Підвищення показників якості базової станції технології WiMax - Автореферат

Безпроводові технології сприяють інформатизації віддалених районів, часто будучи єдиним економічно виправданим рішенням проблеми «останньої милі», забезпечують безпрецедентну оперативність підключення нових користувачів і гнучкість розгортання мережі. Ця технологія, заснована на стандарті 802.16, з однієї сторони відкриє можливості для інвестицій та створить нові робочі місця, а з іншої надасть користувачам високошвидкісний і недорогий доступ в Інтернет при мінімальних витратах на розгортання інфраструктури в порівнянні з проводовими мережами. Але іноді буває необхідно забезпечити якісний звязок не на всій зоні покриття базової станції, а в якому-небудь секторі (наприклад, велика федеральна автострада або важкодоступний малонаселений гірський район Карпат). Для цього випадку в рамках даної дисертаційної роботи запропоновано варіант збільшення зони покриття базової станції WIMAX за допомогою багатопролітної радіорелейної лінії. У порівнянні з традиційним планом, в якому кожна базова станція підєднується до контролера за допомогою проводових ліній, багатопролітна радіорелейна лінія може істотно збільшити розміри зони покриття однієї станції без використання будь-яких проводових зєднань.Детально вивчені методи модуляції, що застосовуються в стандарті ІЕЕЕ 802.16, принципи формування та структура OFDM сигналу, висвітлені питання побудови мереж WIMAX в різних частотних діапазонах. При розрахунку параметрів сигналів для багатопролітної радіорелейної лінії були обрані такі параметри: смуга пропускання каналу, швидкість передачі інформації, кратність модуляції та кількість підканалів в структурі OFDM сигналу. В результаті дійшли висновку, що якщо тривалість перехідних процесів більше, ніж захисний інтервал, і сигнал встановлюється під час його обробки приймачем, то фільтрування групового сигналу супроводжується перехідною завадою, що виникає через порушення ортогональності OFDM сигналів системи WIMAX. Стандарт IEEE 802.16-2004 визначає для підтримки модуляції 64QAM на рівні помилок не вище BER = 10-6 з урахуванням корекції помилок значення відношення сигнал/шум для OFDM сигналу SNR рівне 24.4 DB. 9 графіків випливає, що збільшення кількості підканалів в системі WIMAX не тільки зменшує вплив міжканальної перехідної завади ?, але і помітно розширює ?tдод - діапазон t0, усередині якого значення ? не перевищує вибране допустиме значення.В результаті проведеного аналізу зроблено висновок, що технологія WIMAX задовольняє умовам мережі доступу в концепції мережі наступного покоління NGN. Розроблений план багатопролітної радіорелейної лінії звязку, що дозволяє розширити зону обслуговування базової станції WIMAX без застосування будь-яких проводових зєднань. Розроблено методику розрахунку потужності міжканальної перехідної завади та міжсимвольних спотворень для декількох варіантів побудови багатопролітної радіорелейної лінії звязку, що дозволило зробити висновок про оптимальну кількість прольотів в залежності від типу використовуваної модуляції (або підканалів в структурі OFDM сигналу). Наприклад, якщо вважати допустимим рівень міжканальної перехідної завади ?m = 4%, то згідно розрахункам при кількості підканалів N = 64 прийнятний рівень міжканальної перехідної завади без коректування АФЧХ може забезпечуватися за наявності в каналі не більш одного переприйому. При проектуванні системи управління багатопролітної радіорелейної лінії звязку зроблено висновок, що необхідно враховувати такі показники: - кількість управляючої інформації (отже, і необхідну пропускну спроможність каналів), що забезпечує задану точність параметрів обєктів мережі.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Дисертаційна робота є вирішенням комплексу актуальних питань, що мають наукове та прикладне значення, повязаних з поліпшенням показників якості роботи базової станції технології WIMAX.

В ході дисертаційного дослідження отримані такі результати: 1. В результаті проведеного аналізу зроблено висновок, що технологія WIMAX задовольняє умовам мережі доступу в концепції мережі наступного покоління NGN. Описані переваги та недоліки стандарту ІЕЕЕ 802.16 при розробці можливого варіанту побудови мережі.

2. Розроблений план багатопролітної радіорелейної лінії звязку, що дозволяє розширити зону обслуговування базової станції WIMAX без застосування будь-яких проводових зєднань.

За рахунок цього зменшується вартість мережі та збільшується оперативність її розгортання. Використання тільки радіоканалів в мережі доступу дозволить розгортати її за будь-яких умов та в цілому значно спрощує вирішення проблеми “останньої милі”.

3. Розроблено методику розрахунку потужності міжканальної перехідної завади та міжсимвольних спотворень для декількох варіантів побудови багатопролітної радіорелейної лінії звязку, що дозволило зробити висновок про оптимальну кількість прольотів в залежності від типу використовуваної модуляції (або підканалів в структурі OFDM сигналу).

Наприклад, якщо вважати допустимим рівень міжканальної перехідної завади ?m = 4%, то згідно розрахункам при кількості підканалів N = 64 прийнятний рівень міжканальної перехідної завади без коректування АФЧХ може забезпечуватися за наявності в каналі не більш одного переприйому. Якщо N = 512, то ті самі умови забезпечуються за наявності в каналі до пяти переприйомів РРЛ.

4. Проведений аналіз методів багатокритеріальної оптимизації системи управління, визначення їх переваг та недолікив дозволило зробити висновок, що для розробки системи управління РРЛ доцільно використовувати синтез самоналагоджувальних систем.

