Рефераты - Афоризмы - Словари
Русские, белорусские и английские сочинения
Русские и белорусские изложения

Проект организации широкополосного доступа в коттеджном микрорайоне Чистопрудный г. Ижевска

Работа из раздела: «Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника»

/

Содержание

Введение

Возможность в любое время в любом месте при любых условиях иметь доступ к неограниченным информационным ресурсам становится для современного человека одним из самых важных аспектов жизни.

Большую часть информации современный человек получает через Интернет, причём объёмы доступных в сети данных с каждым годом возрастают почти лавинообразно.

Широкополосный Интернет, внедряемый в настоящее время большинством передовых операторов связи, сам по себе не создает некой добавочной стоимости, но обеспечивает возможность внедрения новых услуг, для которых пропускной способности существующих систем передачи недостаточно. Широкополосный доступ обеспечивает абоненту интеграцию всевозможных услуг (Интернет, специализированные данные, видео, голос и т.д.).

С ускоренным внедрением высокоскоростных ('быстрых') сетей передачи данных в сегменте конечных пользователей появился способ прямого доступа к пользователю, а именно, доступ по широкополосным IP-сетям.

Преимущество широкополосной IP-сети заключается, в первую очередь, в ее разветвленности и интерактивности, благодаря чему набор услуг, которые могут быть предоставлены покупателю, существенно богаче.

Предполагаемые услуги, которые может предоставить оператор связи жителям микрорайона:

· Высокоскоростной доступ в Интернет;

· VoIP (IP-телефония);

· IPTV (IP-телевидение);

· VoD ('видео по запросу');

· Видеонаблюдение.

Выгоду от новых услуг имеет не только пользователь, но и оператор связи, поскольку новые услуги создают ему существенное конкурентное преимущество, а вместе с ним - рост и развитие.

Чтобы удовлетворить потребности абонентов в высокоскоростной передаче информации, требуются новые технологии, способные передавать данные на большие расстояния.

Одной из лидирующих технологий в настоящее время является группа стандартов широкополосного беспроводного доступа (BWA) под общим названием WiMAX (World Interoperability for Microwave Access или Глобальная Совместимость для Микроволнового Доступа). WiMAX призван обеспечить беспроводной доступ для фиксированных, качующих и мобильных пользователей. WiMAX поддерживают такие компании, как Intel, Motorola, Samsung, Nortel, Alcatel.

Среди территорий распространения фиксированного WiMAX сегодня можно выделить удаленные и труднодоступные регионы с низкой плотностью населения и загородное строительство (коттеджи, поселки). Поэтому для организации широкополосного доступа в коттеджном микрорайоне Чистопрудный технология WiMAX будет оптимальным решением.

Целью дипломного проекта является организация связи в коттеджном микрорайоне Чистопрудный Октябрьского района г. Ижевска с возможностью предоставления жителям микрорайона услуг широкополосного доступа.

1. Существующее положение телефонизации микрорайона

В пригородной зоне на 14-м километре Якшур-Бодьинского тракта в Октябрьском районе Ижевска ведется строительство коттеджного поселка Чистопрудный.

Микрорайон Чистопрудный занимает по площади 43 га. Строительство началось осенью 2005 года. Сейчас в Чистопрудном возведено около 15 жилых домов. Всего же здесь будет построено более 250 домов.

Общая концепция застройки микрорайона - комфортабельное жилье с высокой степенью благоустройства, развитой инфраструктурой и организованной системой эксплуатации. В поселке будет автономная система водоснабжения и канализации со станцией биологической очистки. В каждом доме - газовый отопительный котел. Проектом предусмотрена социальная инфраструктура: детский сад на 50 мест, неполная средняя школа, стадион, бассейн, а также торгово-общественный центр, где будут располагаться административное здание, магазин и кафе. По периметру поселка будет установлено ограждение и обеспечена профессиональная охрана.

Существующее положение телефонизации микрорайона представлено подвижной связью стандарта GSM. Схема организации связи показана на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Существующая схема организации связи в микрорайоне Чистопрудный

Данный вид связи не может удовлетворить население в услугах широкополосного доступа.

Недостатки существующего положения организации связи:

· Приоритет пользователь отдает проводной, стационарной связи при наличии сотового телефона;

· На сегодняшний день оператор сотовой связи не имеет возможности предоставить высокую скорость передачи данных, необходимую для мультисервисного обслуживания (доступ в Интернет, передача данных, голоса, видео и др.), в котором все больше заинтересованы абоненты;

· В сетях GSM передача голоса имеет приоритет над передачей данных, поэтому, когда связь с интернетом идет через загруженную разговорами базовую станцию, скорость работы в сети стремится к нулю;

· Ширина полосы пропускания сети GSM ограничена скоростью 9,6 кбит/с, во время сеанса связи пользователь занимает всю полосу, что ограничивает пропускную способность и повышает расходы.

широкополостный доступ сеть связь

2. Проектные решения

Для организации связи в микрорайоне Чистопрудный проектом предлагается:

Анализ вариантов организации связи на участке Ижевск - Чистопрудный:

с использованием РРЛ связи;

с использованием волоконно-оптической линии передачи;

с использованием беспроводного широкополосного радиодоступа.

Основные затраты на построение сети для различных вариантов организации связи приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Основные затраты на построение сети для различных вариантов организации связи

Вариант организации связи

ВОЛС в грунте

РРЛ

БШПД

Длина участка, км

20

12

12

Стоимость оборудования, руб

Оптический модем-100 000,Кабель ОКБ - 45000 руб/км,

20 х 45000=900000

РРЛ оборудование Mini-Link - 2 126 700 руб/ед.,

2126700 х2=4253400

Оборудование Motorola-Canopy 1577958

Стоимость СМР, руб

350000 руб/км,

350000х20=7000000

667500 пролет

206323+строительство радиобашни в м/р Чистопрудном1200000

Затраты на строительство распределительной сети в м/р Чистопрудный, руб

Стоимость распределительной сети 25000 руб. на абонента, всего в мр 250 домов,

250х25000=6250000,Мультиплексор (DSLAM) 800 000

-

Общие затраты, руб

15 050 000

11 970 900

2 984 281

Общие затраты. На рисунке 2.1 представлена сравнительная диаграмма затрат на организацию связи на участке Ижевск - Чистопрудный по предлагаемым вариантам.

В результате анализа дипломным проектом предлагается использовать беспроводный широкополосный доступ (БШПД).

Достоинства беспроводного широкополосного доступа:

· Высокая скорость передачи данных, необходимая для мультисервисного обслуживания (Интернет, передача данных, голос, видео и др.);

· Высокое качество и надежность коммуникаций, устойчивость к помехам и погодным условиям;

· Многоуровневая система защиты от несанкционированного доступа.

2.1 Сравнение технологий беспроводного широкополосного доступа

2.1.1 Технология Wi-Fi

Технология Wi-Fi (по названию ассоциации (форума) производителей соответствующего этой технологии оборудования - Wireless Fidelity) относится к типу беспроводных локальных сетей (Wireless Local Area Network, WLAN). Основное предназначение таких систем, отвечающим стандартам семейства 802.11, - развертывание беспроводных сетей внутри помещений, хотя не исключено их использование на ограниченных открытых площадках.

Чаще всего такие сети развертывают в переговорных комнатах, кабинетах руководства, залах заседаний компаний, складских помещениях и торговых залах, а иногда и охватывают ими всю территорию предприятия.

Также набирают популярность публичные беспроводные сети в гостиницах, аэропортах, кафе, ресторанах, выставочных залах и пр. - хот-споты.

Типичный радиус действия таких систем - порядка 100 метров, а базовая услуга - доступ в интернет или корпоративную сеть (в последнее время - еще и офисная телефония или альтернативная сотовой IP-телефония по беспроводным сетям).

Преимущества:

широкое распространение;

хорошая степень стандартизации;

недорогие устройства;

повышенная производительность в перспективе (стандарт 802.11n).

Недостатки:

малый радиус действия;

ограниченная мобильность;

недостаточно высокое качество для телефонии и видеоприложений;

2.1.2 Технология WiMAX

Для построения распределенных беспроводных операторских сетей масштаба города (Wireless Metropolitan Area Networks, WMAN) или крупных корпоративных сетей используют оборудование, относящееся к классу фиксированного широкополосного беспроводного доступа (Fixed Broadband Wireless Access, FBWA). Характерный радиус действия базовой станции - до 10 км. К этой категории относится новое оборудование семейства стандартов 802.16, которое сертифицирует WiMAX форум.

