Методологія створення бездротових мультисервісних мереж класу WiMAX. Частина 1

Володимир Широков, експерт, к.т.н

Нетривіальне завдання

Враховуючи величезні території України, все ще зберігається інформаційна нерівність центру та регіонів. Подолання цієї нерівності, забезпечення універсального обслуговування сприяє створення мереж WiMAX.

В даний час за кордоном та в нашій країні розгортаються мережі WiMAX: створюються малі, міські, регіональні та корпоративні мережі широкосмугового доступу, що використовують технологію WiMAX, великі операторські мережі мобільного та фіксованого WiMAX.

Мережі класу WiMAX є складними системами: їхня розробка вимагає високої кваліфікації, але створюються вони, як правило, емпірично. Тому потрібна певна методологія, а саме: моделі, методи, методики, засоби розробки, оцінки, обґрунтованого вибору параметрів систем WiMAX.

Стандарти визначають кілька профілів WiMAX, а оскільки обладнання WiMAX випускається безліччю компаній, воно може мати різні характеристики. Відповідно вибір моделей обладнання стає нетривіальним завданням.

Доводиться враховувати безліч факторів, таких як:

  • виділений (або доступний) частотний ресурс;
  • топологія, розмірність мережі (місце розташування та кількість абонентів);
  • якість обслуговування (лімітовані швидкості, пріоритети користувачів);
  • бюджет створення мережі.

Основні завдання, які вирішуються при створенні WiMAX

Під час створення мережі WiMAX вирішується кілька основних завдань (див. рисунок):

  • збирання вихідних даних;
  • вибір обладнання, топології, структури мережі;
  • розрахунок ресурсів, покриття, бюджету мережі;
  • розробка сценарію розгортання мережі, розробка бізнес-плану, оцінка продуктивності мережі.

методологія

Перелічені завдання взаємопов'язані:

  • якщо змінюється обладнання, структура, топологія мережі, змінюються радіопокриття, ресурси, бюджет мережі;
  • якщо змінюється сценарій, змінюється бізнес-план та продуктивність у міру розгортання мережі.

Тому завдання вирішуються ітераційно.

Але першорядним і важливим завданням при створенні WiMAX є збір вихідних даних про радіомережу, що створюється. Збір вихідних даних виконується за окремою методикою і включає:

При виборі обладнання WiMAX важливо брати до уваги його основні технічні характеристики та вартість, тобто ключовий показник ефективності ціна/якість.

До характеристик, які необхідно враховувати насамперед, належать:

  • ширина радіоканалів та частотні діапазони;
  • чутливість і потужність приймачів;
  • особливості реалізації антенно-фідерного тракту (antenna diversity, MIMO, beam forming)

Ширина радіоканалу і відношення сигнал/шум (відповідно до межі Шеннона) визначають граничну пропускну здатність радіообладнання.

Характеристики приймачів та антенно-фідерних трактів визначають дальність між радіостанціями. При цьому використовуються програми, які за моделлю згасання радіохвиль у вільному просторі дозволяють розрахувати дальність та швидкість передачі в залежності від технічних характеристик Wi-MAX-обладнання, координат базової та абонентської станцій.

При виборі обладнання WiMAX слід враховувати такі характеристики базових станцій, як:

  • кількість радіоканалів (можливість нарощування (масштабування), резервування, гарячої заміни блоків);
  • конструктивне виконання базових станцій (зовнішнє,внутрішнє, змішане).

Оскільки WiMAX будується за стільниковим принципом, територія, що обслуговується, покривається мережею базових станцій, пов'язаних опорною мережею.

Пропускна здатність сектора базової станції визначається шириною та кількістю радіоканалів у секторі, вона повинна бути достатньою для обслуговування певної кількості користувачів, що знаходяться на конкретній площі сектора на заданій відстані від базової станції. Тому реальний радіус і структура стільника (секторизація базової станції) вибираються з щільності абонентів, умов їх обслуговування (необхідної швидкості, активності, відсутності/наявності прямої видимості).

Під час проектування оцінюється кількість секторів залежно від діаграм спрямованості, посилення антен. Ось чому структура стільника - це, як правило, коло, трикутник, квадрат або шестикутник. Поряд із вибором структури стільників здійснюється прив'язка антен базових станцій до існуючих будівель та споруд, оцінюється покриття. Таким чином, після розбиття на стільники, визначаються координати та висоти підвісу антен базових станцій.

Розрахунок покриття, ресурсів, бюджету мережі

За координатами базової станції та абонентських станцій розраховуються:

  • профілі радіоліній;
  • дальності;
  • необхідне посилення абонентських антен;
  • висота їхнього підвісу;
  • максимальна швидкість передачі.

Із застосуванням моделі системи масового обслуговування з кінцевим числом користувачів знаходиться максимально можлива (гарантована) швидкість передачі між БС та АС.

Для оцінки радіопокриття використовується програмне моделювання чи натурне радіопланування. При натурному радіоплануванні проводяться базові виміри в критично проблемнихточках біля. Для програмного моделювання використовуються електронні карти місцевості, що мають таку роздільну здатність:

Оптимальна роздільна здатність в діапазоні частот від 30 МГц до 3 ГГц становить

50Х, де X – довжина радіохвилі. Як правило, електронні карти високої роздільної здатності зазвичай мають дискретність 2 м, у тому числі враховують:

  • забудову та габарити будівель;
  • рельєф та висоти місцевості;
  • рослинність та підкладку.

На електронній карті високого дозволу чисельність населення, що визначає потенційну кількість абонентів, враховується з точністю до кожного будинку. При цьому враховується матеріал будівель, споруд (бетон, цегла, метал), тип рослинності (дерева, чагарники, їх висота), властивості поверхні (грунт, дорога, водна гладь).

Також задається і використовується топологія мережі:

  • місцезнаходження базових станцій;
  • координати абонентських станцій

Для розрахунку покриття при моделюванні на електронній карті місцевості використовуються координати абонентських станцій, розташування та параметри базових станцій. При розрахунку покриття визначаються рівні корисних радіосигналів, інтерференції, запасу на завмирання, відношення сигнал/шум певної дальності. Останній показник важливий для оцінки якості обслуговування користувачів (максимальної швидкості та тимчасової затримки під час передачі інформації).

Знаючи радіопокриття та структуру мережі WiMAX, можна заздалегідь визначити бюджет. Якщо бюджет не задовільний, виконується інша ітерація:

  • змінюється структура та топологія мережі;
  • задається новий ціновий діапазон - вибираються інші моделі обладнання чи інший виробник.

Якщо результат задовільний,переходять до наступного етапу розробки та створення мережі WiMAX.

Розгляду третього етапу методології, що включає розробку сценаріїв розгортання мережі WiMAX, складання бізнес-плану, оцінку продуктивності, буде присвячена друга частина цієї статті, що публікується в наступному номері журналу.