РАЗРАБОТКА СЕТЕЙ WiMAX ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ УСЛУГИ ШИРОКОПОЛОСНОГО ДОСТУПА В ИНТЕРНЕТ ДЛЯ ЖИТЕЛЕЙ ОТДАЛЕННЫХ РАЙОНОВ.

DEVELOPMENT OF WIMAX NETWORKS FOR THE IMPLEMENTATION OF BROADBAND INTERNET ACCESS SERVICES

Sergey Sadchikov

student, Russian Federation Security Guard Service Federal Academy,

 Russia, Orel

Alexander Melnov

scientific supervisor, Russian Federation Security Guard Service Federal Academy,

Russia, Orel

АННОТАЦИЯ

В связи с пандемией COVID-19, встал вопрос, как минимизировать риски, обезопасить персонал и не прервать деятельность компании. Как показывает практика, наиболее действенный способ борьбы с распространением инфекций — это ограничение социальных контактов. Поэтому появляется необходимость перевода сотрудников на дистанционный режим работ. Но как быть с жителями отдаленных районов? Одним из способов решения данной проблемы является использование технологии WiMAX.

Технология WiMAX телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов).

ABSTRACT

In connection with the COVID-19 pandemic, the question arose of how to minimize risks, protect personnel and not interrupt the company's activities. As practice shows, the most effective way to combat the spread of infections is to limit social contacts. Therefore, there is a need to transfer employees to a remote mode of work. But what about the residents of remote areas? One way to solve this problem is to use WiMAX technology.

WiMAX technology is a telecommunications technology designed to provide universal wireless communication over long distances for a wide range of devices (from workstations and laptops to mobile phones).

Ключевые слова: широкополосный доступ, сеть WiMAX.

Keywords: broadband access, WiMAX network.

В новой статье 312.6 ТК РФ закрепили правило, согласно которому работодатель обязан обеспечивать удаленного работника необходимым оборудованием, программами, средствами защиты информации и прочее. При этом не важно, закреплена эта обязанность в трудовом (коллективном) договоре или нет.

Однако предоставить качественные мультисервисные услуги связи с высокой скоростью по беспроводным информационным каналам всем жителям сельской местности и пригорода операторы сотовой связи не могут, так как каналы связи в данной технологии недостаточно широкополосны, и передача мультимедийного контента затруднительна. А с учетом низкой плотности заселения территорий прокладка оптоволоконного кабеля связи является нерентабельным, нам остается использовать технологии WiMAX

Технология WiMAX обеспечивает широкополосный доступ в тех случаях, когда цифровые линии DSL (Digital Subscriber Line) не могут использоваться по техническим или экономическим причинам. Она может применяться операторами голосовой и широкополосной связи для решения проблемы «последней мили», а также для мобильного доступа, дополняющего технологии GSM/Edge, Wi-Fi и 3G/4G.

Для начала давайте разберемся с параметрами WiMAX. Важной особенностью данной сети является работа с отраженными радиосигналами в условиях непрямой видимости. Это достигается применением технологии OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) для расшифровки сильно искаженного отраженного сигнала.

Технология WiMax использует радиоканал и позволяет беспрепятственно передавать данные в условиях плотных городских застроек, густорастущих деревьев, и практически не зависит от погодных условий. Для обеспечения

широкой зоны покрытия сети, провайдеры устанавливают базовые станции WiMax и позволяют с помощью компьютера или мобильного телефона, поддерживающего WiMax подключаться к интернету в пределах всей зоны покрытия сети. Помимо доступа в интернет WiMax успешно используется для передачи голосовой и видео информации.

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПРОЕКТИРУЕМОЙ СЕТИ

Процесс планирования радиосетей WiMAX имеет ряд отличий от процесса планирования других технологий беспроводного радиодоступа. Основное отличие – это применение нового типа многостанционного доступа на базе технологии OFDMA, что вводит новые понятия и изменяет алгоритмы проектирования. Процесс планирования радиосети состоит из двух этапов:

 • формирование максимальной площади покрытия;

 • обеспечение требуемой емкости.

Планирование радиосети WiMAX будет рассчитано для сельской местности, а это значит, что плотность абонентов будет невысокой и базовые станции должны устанавливаться на максимальном расстоянии, достаточным для обеспечения сети покрытия абонентов. В связи с этим нужно подобрать соответствующий частотный диапазон. В данном случае нужно руководствоваться правилом, что чем ниже частота, тем дальше распространение радиосигнала. Из разрешенных частотных диапазон 2,6 – 2,69 МГц вполне подойдет для выполнения этой задачи. Тип дуплекса выберем частотный – FDD.

Расчет частотных каналов. Для системы FDD средняя пропускная способность одного сектора БС может быть получена путем прямого умножения ширины канала на спектральную эффективность канала:

R=γ·∆F;

 γ – средняя спектральная эффективность, бит/с/Гц;

∆F – ширина канала в МГц, (∆F=20МГц);

Для линии DL: RDL=3.43·20=68.6 Мбит/с.

Для линии UL: RUL=1.82·20=36.4 Мбит/с.,

где S – средняя спектральная эффективность (бит/с/Гц);

Средняя пропускная способность базовой станции RБС вычисляется путем умножения пропускной способности одного сектора на количество секторов базовой станции; число секторов БС примем равное шесть, тогда:

R_eNB =6 R_{DL/ UL;}

 Для линии DL: R_БС.DL=68,6*6=411.6 Мбит/с.