Кроме того, в проекте находится стандарт 802.20, предназначенный для построения беспроводных сетей масштаба региона (Wireless Wide Area Networks, WWAN), 'дальнобойность' которых составляет до 50 км.

Сети FBWA зачастую являются единственным экономически оправданным решением - когда кабельная инфраструктура отсутствует или низкого качества, либо подключение по проводному каналу слишком дорого, и его прокладка занимает слишком много времени.

Основное предназначение таких сетей - организация широкополосного радиоканала, беспроводной 'последней' мили до конечного пользователя. Базовые услуги - высокоскоростной доступ в интернет и телефония.

Преимущества:

единый стандарт для FBWA;

возможность работы на отражениях в режиме непрямой видимости;

высокие скорости, мобильность (в перспективе).

Недостатки:

все еще высокая стоимость оборудования для частных пользователей;

использование различных частот в разных странах.

2.1.3 Технология CDMA 2000 1х-EV, HSDPA

Глобальные беспроводные сети (WWAN) представляют собой беспроводные сети наиболее широкого диапазона и в настоящее время широко применяются в инфраструктуре сотовой связи, хотя могут также использоваться и для передачи данных. Услуги сотовой связи следующего поколения на базе различных технологий 3G значительно улучшат связь по сети WWAN.

CDMA - множественный доступ с кодовым разделением. Каналы трафика при таком способе разделения среды создаются присвоением каждому пользователю отдельного кода, который распространяется по всей ширине полосы. В данном случае не существует временного разделения и все абоненты постоянно используют всю ширину канала.

CDMA 2000 1х-EV - усовершенствованный стандарт CDMA 2000 1х (сети 3G) достигается скорость передачи информации от 2 до 5 Мбитс.

HSDPA - стандарт мобильной связи, который рассматривается специалистами как один из переходных этапов миграции к технологиям мобильной связи четвертого поколения (4G).

Преимущества:

большой радиус действия;

относительно высокие скорости;

мобильность;

Недостатки:

недостаточное распространение;

ограниченный выбор устройств.

Сравнительные данные технологий БШПД представлены в таблице 2.2

Таблица 2.2 - Сравнительные данные технологий БШПД

CDMA2000 1хEV/HSDPA

WiMAX

Wi-Fi

Тип технологии

Сотовая 3G

Wireless MAN

WLAN

Средняя скорость

400-700 Кбит/с

1-5 Мбит/с

1-3 Мбит/с

Поддержка телефонии

Отличная

Отличная

Слабая

Стоимость развертывания

Высокая

Средняя

Средняя

Преимущества

Большой радиус действия, относительно высокие скорости, мобильность

Единый стандарт для FBWA, возможность работы на отражениях в режиме непрямой видимости, высокие скорости, мобильность (в перспективе).

Широкое распространение, хорошая степень стандартизации, недорогие устройства, повышенная производительность в перспективе (стандарт 802.11n).

Недостатки

Недостаточное распространение, ограниченный выбор устройств.

Все еще высокая стоимость оборудования для частных пользователей, использование различных частот в разных странах.

Малый радиус действия, ограниченная мобильность, недостаточно высокое качество для телефонии и видеоприложений

В результате сравнения дипломным проектом выбирается технология WiMAX, которая обладает высокой скоростью передачи данных, возможностью работы при отсутствии прямой видимости, а также представляет собой единый стандарт для широкополосных беспроводных систем, что обеспечивает совместимость оборудования различных производителей.

3. Технология беспроводного широкополосного доступа WiMAX [9] [10] [11]

WiMax (World Interoperability for Microwave Access - дословно: 'глобальная совместимость для микроволнового доступа') - это коммерческое 'имя' беспроводной связи группы стандартов IEEE (институт инженеров по электротехнике и электронике) 802.16 призванных решить провайдерскую проблему, сократив финансовые расходы и временные затраты на разворачивание новых подключений благодаря унификации решения.

Основное предназначение сетей WiMAX - это оказание услуг абонентам по высокоскоростной и высокачественной беспроводной передаче данных, голоса и видео на расстояния в несколько десятков километров.

3.1 Развитие WiMAX

IEEE.802.16 или IEEE.802.16-2001 - первая версия стандарта, предполагавшая использование спектра частот от 10 до 66 ГГц, что требовало нахождения передатчика и приемника в пределах прямой видимости;

IEEE.802.16a (одобрен в январе 2003 года) - устранено большинство недостатков, присущих первой версии, а также добавлено много новых возможностей (так, за счет снижения рабочей частоты стала возможной связь вне пределов прямой видимости);

IEEE.802.16REVd или IEEE.802.16-2004 - является доработанной версией стандарта 802.16а., введены функции обеспечения безопасности путем аутентификации пользовательского оборудования на основе обмена сертификатами с базовой станцией, а также кодирование передаваемых данных;

EEE.802.16-2004. (802.16d) последняя версия стандарта для стационарных устройств, предполагает использование частотного диапазона 2-11 ГГц. Максимальная скорость передачи данных при этом может достигать 70 Мбит/с, а радиус действия - 50 км в отсутствии прямой видимости. Однако это теоретические значения при идеальных условиях, на практике пропускная способность сетей WiMAX и зона охвата несколько меньше;

IEEE.802.16e - спецификация для мобильных устройств, перемещающихся со скоростями до 120 км/ч, предполагает использование частотного диапазона от 2 до 6 ГГц. При этом скорость передачи данных и радиус действия меньше, нежели для оборудования IEEE.802.16d. Связано это с ограничениями, накладываемыми на мощность передатчиков, габариты мобильных устройств и их энергопотребление.

В таблице 3.1 представлены краткие характеристики стандартов 802.16

Таблица 3.1 - Краткие характеристики семейства стандартов 802.16

Версия стандарта

802.16

802.16a

802.16d

802.16e

Дата принятия

Декабрь 2001 года

Январь 2003 года

Осень 2004 года

Конец 2005 года

Частотный диапазон, ГГц

10 - 66

2 - 11

2 - 11

2 - 6

Скорость, Мбит/с

32 - 135 для канала 28 МГц

до 75 для канала 28МГц

70 для канала 20 МГц

до 15 для канала 5МГц

Ширина канала, МГц

20, 25 и 28

1,5 - 20 (регулируемая)

1,5 - 20 (регулируемая)

1,5 - 20 (регулируемая)

Радиус действия, км

2 - 5

7 - 10, макс.50

макс.50

2 - 5

Условия работы

Прямая видимость

Вне прямой видимости

Вне прямой видимости

Вне прямой видимости

В сетях WiMAX реализованы самые последние достижения науки и техники в области радиосвязи, телекоммуникаций и компьютерных сетей. Стандарт IEEE 802.16 определяет применение:

§ на физическом (радио) уровне широкополосного радиосигнала OFDM, образованного из множества разнесенных по частотному спектру узкополосных сигналов (поднесущих).

Применение OFDM сигнала обеспечивает системе WiMAX наивысшую в классе BWA спектральную эффективность (скорость передачи данных в одном Герце полосы частотного спектра), возможность работы вне прямой видимости, наивысшие энергетические параметры связи обеспечивающие высокую дальность связи, возможность эффективного обслуживания мобильных абонентов: на канальном уровне используется современный протокол множественного (многостанционного) доступа Time Divion Multiply Access (TDMA), принцип работы протокола TDMA - каждому абонентскому терминалу для работы с базовой станцией (устройством доступа) выделяется фиксированный квант времени. Длительность квантов времени, период и моменты их следования (тайминг) в системах WiMAX фиксированы.

§ на сетевом (траснcпортном) уровне в сетях WiMAX применяется IP протокол передачи данных, широко используемый в большинстве современных сетях передачи данных, в том числе, в сети Интернет.

При использовании IP протокола любая информация, такая как данные, голос, видео для передачи по сети упаковывается в IP пакеты. Тем самым IP сеть является универсальной транспортной инфраструктурой для передачи всех видов информации: данных, голоса, видео и оказания соответствующих услуг.

Поддержка данных типов QoS позволяет обeспечить требуемое качество обслуживания при предоставлении сервисов IP телефонии (Voice over IP), передачи данных (доступ в Интернет) и сервисов Video over IP, IPTV для индивидуальных мобильных и стационарных домашних пользователей, сервисов VoIP, TDM, передачи данных с гарантированной пропускной способностью и параметрами канала связи для стационарных пользователей.

3.2 Преимущества сети WiMAX фиксированного доступа

· Высокая спектральная эффективность (скорость передачи данных в одном Герце полосы частотного спектра) за счет использования OFDM сигнала (256 поднесущих), что обеспечивает большую пропускную способность систем WiMAX (скорость передачи данных в канале связи заданной ширины) по сравнению с другими системами BWA.