5. При проектуванні системи управління багатопролітної радіорелейної лінії звязку зроблено висновок, що необхідно враховувати такі показники: - кількість управляючої інформації (отже, і необхідну пропускну спроможність каналів), що забезпечує задану точність параметрів обєктів мережі. При цьому визначається мінімальна кількість управляючої інформації, яка дозволяє системи управління мати як властивість адаптивності до прогнозованих збурюючих факторів, так і інваріантність до різних, заздалегідь не прогнозованих заважаючих впливів;

- затримка управляючої інформації, при якій час передавання команд управління до контрольованих обєктів не перевищує заданого;

- достовірність (імовірність помилки) при передаванні управляючої інформації;

- вартість системи управління, особливо в сьогоднішніх умовах світової фінансової кризи.

6. Запропонований абсолютно новий критерій наведення променя Smart-антен за допомогою детектору типу модуляції. Це забезпечить спрощення апаратної частини базової станції, а значить і її вартість, а також збільшить швидкодію переміщення променя і покращить “безшовність” мережі та якість звязку під час руху користувача, особливо на великий відстані від базової станції.

7. На основі непуассоновськіх моделей масового обслуговування проведено оцінку ефективності Smart-антен за оптимізованим критерієм по модуляції.

Використання переваг описаних вище технологій в порівнянні із стандартними радіосистемами дозволяє збільшити радіус зони покриття більш ніж в 1,5 рази, тим самим розширивши площу покриття базової станції майже в 2,5 рази. Випробування устаткування фіксованого і мобільного WIMAX, проведені фахівцями компанії «ЕС ЕНД ТІ УКРАЇНА», підтвердили ці співвідношення.

1. Выговский Р. В. Выбор метода позиционирования для сети UMTS /

Р. В. Выговский // Наукові записки Українського науково-дослідного інституту звязку. - 2008 . - №2(4) . - С.95-103.

2. Выговский Р. В. Использование многопозиционных сигналов с АФМ в технологии WIMAX / Р. В. Выговский // Моделювання та інформаційні технології». Зб. наук. праць. Львів - 2008. - Вип. 49. - С.159-165.

3. Выговский Р. В. Анализ мощности межканальной переходной помехи многопролетной РРЛ / Р. В. Выговский // Наукові записки Українського науково-дослідного інституту звязку. - 2009 . - №2(10). - С.40-47.

4. Roman Vygivskiy. The variant of increase area coverage of the base station for WIMAX system / Roman Vygivskiy // Lviv Polytechnic National University. Lviv. - 2010.

5. Выговский Р. В. Использование технологии WIMAX на сетях доступа в концепции NGN / Р. В. Выговский // Звязок, №3 (91), 2010. - С.25-28.

6. Беркман Л. Н. Оптимизация критерия адаптации Smart-антенн для технологии WIMAX / Л. Н. Беркман, Р. В. Выговский // Наукові записки УНДІЗ. - 2010. - №2(14). - С. 5-14.

7. Выговский Р.В. Основные принципы построения многопозиционных ФМ сигналов сети CDMA / Р. В. Выговский // Матер. Другої міжнародної науково-технічної конференції «Проблеми телекомунікацій», 20-23 травня 2008 р., м. Київ: Збірник тез НТУУ «КПІ» ІТС. - К.: Політехніка - 2008.

8. Выговский Р. В. Основные принципы построения фазомодулированных сигналов сети WIMAX / Р. В. Выговский // Матер. IV Міжнар. наук.-практ. конф. «Сучасні інформаційно-комунікаційні технології COMINFO-2008», 15-19 вересня 2008 р., Ялта. - К.:ДУІКТ - 2008.

9. Беркман Л. Н. Модернизация Smart-антен для технологии WIMAX / Л. Н. Беркман, Р. В. Выговский // Вісник УНДІЗ. - 2010. - № 1. - С. 19-22.

10. Выговский Р. В. Вопросы увеличения зоны покрытия системы WIMAX / Р. В. Выговский // Наук.-практ. семінар «Сучасні телекомунікаційні та інформаційні технології» червень-липень 2009 року, м. Київ: Вісник УНДІЗ. - 1/2009. - С.46-49.

11. Roman Vygivskiy. The Increase Distance of Communication for WIMAX System / Roman Vygivskiy // Xth International Conference Dedicated to the 165th Anniversary of Lviv Polytechnic National University «Modern problems of radio engineering, telecommunications, and computer science» Lviv-Slavske, Ukraine, February 23-27, 2010.

12. Выговский Р. В. Модернизация сети доступа с использованием технологии WIMAX / Р. В. Выговский // Матер. Четвертої Міжнародної науково-технічної конференції «Проблеми телекомунікацій» 20-23 квітня 2010 року, м. Київ: Збірник тез НТУУ «КПІ» ІТС. - К.: Політехніка, 2010 р. - С. 103.

13. Выговский Р. В. Адаптация Smart-антенн для базовой станции технологии WIMAX / Р. В. Выговский // Матер. 23-й наук.-техн. конф. «Перспективне компютерне управління і телекомунікаційні системи на залізничному транспорті», Алушта, 22-24 вересня 2010 р. Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. - 2010. - №5. - С. 39-40.

14. Выговский Р. В. Технология WIMAX как сеть доступа / Р. В. Выговский, Кокиза С. В. // Матер. наук.-практ. семінару «Сучасні телекомунікаційні та інформаційні технології», м. Київ, червень-липень 2010 р. - С. 10-11.

15. Беркман Л. Н., Выговский Р. В. Методы модуляции, применяемые в технологии WIMAX / Л. Н. Беркман, Р. В. Выговский // Вісник УНДІЗ. - 2010. - № 3. - С. 17-19.

16. Выговский Р. В. Увеличение дальности связи в технологии WIMAX / Р. В. Выговский // Матер. наук.-практ. семінару «Питання розвитку телекомунікаційних мереж», м. Київ, серпень-вересень 2010 р. - С. 11-12.