравенстве, показанном на рисунке 4, все входные параметры за исключением PL(d) – это константы. В левой части данного неравенства стоят составляющие, отражающие реальный уровень сигнала на некотором расстоянии
d от пользователя, в правой же части – требования к уровню такого радиосигнала, при котором декодирование будет возможно. Приравняв левую и правую часть неравенства, получаем уравнение (10), где PL(d) можно заменить на MAPL_UL – это независящие от расстояния максимально допустимые потери радиосигнала в восходящем канале UL, которые удовлетворяют минимальным требованиям успешного приема данных.
. (10)
Принципиальными отличиями бюджетов восходящего и нисходящего каналов являются чувствительность приемника RxSens (в зависимости от направления – это либо чувствительность UE, либо gNodeB), которая определяется по формуле (7) и мощность передатчикаTxPower (UE или gNodeB).
Результатом решения уравнения (10) будет определение допустимых потерь MAPL_UL в восходящем канале UL. Остается определить расстояние, на котором сигнал затухнет на эту величину.
+
-
---
+
+
Рис. 4. Бюджет нисходящего канала UL сети NR 5G.
Расчет радиуса и площади соты (Range and area calculation)
Применив выбранную модель распространения радиосигнала, получаем зависимость, отражающую затухание радиосигнала при увеличении расстояния между пользователем UE и базовой станцией gNodeB. Для того чтобы определить, на каком расстоянии декодирование данных будет все еще возможно в восходящем и нисходящем каналах, нужно знать уровень максимально допустимых потерь в обоих направлениях (MAPL_UL и MAPL
. (10)Принципиальными отличиями бюджетов восходящего и нисходящего каналов являются чувствительность приемника RxSens (в зависимости от направления – это либо чувствительность UE, либо gNodeB), которая определяется по формуле (7) и мощность передатчикаTxPower (UE или gNodeB).
Результатом решения уравнения (10) будет определение допустимых потерь MAPL_UL в восходящем канале UL. Остается определить расстояние, на котором сигнал затухнет на эту величину.
+ - --- + + Рис. 4. Бюджет нисходящего канала UL сети NR 5G.
-
Исходя из значения MAPL и требований к минимальной скорости закачивания на краю соты, определите радиус соты для UL и DL (по меньшему радиусу делается расчет количества оборудования)
Расчет радиуса и площади соты (Range and area calculation)
Применив выбранную модель распространения радиосигнала, получаем зависимость, отражающую затухание радиосигнала при увеличении расстояния между пользователем UE и базовой станцией gNodeB. Для того чтобы определить, на каком расстоянии декодирование данных будет все еще возможно в восходящем и нисходящем каналах, нужно знать уровень максимально допустимых потерь в обоих направлениях (MAPL_UL и MAPL
_DL).
Отложив значения потерь радиосигнала в нисходящем и восходящем каналах на графике зависимости потерь сигнала от расстояния между пользователем и базовой станцией, как показано на рисунке 5, можно найти радиусы сот. Точки пересечения MAPL_UL и MAPL_DLс кривой PL(d) покажут радиусы сот NR в UL и DL направлениях (d_UL и d_DL).
При проектировании радиопокрытия всегда берется меньшая из
величин d_UL и d_DL, в данном примере – это d_UL.
dUL=15m
dDL=85m
Рис. 5. Определение радиуса UL и DL в NR-сети при проектировании соты
Используя модель распространения сигнала UMiNLOS , и рассчитав максимально допустимые потери сигнала в обоих направлениях, получаем радиус соты в восходящем канале 15 м и в нисходящем канале 85 м. В результате, зона действия соты NR ограничена радиусом 15 м.
На рисунке 6 показано как определить площадь покрытия базовой станции, зная сколько секторов (сот) планируется сконфигурировать на каждой gNodeB.
Рис. 6. Определение площади сайта (базовой станции) в зависимости от числа сконфигурированных секторов.
Так как у меня 2-секторная БС то S=1,73*
=389,25
С=290т*13мб
30Тб
- Число базовых станций (одна базовая станция состоит из числа сот, равного числу секторов)
- Число UPF
- Число AMF
Количество сайтов=26000:389,25 66 сайтов
Соответственно 66 базовых станций, 132соты и 132 сектора
На рисунке 7 представлена архитектура сетей NR. Архитектура сетей 5-го поколения не имеет элемента для централизованного управления радиоподсистемой
Отложив значения потерь радиосигнала в нисходящем и восходящем каналах на графике зависимости потерь сигнала от расстояния между пользователем и базовой станцией, как показано на рисунке 5, можно найти радиусы сот. Точки пересечения MAPL_UL и MAPL_DLс кривой PL(d) покажут радиусы сот NR в UL и DL направлениях (d_UL и d_DL).
При проектировании радиопокрытия всегда берется меньшая из
величин d_UL и d_DL, в данном примере – это d_UL.
dUL=15m
dDL=85m
Рис. 5. Определение радиуса UL и DL в NR-сети при проектировании соты
Используя модель распространения сигнала UMiNLOS , и рассчитав максимально допустимые потери сигнала в обоих направлениях, получаем радиус соты в восходящем канале 15 м и в нисходящем канале 85 м. В результате, зона действия соты NR ограничена радиусом 15 м.
На рисунке 6 показано как определить площадь покрытия базовой станции, зная сколько секторов (сот) планируется сконфигурировать на каждой gNodeB.
Рис. 6. Определение площади сайта (базовой станции) в зависимости от числа сконфигурированных секторов.
Так как у меня 2-секторная БС то S=1,73*
=389,25-
Выполните расчет требуемой пропускной способности сети, отталкиваясь от количества абонентов и скачиваемого ими трафика в час наибольшей нагрузки ЧНН.
С=290т*13мб
30Тб-
Определите количество оборудования, учитывая количество секторов на БС, требования к радиопокрытию и нагрузки, и нарисуйте схематично архитектуру построения Вашей сети (точное число БС на схеме отражать не требуется):
- Число базовых станций (одна базовая станция состоит из числа сот, равного числу секторов)
- Число UPF
- Число AMF
Количество сайтов=26000:389,25
66 сайтовСоответственно 66 базовых станций, 132соты и 132 сектора
На рисунке 7 представлена архитектура сетей NR. Архитектура сетей 5-го поколения не имеет элемента для централизованного управления радиоподсистемой
, например, контроллера базовых станций gNodeB. Для обеспечения сигнального взаимодействия между eNodeB существует логический интерфейс Xn. Функции базовых станций gNodeB – это управлением радиоинтерфейсом NR-Uu (динамическое распределение ресурсов, шифрование данных, HARQ, управление QoS, MIMO и пр.).
Важнейшим компонентом сети является элемент управления мобильностью AMF (Access and Mobility management Function), который имеет доступ к абонентским данным из UDR (User Dara Repository) 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.
Рис. 7. Архитектура сети NR
Важнейшим компонентом сети является элемент управления мобильностью AMF (Access and Mobility management Function), который имеет доступ к абонентским данным из UDR (User Dara Repository) 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.
Рис. 7. Архитектура сети NR
Источник: https://tut-files.ru/previewfile/31319