· Абоненсткие устройства могут использовать для восходящего канала связи (UL) не все доступные в канале поднесущие, а только часть из них, что обеспечивает требуемую для абонента скорость передачи данных. При этом ширина UL канала становится значительно меньше ширины канала с полным набором поднесущих, что увеличивает энергетику UL канала максимально на 12 dB. Это обеспечивает высокую скорость передачи данных (пропускную способность) на большей дальности.

· Возможность стабильной работы в условиях отсутствия прямой видимости, обусловленной устойчивостью OFDM сигнала к переотражениям радиосигнала (замираниям).

· Высокое количество абонентов, одновременно обслуживаемых одной базовой станцией в топологии multipoint за счет применения технологии множественного доступа TDMA.

· Возможность предоставления гарантированных параметров качества обслуживания QoS различным сервисам бизнес и мультимедиа приложений.

· Высокую помехоустойчивость и параметры обеспечения ЭМС, предоставляющие возможность эффективного использования частотного спектра.

3.3 Технология WiMAX в России

Основные проекты WiMAX сосредоточены в Москве, Петербурге и других крупных городах, имеющих высокую плотность населения. Но ситуация постепенно меняется. Среди потенциальных территорий распространения фиксированного WiMAX сегодня можно выделить удаленные и труднодоступные регионы с низкой плотностью населения и загородное строительство (коттеджи, поселки).

По оценкам J'son & Partners (аналитическая компания), в России на конец 2007 года насчитывалось порядка 6 тысяч абонентов фиксированного WiMAX. К концу 2010 года ожидается, что абонентская база вырастет и составит около 160 тысяч абонентов.

Основное сосредоточение абонентов (более 60%) приходится на Приволжский Федеральный округ, Санкт-Петербург и Москву. По оценкам J'son & Partners, 67% абонентской базы фиксированного WiMAX приходится на регионы.

Недостаток WiMAX:

Существенным ограничением для развития технологии WiMAX в нашей стране является процедура лицензирования радиочастотного спектра. В тех случаях, когда частоты уже отданы оператору под использование другого оборудования, придется заново проходить процедуру лицензирования для устройств нового стандарта.

3.4 Принцип работы WiMAX

В общем виде WiMAX сети состоят из следующих основных частей:

базовых и абонентских станций;

оборудования, связывающего базовые станции между собой, с поставщиком сервисов и с Интернетом.

Для соединения базовой станции с абонентской используется высокочастотный диапазон радиоволн от 1,5 до 11 ГГц.

В идеальных условиях скорость обмена данными может достигать 70 Мбит/с, при этом не требуется обеспечения прямой видимости между базовой станцией и приемником.

WiMAX применяется как для решения проблемы 'последней мили', так и для предоставления доступа в сеть офисным и районным сетям.

Структурная схема WiMAX показана на рисунке 3.3.

При установлении соединения между базовыми станциями, по крайней мере одна базовая станция подключается к сети провайдера с использованием классических проводных соединений. Чем большее число БС подключено к сетям провайдера, тем выше скорость передачи данных и надежность сети в целом.

Для соединения базовой станции с пользователем необходимо наличие абонентского оборудования. Далее сигнал может поступать по стандартному Ethernet-кабелю, как непосредственно на конкретный компьютер, так и на точку доступа стандарта 802.11 Wi-Fi или в локальную проводную сеть стандарта Ethernet.

Рисунок 3.3 - Структурная схема WiMAX

Это позволяет сохранить существующую инфраструктуру районных или офисных локальных се0тей при переходе с кабельного доступа на WiMAX.

Кроме того, это дает возможность максимально упростить развертывание сетей, используя знакомые технологии для подключения компьютеров.

Оборудование для использования сетей WiMAX поставляется несколькими производителями и может быть установлено как в помещении (устройства размером с обычный DSL модем), так и вне него (устройства размером с ноутбук).

Оборудование, рассчитанное на размещение внутри помещений не требует профессиональных навыков при установке, более удобно, но способно работать на значительно меньших расстояниях от базовой станции, чем профессионально установленные внешние устройства. Поэтому оборудование, установленное внутри помещений требует намного больших инвестиций в развитие инфраструктуры сети, так как подразумевает использование намного большего числа точек доступа.

3.5 Виды услуг

Широкополосный доступ WiMAX обеспечивает богатство информационного наполнения ('контента') и услуг. Благодаря высокой скорости передачи данных и большому объему передаваемой информации, широкополосное соединение может служить для организации так называемого 'пакетного' предоставления услуг, при котором услуги телевидения, 'видео по требованию', голосовой связи, передачи и приема данных и другие услуги предоставляются по одной и той же линии связи.

Сегодня наиболее востребованы такие услуги как: высокоскоростной доступ в Интернет, обмен мультимедийными сообщениями, видеосвязь, IP-телефония и др. Мультимедийный трафик (мультимедийность - способность сети передавать многокомпонентную информацию (речь, видеоданные, аудиоданные)) требует достаточно большой пропускной способности от канала связи.

Технологией WiMAX возможно организовать в микрорайоне Чистопрудный следующие виды широкополосных беспроводных услуг:

· Высокоскоростной доступ в Интернет;

· VoIP (IP-телефония);

· IPTV (IP-телевидение);

· VoD ('видео по запросу');

· Видеонаблюдение.

Предоставление услуг цифрового интерактивного видео и трансляция телевизионных программ по технологии IP телевидения (IPTV) основано на использовании в качестве транспорта IP протокол передачи данных. Данная технология, реализующая протокол Video Over IP, совместно с уже широко используемой технологией IP-телефонии (протокол Voice Over IP), образует концепцию Triple Play - передачу данных, голоса и видео по одной сетевой IP инфраструктуре.

Реализации технологии IPTV в составе концепции Triple Play создает новую бизнес модель, когда телекоммуникационный операторы, владеющие сетевой IP инфраструктурой, получают возможность расширить спектр предоставляемых услуг от традиционной передачи данных и доступа в Интернет, до оказания платных услуг телевизионного вещания и видео услуг, а также телефонии.

Отличительная особенность IPTV, которое является цифровым и также позволяет предоставлять большое количество доступных и качественных каналов, заключается в его интерактивности, когда абонент сам может выбирать интересующие его программы. При этом оператор и телекомпания всегда будут знать о текущей аудитории той или иной программы и ее потребительских предпочтениях, что позволяет увеличивать эффективность рекламы и привлекает рекламодателей.

Потребительские качества цифрового телевидения, связанные с увеличением количества и качества приема телевизионных программ, имеют цену, которую на сегодняшний день абонент зачастую платить не готов. А вот одновременное получение услуги телевидения, телефонии и доступа в Интернет, а также услуг интерактивного видео и многих других принципиально новых услуг, реализуемых цифровым IP телевидением, абоненту может быть интересно даже за относительно высокую цену.

4. Расчет пропускной способности [4]

Величина пропускной способности будет зависеть от скорости передачи информации и количества абонентов, которые используют данную скорость.

Ситуация, когда все абоненты будут пользоваться ресурсами сети одновременно, маловероятный случай.

Для передачи услуги VoIP (IP-телефонии) необходима скорость 4-64 Кбит/с, для IPTV (IP-телевидения) 2 - 4 Мбит/с, видеонаблюдение организуется со скоростью 32 - 384 Кбит/с.

В таблице 4.1 представлены типовые предоставляемые скорости передачи данных и количество модулей абонентов, использующих данные скорости.

Таблица 4.1 - Предоставляемые скорости передачи данных и количество абонентских модулей, использующие эти скорости.

Класс предоставляемых услуг

Типовые предоставляемые скорости

Набор услуг, реализуемых с данной скоростью

Предполагаемая доля от числа абонентов, %

Количество абонентских

модулей

1

256 Кбит/с

Низкоскоростной доступ в интернет,

IP телефония, видеонаблюдение

8

20

2

512 Кбит/с

Доступ в интернет, IP телефония, видеонаблюдение

16

40

3

1 Мбит/с

Средноскоростной доступ в интернет, IP телефония, видеонаблюдение

8

20

4

2 Мбит/с

Высокоскоростной доступ в интернет, IP телефония, IPTV, видеонаблюдение

5,6

14

5

4 Мбит/с

Высокоскоростной доступ в интернет, IP телефония, IPTV, видеонаблюдение

4

10

4.1 Определение групповой скорости потока данных

Максимальная групповая скорость V потока информации, при соответствующей скорости на абонента определяется по формуле 4.1:

Vгр = Na * V, Мбит/c (4.1)

где

Na - количество абонентов, которым предоставлена определенная скорость передачи данных;

V - скорость передачи данных на абонента.