 Для линии UL: R_БС.UL=36.4 *6=218.4 Мбит/с.

Следующим этапом будет определение количества сот в планируемой радиосети WiMAX.

Для расчета числа сот в сети необходимо определить общее число каналов, выделяемых для развертывания проектируемой сети WIMAX. Общее число каналов Nк рассчитывается по формуле:

Nк= int(∆F/F_k),

где int(x) – целая часть числа х; где ∆F - полоса частот, выделенная для работы сети и равная 80 МГц;

Fк – полоса частот одного радиоканала; под радиоканалом в сетях WIMAX определяется такое понятие как слот, который имеет ширину 2 МГц,

N_k= int () = 40.

Далее определим число каналов Nк.сек, которое необходимо использовать для обслуживания абонентов в одном секторе одной соты:

где Nк – общее число каналов;

Nкл – размерность кластера, выбираемое с учетом количества секторов БС, примем равным 6.

Mсек – количество секторов БС, принятое равным 6

Далее определим число каналов трафика в одном секторе одной соты N_кт.сек. Число каналов трафика рассчитывается по формуле:

;

где N_кт1 – число каналов трафика в одном радиоканале, определяемое стандартом радиодоступа (для OFDMA Nкт1 = 1...3); для сети WIMAX выберем N_кm1 = 2.

В соответствии с моделью Эрланга, представленной в виде графика на рисунке 1, определим допустимую нагрузку в секторе одной соты Асек при допустимом значении вероятности блокировки равной 0,1% и рассчитанным выше значении N_кт.сек. Определим, что А_сек = 34 Эрл.

Рисунок 1. Зависимость допустимой нагрузки в секторе от числа каналов трафика и вероятности блокировки

Число абонентов, которое будет обслуживаться одной БС, определяется по формуле:

где A₁ – средняя по всем видам трафика абонентская нагрузка от одного абонента; значение A1 может составлять (0,04...0,2) Эрл. Так как проектируемая сеть планируется использоваться для высокоскоростного обмена информацией, то значение A1 примем равным 0,2 Эрл. Таким образом:

Число базовых станций БС в проектируемой сети WIMAX найдем по формуле:

где N_аб – количество потенциальных абонентов. Количество потенциальных абонентов определим, как 10 % от общего числа жителей, в соответствии со среднестатистической начальной нагрузкой. Среднее число жителей поселка городского типа по последним статистическим данным на 2021 год составляет примерно 3000 человек. Таким образом, количество потенциальных абонентов составит примерно 600 человек, тогда:

Среднюю планируемую пропускную способность R_N проектируемой сети определим путем умножения количества БС на среднюю пропускную способность БС. Формула примет вид:

,

(Мбит/с)

Далее дадим проверочную оценку емкости проектируемой сети и сравним с рассчитанной. Определим усредненный трафик одного абонента в ЧНН:

.

где Тт - средний трафик одного абонента в месяц, Тт = 30 Гбайт/мес;

 q – коэффициент для местности, q = 2;

N_ЧНН – число ЧНН в день, N_ЧНН = 7;

Nд – число дней в месяце, Nд = 30.

Определим общий трафик проектируемой сети в ЧНН R_{общ./ЧНН} по формуле:

где N_акт.аб – число активных абонентов в сети; определим число активных абонентов в сети как 50% от общего числа потенциальных абонентов N_аб, то есть N_акт.аб = 300 абонентов.

Таким образом, R_N>R_{общ./ЧНН}. Это условие показывает, что проектируемая сеть не будет подвергаться перегрузкам в ЧНН.

Зная радиус соты, d ≈ 0,8 км. Рассчитаем площадь S_БС покрытия шестисекторной станции по формуле:

Минимальное количество БС, необходимых для обеспечения устойчивым радиосигналом районов на территории планирования, согласно расчетам, составляет 2 единицы. Таким образом, строится сеть, все БС которой имеют следующие характеристики:

• мощность каждого передатчика – 45 Вт;

• высота подвеса антенны – 30 метров;

• число приемопередатчиков TRX – 6 (по одному на каждый сектор);

• системная полоса для одного сектора – 20 МГц (10 МГц для линии «вверх» и 10 МГц для линии «вниз»);

• линия «вниз» поддерживает технологию MIMO4×2;

• пропускная способность: линия «вниз» - 411,4 Мбит/с, линия «вверх» - 218,6 Мбит/с.

Рисунок 2. Принцип реализации сети WiMAX

Таким образом, можно построить сеть связи, обеспечивающую пользователям, проживающим в отдаленных районах сельской местности беспроводной высокоскоростной доступ к сети передачи данных и возможность получения мультимедийных услуг в режиме реального времени.

Список литературы:

1. Вишневский В. М., Портной С. Л., Шахнович И. В. Энциклопедия WiMAX. Путь к 4G. – М.: Техносфера, 2009.
2. Официальный сайт форума «4G» [Электронный ресурс] // Forum о 4G оборудование для сетей WiMAX. 2016. Дата обновления: 30.01.2022. URL: http:// www.forum4g.ru (дата обращения 30.01.2022г).
3. Гельгор А. Л. Технология WIMAX мобильной передачи данных: учебное пособие. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011.
4.  4. Гольдштейн Б. С., Соколов Н. А., Яновский Г. Г. Сети связи: Учебник для ВУЗов. – СПб.: БХВ – Петербург, 2010.