1 класс:

V гр1 = 20*256 Кбит/с = 5120 Кбит/с = 5,12 Мбит/с

2 класс:

Vгр2 = 40*512 Кбит/с = 51200 Кбит/с = 20,48 Мбит/с

3 класс:

Vгр3 = 20*1Мбит/с = 20 Мбит/с

4класс:

Vгр4 = 14*2Мбит/с = 28 Мбит/с

5 класс:

Vгр5 = 10*4Мбит/с = 40 Мбит/с

Таким образом, групповая скорость потока данных для организации беспроводного широкополосного доступа WiMAX в коттеджном микрорайоне Чистопрудный будет равна 114 Мбит/с.

5. Выбор оборудования для организации широкополосного доступа [9, 12, 13, 14, 15]

В настоящее время существует большой выбор оборудования высокоскоростной передачи информации в области беспроводных технологий. Системы широкополосного доступа предназначаются для широкого круга потребителей и пользователей.

В таблице 5.1 приведены технические характеристики оборудования широкополосного доступа.

Таблица 5.1 - Сравнительные характеристики оборудования ШПД

Наименование

Breeze

ACCESS

WaveGain

Alcatel 9900

OnDemand

Motorola-Canopy

Производитель

BreezeCOM

InnoWave ECI Wireless Systems

Alcatel

Lucent

Technologies

Motorola

Диапазон, ГГц

3,4-3,6

3,4-3,6

24,25-29,5

10,26,38

2,4-2,5, 5,25-5,35 и 5,725-5,825

Радиоинтерфейс

FH-CDMA

DS-CDMA

TDMA

ATM

TDMA

Дуплекс

FDD (с разделением

частот)

FDD

FDD

FDD

TDD (с разделение по времени)

Полоса

2 МГц

5,10,20 МГЦ

180-280 МГЦ

7,12.5,14 МГц

1,5-20 МГц

Модуляция

GFSK

8PSK

QPSK

4QAM, 16QAM

QPSK, 16QAM,

64QAM

Скорость передачи

до 3 Мбит/с

до 2 Мбит/с

до 8 Мбит/с

8,13,16,26 Мбит/с

до 70 Мбит/с

Приложения

IP, VoIP

Frame Relay, TDM

ATM, TDM

ATM, TDM

IP, VoIP, VoD, IPTV, TDM,

Управление

SNMP, HTTP/HTML

SNMP

SNMP, HP Opeview UNIX

SNMP, Windows NT, Solaris, HTTP/HTML

HTTP, Telnet, FTP, SNMP

Возможность организации связи 'точка-точка'

-

-

-

-

+

В результате анализа предлагаемого оборудования для организации сети широкополосного доступа приоритет отдается оборудованию Motorola Canopy, потому что данное оборудование полностью удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым для организации широкополосного беспроводного доступа, а также

Достоинства оборудования Canopy:

1. Высокая скорость передачи данных;

2. Поддержка различных приложений;

3. Использование широкого диапазона частот;

4. Возможность использования системы Canopy в качестве РРЛ.

5.1 Описание системы CANOPY

Система CANOPY - простая в развертывании, высокоскоростная система беспроводного доступа. Это технология, которая помогает провайдерам предоставлять сервис широкополосного доступа, или улучшить использование уже существующих сетей.

Система CANOPY позволяет обеспечить высокоскоростной широкополосный доступ на большой территории без необходимости строительства громоздкой инфраструктуры, с минимальными затратами времени.

Наиболее распространенные проблемы, решаемые при помощи CANOPY, это проблемы последней мили, а также проблемы строительства недорогих транзитных широкополосных магистралей передачи данных.

Платформа CANOPY - современное решение, показывающее низкую восприимчивость к внешним помехам, не требующее никакого сложного планирования частот.

Аппаратные средства CANOPY потребляют малую мощность, габаритные размеры изделий небольшие, а установка не требует сложной подготовки.

Система CANOPY позволяет обслуживать различные предприятия, школы, муниципалитеты, больницы и университетские городки, отдельные жилые дома и многосемейные поселения с пользователями, испытывающими потребности в высокой скорости данных.

Компания Motorola - один из мировых разработчиков и производителей решений в области беспроводных систем связи, пользующихся наибольшим доверием во всем мире. Компания демонстрирует 80-летний опыт лидерства и инноваций в области радиосвязи. Системы CANOPY компании Motorola являются частью портфеля продуктов и услуг широкополосной беспроводной связи, обеспечивающих высокоскоростное подключение к сетям связи и предлагающих широкий диапазон приложений для различных сетевых сред.

5.2 Преимущества системы CANOPY

· Помехоустойчивость.

Уникальная схема модуляции решения CANOPY существенно повышает качество передачи данных и эффективно подавляет помехи от других систем.

Решение CANOPY устраняет собственные помехи за счет синхронизации всех передаваемых и принимаемых сигналов в сети с помощью Системы глобального позиционирования (GPS).

· Скорость передачи данных.

Система 'точка-группа точек' предлагает для конечных пользователей сети скорость до 20 Мбит/с, а система 'точка - точка' - скорость до 300 Мбит/с.

· Зона действия.

Платформа CANOPY предлагает широкополосный доступ для сетей различного масштаба и зоны охвата.

· Возможность расширения системы.

Улучшенные возможности для наращивания системы позволяют быстро подстраиваться под изменяющиеся нужды, расширение географических территорий, рост числа пользователей и увеличение объемов трафика. Высокая помехоустойчивость системы и применение направленных антенн гарантирует, что введение дополнительных передатчиков повысит ее пропускную способность без ухудшения скорости передачи.

· Безопасность.

Система CANOPY повышает безопасность за счет применения стандарта шифрования данных (Data Encryption Standard, DES) для радиопередачи. Для обеспечения безопасности высшего класса может использоваться улучшенный стандарт шифрования (Advanced Encryption Standard, AES).

5.3 Компоненты системы Motorola CANOPY

Система CANOPY включает в себя следующие основные компоненты:

· Точка доступа (АР);

· Модуль абонента (SM);

· Модуль транзитных соединений (ВН);

· Модуль управления кластером (СММ);

· Программное обеспечение Prizm & ВАМ;

· Грозоразрядник.

5.3.1 Точка доступа Motorola Canopy AP 400

Точка Доступа (AP) - Access Point представляет собой базовый приемопередатчик (АР). Каждый АР оснащен встроенной в него направленной антенной, имеющий угол охвата в 60 градусов и обслуживающий максимум 200 модулей абонентов.

Приемопередатчики имеют Ethernet интерфейс с внешними сетями по стыку 10/100 BASE-T, с автоматическим выбором скорости.

Точки доступа объединяются в кластер. Кластер включает в себя от 1 до 6 приемопередатчиков (АР) и до 2 модулей транзитных соединений (ВН).

Шесть точек доступа в группе могут предоставить охват сектора в 360 градусов с поддержкой сервиса для 1200 абонентов.

Скорость передачи данных для точки доступа составляет 20 Мбит/с, для кластера из 6 точек 120 Мбит/с.

Платформа Motorola Canopy 400 делает возможной работу в условиях как при ограниченной прямой видимости, так и в отсутствии прямой видимости, обеспечивая при этом повышенную пропускную способность и традиционно низкую стоимость.

Новая Canopy 400 основана на использовании технологии OFDM и благодаря этому способна обрабатывать многолучевые сигналы от передатчика и тем самым способна обслужить ранее недоступные территории.

Технические характеристики Canopy 400 представлены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Технические характеристики оборудования Motorola Canopy 400

Параметр

Значение

Диапазон частот

5,725 - 5,850 ГГц

Ширина канала

10 МГц

Число неперекрывающихся каналов

до 25

Метод доступа

Множественный доступ с временным разделением каналов (Time Division Duplexing/ Time Division Multipl Access, TDD/TDMA)

Тип модуляции

3 режима модуляции:

1х QPSK (3/4)

2x 16QAM (3/4)

3x 64QAM (3/4)

Шаг сетки частот

5 МГц

Чувствительность приемника, для различных режимов модуляции

1х - 89 дБм

2х - 78 дБм

3х - 70 дБм

Ширина главного лепестка ДН

60о в горизонтальной плоскости

Сигнальная скорость передачи

н/д

Полезная пропускная способность

20 Мбит/с

Типичная дальность

до 8 км

Параметр

Значение

Временная задержка туда-обратно

5…7 мс

Мощность передатчика

27 дБм

Коэффициент усиления встроенной антенны

17 дБ

Шифрование

DES (Data Encryption Standard)

Интерфейс

RJ-45, автоопределение 10/100 Base-T half/full duplex, в соответствии со стандартом IEEE 802.3

Сетевые протоколы

IPv4, UDP, TCP, IP, ICMP, Telnet, SNMP, HTTP, FTP

Управление

HTTP, Telnet, FTP, SNMP

Питание

Питание по неиспользованным парам Ethernet 29,5VDC

Потребляемая мощность

12,6 Вт

Температура

-40…+55 о С

Относительная влажность

от 0 до 95 %, без конденсата

Ветровая нагрузка

до 190 км/ч

Габариты

73 см х 20,96 см х 27,94 см

Вес

5,91 кг

5.3.2 Модуль абонента Motorola Canopy SM 400

Модуль абонента (SM), представляет собой абонентское оконечное устройство. Состоит только из одного приемопередатчика.

Синхронизация и управление работой осуществляется со стороны АР через радиоканал. Каждый Canopy SM может работать с одной Точкой Доступа (AP) в данный момент времени.

Модуль подключается к абонентскому оборудованию через кабель типа 'витая пара категории - 5', предназначенной для использования вне помещения и имеющего защиту от ультрафиолетового излучения. Поддерживает скорости передачи информации 0,5, 3,5 или 7 Мбит/с в зависимости от модификации.

Модуль абонента предназначен для наружной установки на трубостойку или на стену на стороне клиента и служит для подключения клиентского оборудования к беспроводной сети.

5.3.3 Транзитный модуль PTP600 Lite

Motorola Canopy РTP600 Lite служит для организации беспроводного Ethernet-моста 'точка-точка'. Транзитные модули (ВН) обладают исключительными средствами защиты от помех, множественными уровнями безопасности и позволяют передавать данные на дальние расстояния, в том числе над водой и через препятствия.

Каждый модуль ВН (бэкхолы) взаимодействует с другим модулем ВН, используя для этого направленные антенны с большим коэффициентом усиления. Скорость передачи информации может составлять 10, 20, 30, 45, 60,150, 300 Мбит/с, в зависимости от модели.

Максимальное удаление между двумя модулями ВН может достигать 200 км в зависимости от выбора оборудования.

За счет использования технологии OFDM, высокоскоростное оборудование Motorola Canopy 'точка-точка' (бэкхолы) обладает следующими важнейшими характеристиками:

· Высокая надежность связи.

Бэкхолы OFDM PTP600 позволяют работать как в условиях прямой видимости, так и с приемом/передачей отраженного сигнала.

· Большая дальность связи.

За счет мощности и эффективной модуляции достигается очень большая дальность связи между двумя бэкхолами, что позволяет строить протяженные сети при малых затратах и зачастую отказываться от транзитных точек переприема.

· Новый подход к радиомодулям.

Многолучевое пространственно временное кодирование позволяет передавать два независимых сигнала в одно и тоже время, что позволяет значительно повысить качество связи.

· Динамический выбор частоты позволяет автоматически менять канал передачи/приема в случае ухудшения связи без вмешательства в работу системы.

Конструктивный состав системы Motorola Canopy 'точка-точка' OFDM:

Каждый бэкхол конструктивно состоит радиомодуля и модуля для внутренней установки со встроенной программой управления на основе web-сервера для непосредственного или удаленного управления оборудованием.

Радиомодуль представляет из себя интегрированное устройство, содержащее приемо-передающую часть, все необходимые устройства для управления его параметрами.

Радиомодули бывают с возможностью подключения внешней антенны, а так же имеют интерфейс RJ-45 для подключения модуля управления (внутренней установки), который так же обеспечивает электропитание радиомодуля.

Интерфейсы предоставляют возможность использовать следующие типы соединений:

· Гигабит Ethernet 1000BaseT;

· Оптический гигабит Ethernet 1000BaseSX;

· Дуальный Е1/Т1;

· Питание поверх Ethernet.

· Внутренний модуль

Внутренний модуль обеспечивает радиомодуль электропитанием (48В или 220В на входе), а так же передачу данных до конечного активного сетевого оборудования.

Важнейшим преимуществом оборудования Motorola Canopy 'точка-точка' PTP600 является простота монтажа и возможность быстрого запуска системы в эксплуатацию.

Каждая пара бэкхолов поставляется с предустановленным IP адресом так же как с МАС адресом и позволяет связываться только между собой без дополнительных настроек, то есть система будет функционировать сразу после монтажа и подачи питания. А встроенные антенны с диаграммой направленности 8 градусов позволяет облегчить процесс первоначальной настройки направления передачи/приема каждого бэкхола.

В таблице 5.2 приведены основные технические характеристики Motorola Canopy 'точка-точка' PTP600.

Таблица 5.2 - Технические характеристики Motorola Canopy 'точка-точка' PTP600 Lite

Параметр

Значение

Диапазон частот

5470-5725 МГц

Ширина канала

15 МГц

Шаг сетки частот

6,10 МГц

Выбор частоты

Автоматически или вручную

Максимальная скорость передачи

РТР600 Lite-150 Мбит/с;

Тип модуляции

8 режимов от ВРSК до 256 QAM, выбирается динамически

Выходная мощность

0…25 дБм

ЭИИМ

45 дБм

Чувствительность

-91 дБм…-58 дБм в зависимости от выбранного типа модуляции

Бюджет линии

до 157,3 дБм в зависимости от выбранного типа модуляции

Максимальная дальность связи в условиях прямой видимости

до 200 км

Коррекция ошибок

FEC, ARQ

Тип антенны

панельная

Коэффициент усиления антенны

23 дБи

Ширина главного лепестка ДН

8о х 8о

Шифрование

Собственный механизм скремблирования; опционально: AES 128 или 256 бит

Задержка туда-обратно

Типично 2 мс

Диапазон рабочих температур

-40…+60 оС

Интерфейсы Ethernet

IEEE 802.3; приоритезация кадровIEEE 802.1p; физический интерфейс 10 Base - T/ 100 Base-T (RJ-45) - auto MDI/MDIX, 1000 Base-SX

Интерфейсы Е1/Т1

G.703/G.704, G.823/G.824, количество портов E1/T1-1 или 2

Питание

АС 90…240 В, 50…60 Гц/DC 36…60 В, возможность бесперебойного питания, потребляемая мощность 55 Вт (макс.)

Габаритные размеры (ВхШхГ)

370 х 370 х 95 мм

Вес

5,5 кг

5.3.4 Модуль управления кластером Motorola Canopy (CMM)

Модуль управления кластером CMM (Cluster Management Module) включает в себя:

· приемник GPS;

· источник питания;

· усиленный Ethernet коммутатор для создания сети из нескольких точек доступа (АР) и модулей транзитных соединений (ВН).

Модуль управления кластером базовой станции осуществляет питание, GPS - синхронизацию и подключение системы Canopy к внешним сетям передачи данных.

На одном сайте кластера AP или во всей беспроводной системе модуль CMM обеспечивает синхронизирующий импульс GPS для каждого модуля, синхронизируя циклы передачи в сети. Без этого импульса AP является несинхронизированной, и ведущий BH не может синхронизировать ведомый BH. Несинхронизированный модуль может передавать информацию во время цикла приема других модулей. Это может быть причиной того, что один или несколько модулей будут получать нежелательный сигнал, который является достаточно сильным, чтобы сделать модуль нечувствительным к полезному сигналу.

Модуль управления кластером обеспечивает интеграцию нескольких точек доступа (АР) в законченное решение и реализует возможность подключения системы CANOPY к внешним сетям передачи данных. CMM выполнен во всепогодном исполнении и монтируется снаружи, вместе в точками доступа и антенной GPS.

5.3.5 Программное обеспечение Prizm & ВАМ

Система управления элементами сети Canopy Prizm (Element Management System, EMS) - инструмент для контроля и управления сетями Canopy на основе протокола SNMP.

Canopy Prizm EMS это программный комплекс для контроля и управления сетями Canopy любого масштаба, объединяющий в себе следующие функции:

· Мониторинг и управление всеми устройствами в сети Canopy на базе протокола SNMP;

· Аутентификация абонентских устройств и присвоение соответствующих профилей и настроек;

· Динамическое распределение пропускной способности каналов связи и обеспечение QoS;

· Интеграция в существующие системы управления сетью оператора.

ВАМ - сокращение от Bandwidth and Authentication Manager. Программное обеспечение ВАМ предоставляет операторам сети возможность управлять распределением скорости передачи информации. В дополнение этому ВАМ реализует центральную точку проверки подлинности абонентов в системе CANOPY. В сочетании с шифрованием данных BAM обеспечивает высокий уровень безопасности системы, чтобы ограничить несанкционированный доступ к информации и ресурсам системы.

5.3.6 Грозоразрядник

Грозоразрядник может использоваться вместе с точкой доступа (АР), модулем абонента (SM) и модулем транзитных соединений (ВН). Грозоразрядник устанавливается в разрыв Ethernet линии, чтобы предотвратить повреждение внутреннего электронного оборудования от электрических атмосферных разрядов.

5.3.7 Коммутатор Cisco серии Catalyst 4000

Коммутатор серии Catalyst 4000 предназначен для передачи одновременно больших объёмов данных, голоса и видео.

Модели серии Cisco Catalyst 4000, обеспечивая текущие потребности коммутационного узла, разработаны с учетом новейших технологий, таких как беспроводные сети, IP телефония, IP multicast, коммутация 4-7 уровня. Технические спецификации:

Производительность коммутирующего модуля - 24 Гбит/с.

Управление:

SNMP Management Information Base (MIB) II, SNMP MIB extensions, Bridging MIB (RFC 1493)

Стандарты:

Ё IEEE 802.3x full duplex

Ё IEEE 802.1D Spanning-Tree Protocol

Ё IEEE 802.1Q VLAN

Ё IEEE 802.3z, IEEE 802.3x

Ё IEEE 802.3u 100BaseTX and 100BaseFX specification

Ё IEEE 802.3 10BaseT specification

Ё IEEE 802.3z, IEEE 802.3x 1000BaseX specification

Ё 1000BaseX (GBIC) - 1000BaseSX, 1000BaseLX/LH, 1000BaseZX, 1000BaseТ.

5.4 Выбор частотного плана по технологии WiMAX

Для сетей WiMAX используются диапазоны частот 2.3-2.7 ГГц, 3.3-3.8 ГГц и 5.15-5.85 ГГц.

Более низкие частоты характеризуются относительно более низкими потерями мощности радиосигнала при его распространении на большие расстояния. Высокая дальность связи за счет низкого затухания радиосигнала при распространении радиоволн оборачивается трудностями обеспечения ЭМС в условиях высокой плотности размещения базовых станций, использующих широкополосные радиосигналы. То есть, использование низких частот связано со сложностями плотного размещения WiMAX базовых станций, необходимого для достижения высокой плотности потока данных с целью получений высоких значений скорости передачи данных при массовом обслуживании абонентов.

Предоставление услуг фиксированного широкополосного доступа WiMAX в частотных диапазонах 2.3 и 2.7 ГГц вследствие дороговизны данного частотного ресурса не является выгодным.

Частотный диапазон 3.3-3.8 МГц может быть эффективно использован как под фиксированный, так и под мобильный широкополосный доступ WiMAX.

Частотный диапазон 5 ГГц наиболее эффективен для использования сетей фиксированного доступа WiMAX. При этом в данном диапазоне также будут развиваться и сети мобильного WiMAX. Высокие потери при распространении радиоволн в диапазоне частот 5 ГГц уменьшают радиус обслуживания подвижных пользователей до нескольких сот метров. Поэтому диапазон частот 5 ГГц в основном ориентирован на оказание услуг фиксированного широкополосного доступа WiMAХ стационарным корпоративным и домашним пользователям.

5.4.1 Электромагнитная совместимость

На рисунке 5.5 изображена схема радиочастотного планирования при использовании нескольких сайтов с сектором 3600.

Направление сектора АР, град.

Частота, ГГц

Номер сектора

Символ

0

5,745

0

А

60

5,765

1

В

120

5,785

2

С

180

5,745

3

А

240

5,765

4

В

300

5,785

5

С

Рисунок 5.5 - Схема радиочастотного планирования при использовании нескольких сайтов с сектором 3600.

5.5 Проектируемая схема организации связи

В данном дипломном проекте предлагается схема организации беспроводного широкополосного доступа с использованием технологии WiMAX в коттеджном поселке Чистопрудный.

Для построения сети WiMAX на основе оборудования Motorola Canopy необходимо установить следующие основные компоненты:

базовую станцию

абонентский модуль

Базовая станция представлена точками доступа (в совокупности образуют кластер), модулем управления кластером и транзитным модулем.

Количество точек доступа выбирается, исходя из пропускной способности сети. Одна точка доступа обеспечивает скорость 20 Мбит/с. Всего в кластере может быть 6 точек доступа, то есть общая пропускная способность кластера 120 Мбит/с.

По проведенным расчетам общая пропускная способность сети составляет 114 Мбит/с. Следовательно, для организации беспроводного широкополосного доступа WiMAX в коттеджном поселке достаточно одной базовой станции Motorola Canopy с 6 точками доступа.

На рисунке 5.6 представлена проектируемая схема организации связи в микрорайоне Чистопрудный.

При необходимости увеличения емкости сети решение Motorola Canopy демонстрирует свою превосходную способность к масштабированию, удовлетворяя новые требования к площади покрытия, плотности абонентов и пропускной способности.

На стороне оператора сети предлагается установка коммутатора Cisco серии Catalyst 4000. А также программного обеспечения Prizm & ВАМ для контроля и управления сетями Canopy.

Рисунок 5.6 - Проектируемая схема организации связи в микрорайоне Чистопрудный

6. Инженерные расчеты

6.1 Построение профиля

Топографический профиль (от латинского profile - очертание) - это вертикальное сечение участка земной поверхности по заданной линии. Линия профиля обычно задается так, чтобы она пересекала наиболее интересные географические объекты. По горизонтальной оси профиля откладываются расстояния, по вертикальной - высоты или глубины. Обычно вертикальный масштаб крупнее горизонтального, то есть высота преувеличена по сравнению с длиной.

Для учета кривизны земли отсчет производится от уровня моря или другого условного уровня имеющего на чертеже вид параболы описываемой уравнением 6.1:

, км (6.1)

k=R1/R0 - условная координата рассматриваемой точки интервала;

R1 - расстояние до заданной точки, км;

R0 - протяженность интервала, км.

Последовательность построения профиля следующая:

1. На топографической карте, позволяющей определить положение БС на местности, соединить прямой линией выбранные точки установки опор БС.

2. Найти абсолютные высотные отметки характерных точек по карте на различных расстояниях от БС по проведенной прямой.

3. Начертить параболу принять её за уровень и, отложив вверх высотные отметки на соответствующих расстояниях, соединить их плавной линией.

4. На профиль трассы нанести лес, строения и прочее.

Построение профилей необходимо для наглядного изображения данного пролета при соблюдении условия прямой видимости, т.е. отсутствие каких-либо препятствий или преград в направлении от центра одной антенны к центру другой антенны.

6.1.2 Профиль интервала

Для организации связи топологией 'точка-точка' проектом предусмотрено построение профиля для проектируемого пролета на данном участке.

Продольный профиль интервала Ижевск-Чистопрудный представлен на рисунке 6.1

Рисунок 6.1 - Профиль интервала Ижевск-Чистопрудный

6.1.3 Определение длины пролета

Длина пролета определяется по результатам анализа радиорелейной трассы путем измерения расстояния между двумя точками на карте.

Параметры пролетов радиорелейной линии приведены в таблице 6.1:

Таблица 6.1 - Параметры пролетов радиорелейной линии

Параметр

Ижевск-Чистопрудный

Длина интервала R0, м

12000

Расстояние до препятствия R1, м

300

Ширина препятствия r, м

80

6.1.4 Определение величины просвета

Величина просвета, при которой напряженность поля на интервале равна напряженности поля в свободном пространстве, определяется по формуле 6.2:

, (6.2)

гдел - длина волны;

R0 - длина интервала;

k - относительная координата наиболее высокой точки на профиле определяется по формуле 6.3:

(6.3)

гдеR1 - расстояние до наиболее высокой точки препятствия;

Длина волны определяется по формуле 6.4:

(6.4)

Где с = 3 · 108 м/с - скорость распространения электромагнитной волны в вакууме (для воздуха берется то же значение).

f = 5,4 · 109 Гц - частота СВЧ сигнала.

Расчет длины волны определяется по формуле 6.4:

Расчет пролета:

Расчет относительной координаты наиболее высокой точки на профиле (формула 6.3):

Расчет величины просвета, при которой напряженность поля на интервале равна напряженности поля в свободном пространстве (формула 6.2):

6.1.5 Определение приращения просвета за счет рефракции

Основная сложность расчетов РРЛ определяется тем, что траектория распространения электромагнитной волны непрямолинейна, случайна и зависит от атмосферы и от величины градиента диэлектрической проницаемости атмосферы (gэф). Это явление называется атмосферной рефракцией.

На пересеченном пролете просвет, существующий в течение 80% времени, должен быть равен радиусу минимальной зоны Френеля.

Приращение просвета при средней рефракции выводится по формулам 6.5 и 6.6 и определяется по формуле 6.7:

, (6.5)

, (6.6)

(6.7)

Где gэф = - 10 · 10-8-1) - среднее значение вертикального градиента

диэлектрической проницаемости воздуха;

у = 8 · 10-8-1) - среднеквадратичное отклонение вертикального градиента диэлектрической проницаемости воздуха.

Значение просвета при отсутствии рефракции находится по формуле 6.8:

(6.8)

Среднее значение просвета на пролете с учетом нормальной атмосферной рефракции определяется из выражений 6.9 и 6.10:

(6.9)

Приращение просвета при средней рефракции находится по формуле 6.10:

(6.10)

Величина относительного просвета при средней рефракции определяется по формуле (6.11):

(6.11)

Расчет приращения просвета при средней рефракции (формула 6.7):

Расчет значения просвета при отсутствии рефракции (формула 6.8):

Расчет приращения просвета с учетом нормальной атмосферной рефракции (формула 6.10):

Расчет среднего значения просвета на пролете с учетом нормальной атмосферной рефракции (формула 6.9):

Расчет величины относительного просвета при средней рефракции (формула 6.11):

Таким образом, просветы с учетом нормальной атмосферной рефракции увеличиваются, что благоприятно скажется на прохождении радиосигнала и на выбор высоты подвеса антенн.

6.1.6 Определение высот подвеса антенн

Из топографического профиля видно, что рельеф трассы представляет собой среднепересеченную местность, возвышенности которой покрыты лесом, следовательно, в этом случае отражением радиоволн от земной поверхности можно пренебречь вследствие их поглощения лесом.

С учетом вышеприведенных расчетов и с использованием топографического профиля определены высоты подвеса антенн (таблица 6.2).

Таблица 6.2 - Высоты подвеса антенн

Параметр

Ижевск

Чистопрудный

Высота подвеса, м

46

24

6.1.7 Расчет устойчивости связи

Определение параметров сферы, аппроксимирующей препятствие:

На профиле каждого интервала проводится линия, параллельная линии

прямой видимости между антеннами и отстоящая от вершины препятствия на величину Н0. На профиле определяется ширина препятствия r на каждом интервале. Для определения параметра м, характеризующего радиус кривизны препятствия, необходимо по формуле 6.12 найти вспомогательный параметр l:

(6.12)

Параметр м определяется по формуле 6.13:

(6.13)

Расчет параметров сферы для пролета Ижевск-Чистопрудный:

Расчет вспомогательного параметра l (формула 6.12):

Расчет параметра м (формуле 6.13):

Определение минимального множителя ослабления Vmin по формуле 6.14:

, (6.14)

гдеp0 - чувствительность приемника при ошибке 10-3 (-80 дБм),

pпр - мощность сигнала на входе приемника (дБм), определяемая по формуле 6.15:

, (6.15)

гдеpпер - мощность передатчика (равна 25дБм для выбранного оборудования),

Lопт - общие потери на интервале по полю свободного пространства (дБ), определяемые по формуле 6.16:

, (6.16)

гдеG - коэффициент усиления антенны (равен 23 дБ для выбранного оборудования),

Lсв - ослабление электромагнитной волны в пространстве (дБ), определяемое по формуле 6.17:

, (6.17)

гдеR0 - длина интервала РРЛ.

Определение относительного просвета P (g0):

По графику, изображенному на рисунке 6.1, с учетом минимального множителя ослабления Vmin и параметра, характеризующего форму препятствия м, определяются значения относительного просвета P (g0), при котором наступает глубокое замирание сигнала, вызванное эффектом экранирования препятствием первой зоны Френеля (таблица 6.3).

Рисунок 6.1 - Зависимость множителя ослабления Vmin от значения относительного просвета P (g0).

Таблица 6.3 - Определение относительного просвета P (g0)

Интервал

Vmin

м

P (g0)

Ижевск-Чистопрудный

-16,85

4,78

- 1,6

Определение параметра ш:

Для определения параметра ш необходимо рассчитать вспомогательный параметр А по формуле 6.18:

(6.18)

гдеу (R0) = 12,8 · 10-8-1) - среднеквадратичное отклонение вертикального градиента диэлектрической проницаемости воздуха.

л = 0,055 м - длина волны.

Параметр ш определяется по формуле 6.19:

(6.19)

Расчет параметра ш для пролета Ижевск-Чистопрудный:

Расчет вспомогательного параметра A (формула 6.18):

Расчет параметра ш (формула 6.19):

Определение процента времени неустойчивости связи:

По графику, изображенному на рисунке 6.2, определяется значение процента времени неустойчивости связи, обусловленной экранирующим влиянием препятствия, при котором V < Vmin.

Рисунок 6.2 - Зависимость времени неустойчивости связи T0 (Vmin) от ш

T0 (Vmin) ? 0%.

Определение процента времени TИНТ (Vmin):

Процент времени TИНТ (Vmin), в течение которого следует ожидать, что множитель ослабления V < Vmin за счет интерференции прямой и отраженных от слоистых неоднородностей тропосферы волн с резким перепадом диэлектрической проницаемости воздуха, рассчитывается по формуле 6.20:

, , (6.20)

Где Vmin измеряется в относительных единицах.

Сначала определяется величина , затем по графику, изображенному на рисунке 6.3, находится значение t (Де < л/R0).

Рисунок 6.3 - График для определения t () для средней полосы Европейской части России.

Расчет процента времени TИНТ (Vmin):

По графику, изображенному на рисунке 6.3, определено значение t (): t = 0,05

Расчет процента времени TИНТ (Vmin) (формула 6.20):

Следовательно, устойчивость сигнала на всех интервалах определяется в основном влиянием волн, отраженных от неоднородностей тропосферы.

Определение устойчивости сигнала:

При расчете ослабления в атмосферных осадках, учитывается влияние гидрометеоров, к которым относятся дождь, снег, град, туман и пр. Влияние гидрометеоров заметно уже при частотах больше 8 ГГц, а в неблагоприятных экологических условиях (при наличии в атмосферных осадках металлизированной пыли, смога, кислот или щелочей) и на значительно более низких частотах. Поскольку для данного дипломного проекта был выбран частотный диапазон 5,4 ГГц неблагоприятные экологические условия отсутствуют, то T0 (Vmin) примем равным нулю.

Устойчивость сигнала, %, на интервале определяется по формуле 6.21 и 6.22:

(6.21), (6.22)

Допустимый процент времени ухудшениякачества связи для интервала РРЛ вычисляется по формуле 6.23:

, (6.23)

гдеR0 - протяженность интервала, км. Таким образом, суммарный процент времени ухудшения качества связи не превышает допустимого процента, т.е. TУ (Vmin) < Tдоп (Vmin). А, поскольку устойчивость сигнала на каждом интервале оказывается достаточно высокой, можно считать, что высоты подвеса антенн выбраны верно.

6.1.8 Расчет показателей качества

Определение показателей неготовности:

Неготовность аппаратуры - это такое состояние участка ЦРРЛ, при котором в течение десяти секундных интервалов, идущих подряд, происходит пропадание сигнала (потеря синхронизации), или коэффициент ошибок, который определяется по формуле 6.24:

(6.24)

где N - число переданных символов,

NОШ - число ошибочно принятых символов.

Нормы на готовность оборудования, по рекомендации МСЭ-Т G.821, состоят из двух основных компонент: показателя неготовности и показателя качества по ошибкам.

Для внутризоновой сети, которой соответствует линия связи среднего качества 2-го класса, норма ПНГ ? 0,05 %.

Расчет ПНГ [TУ (Vmin)] был произведен выше. Полученные значения должны удовлетворять условию, приведенному в формуле 6.25:

(6.25)

Неравенство (6.25) выполняется для интервала, следовательно, по показателям неготовности данная система связи соответствует норме.

Определение показателей качества по ошибкам:

Существует два состояния, в которых может находится цифровой тракт - готовности и неготовности. Период времени неготовности начинается с интервала времени, содержащего 10 последовательных секунд со значительным количеством ошибок (SESR). Указанные 10 секунд рассматриваются как часть времени неготовности. Период времени готовности начинается с интервала времени, содержащего 10 последовательных секунд без значительного количества ошибок (SESR).

Показатели качества по ошибкам системы связи относятся к тем промежуткам времени, в течение которых система находится в состоянии готовности.

Показатели качества по ошибкам (ПКО) связаны с быстрыми замираниями на интервалах линии радиосвязи. Основная причина быстрых замираний (проходящих за доли секунд) - интерференция прямых и отраженных радиоволн, поступающих на вход приемников.

Использование технологии WiMAX позволяет работать при отсутствии прямой видимости, следовательно, по показателю SESR данная система связи соответствует норме.

На рисунке 6.4 представлен профиль интервала Ижевск-Чистопрудный c указанием высоты подвеса антенн и величины просвета.

Рисунок 6.4 - Профиль интервала Ижевск-Чистопрудный c указанием высоты подвеса антенн и величины просвета.

6.2 Прогноз зон радиопокрытия сети

Прогноз зон радиопокрытия основан на возможности определения пространственного распределения интенсивности электромагнитного поля, создаваемого источниками радиоизлучения, с учетом присутствия всех препятствий, встречающихся на пути распространения радиоволн.

Расчет интенсивности радиополя необходим как для прогнозирования зон радиопокрытия, так и для решения проблем связанных с ЭМС. Методы расчета поля в условиях городской застройки и на открытой местности, в зависимости от расстояния до излучающей антенны, существенно отличаются. При этом совершенно разные методы используются для расчета поля внутри помещений при внутреннем и наружном расположении антенн. На близких расстояниях от наружного источника излучения (до нескольких сотен метров) на распределение поля влияют и, следовательно, требуют учета все окружающие здания. В этих случаях достаточно достоверный расчет производится с использованием методов физической территории дифракции (ФТД) и равномерной геометрической теории дифракции (РГТД). Более грубые оценки величины поля можно получить, используя некоторые специальные модели распространения.

В случае статистической однородности городской застройки или при квазиплоском рельефе расчет обычно производится по формулам Хаты.

6.2.1 Расчет покрытия радиосвязью

Для ориентировочных расчетов и для прогнозирования зон радиопокрытия разработаны специальные упрощенные модели распространения. Эти модели представляют собой некоторые простые математические соотношения, выражающие зависимость так называемых основных потерь передачи LB от расстояния между передающей и приемной антеннами. Так для случаев наружного размещения как базовой, так и абонентских антенн рассмотрены две модели:

При наличии прямой видимости между антеннами в 75% случаев, формула 6.26:

,R>10 (6.26)

При отсутствии прямой видимости в 25% случаев, формула 6.27:

,R>10 (6.27)

В эти выражения величина R подставляется в метрах, при этом значение LВ определяется дБ.

Максимальный продольный размер зоны радиопокрытия, соответствующий наилучшей взаимной ориентации базовой и абонентской антенн, определяется из соотношения: LB=B

где В - так называемый бюджет радиолинии, определяющий максимальную величину допустимых основных потерь передачи при заданных параметрах аппаратуры.

Основное расчетное соотношение для определения В:

Рt - пиковая излучаемая мощность канала;

Pr - чувствительность приемника (реальная);

Dr - защитное отношение (типовое);

Gt - коэффициент усиления базовой антенны;

Gr - коэффициент усиления абонентской антенны.

В системах WiMAX применяется квадратурная амплитудно-фазовая модуляции QAM, а также фазовая модуляция QPSK и BPSK. На сегодняшний день QAM является одной из самых эффективных методов модуляции, позволяющий достигать максимально возможные скорости передачи данных.

Расчет будет производится для различных типов модуляции (QPSK, 16QAM, 64QAM), в которых может работать оборудование Motorola-Canopy.

Рt = 27дБм - пиковая излучаемая мощность канала;

Pr - чувствительность приемника (реальная): QPSK - 89дБм

16QAM - 78дБм

64QAM - 70дБм

Dr = 10дБм - защитное отношение (типовое);

Gt = 17дБм - коэффициент усиления базовой антенны;

Gr = 17дБм - коэффициент усиления абонентской антенны.

При наличии прямой видимости размер зоны обслуживания проектируемой системы фиксированного радиодоступа будет определяться выражением 6.28:

(6.28)

При отсутствии прямой видимости размер зоны обслуживания определяется по формуле 6.29:

(6.29)

Используя выражения (6.28) - (6.29), а так же заданные энергетические характеристики радиолинии, реальные чувствительности передатчика и приемника определим предполагаемую зону радиопокрытия проектируемой сети. QPSK, Pr= - 89 дБм:

м

м

16QAM, Pr= - 78 дБм:

м

м

64QAM, Pr= - 70 дБм:

м

м

Максимальный продольный размер зоны радиопокрытия, соответствующий наличию условий прямой видимости и оптимальной взаимной ориентации базовой и абонентской антенн, в различных режимах модуляции составляет: QPSK - 38 км, 16QAM - 13 км, 64QAM - 6 км.

При отсутствии прямой видимости: QPSK - 2 км, 16QAM - 933 м, 64QAM - 562 м.

Более высокая скорость передачи данных, зависящая от типа модуляции, ведет к уменьшению дальности связи.

Покрытие обеспечивает одна базовая станция, состоящая из 6 точек доступа, которые в совокупности образуют угол охвата в 360 градусов.

6.3 Расчет ЭПУ

Электропитание системы Motorola Сanoрy осуществляется от сети переменного тока напряжением 380В.

Все узлы, размещаемые на радиобашне, запитываются от коммутатора блока управления по неиспользуемым витым парам кабеля категории 5. Питающее напряжение 380В взято с трансформаторной подстанции и заведено на Шкаф обогреваемый утеплённый (ШОУ), который имеет наружное исполнение.

Для защиты оборудования и обслуживающего персонала в грунт вкапывается контур заземления.

Для защиты внутреннего оборудования от перенапряжения в разрыв Ethernet кабеля ставятся грозоразрядники соединенные с 'землёй' через заземляющую шину.

Так же предусматривается Источник бесперебойного питания.

Схема электропитания оборудования Motorola Сanoрy представлена на рисунке 6.6

Рисунок 6.6 - Схема электропитания оборудования Motorola Сanoрy

Произведём расчёты заземляющего контура и мощности, потребляемой оборудованием, для определения типа автоматических выключателей, группы учёта электроэнергии и источника бесперебойного питания.

6.3.1 Расчёт потребляемой мощности

Исходные данные для расчета мощности представлены в таблице 6.3:

Таблица 6.3 - Исходные данные

Оборудование

Кол-во, шт.

Потребляемая мощность, Вт

PAC/PDC

Точка доступа (AP)

6

12,6

PDC

Транзитный модуль (BH)

1

55

PDC

Модуль управления (CMM)

1

90

PAC

Чтобы найти мощность по переменному току (РАС), нужно мощность по постоянному току (РDC) разделить на коэффициент полезного действия (КПД) выпрямительных устройств (0,8-0,9). Тогда мощность по переменному току (РАС) определится по формуле 6.30:

PАС = PDC /0,8 (6.30)

PAP = (12.6 * 6) /0,8 = 94,5 Вт

PBH = 55 /0,8 = 68,75 Вт

Для того, чтобы найти суммарную мощность, потребляемую оборудованием, воспользуемся формулой 6.31:

PСУММ = PАР + PBH+ PCMM (6.31)

PСУММ = 94,5 + 68,75+ 90 = 253,25 Вт

Значение тока нагрузки рассчитывается по формуле 6.32:

IН = РСУММ / UПИТ (6.32) IН =253,25 /220=1,15 А

6.3.2 Расчет источника бесперебойного питания

Проектируемая система относится к электроприёмникам второй категории. Ко второй категории относятся электроприемники, перерыв в электроснабжении которых может приводить к нарушению нормальной деятельности значительного количества жителей.

Для приемников второй категории требования к надежности электроснабжения по допустимому времени восстановления питания и допустимому отклонению напряжения питания от номинального не столь существенны, как для электроприемников первой категории. Поэтому для них меры по дополнительному питанию от источников бесперебойного питания на время восстановления и меры по стабилизации напряжения не проводятся.

Принимается, что источник бесперебойного питания должен обеспечивать автономную работу оборудования в течении 6 часов.

Произведём расчёт емкости аккумуляторной батареи.

Вычислим необходимую емкость аккумуляторов (), приведенную к условному шестичасовому режиму разряда и температуре среды 200С по формуле 6.33:

(6.33)

где

- номинальная емкость аккумулятора;

- ток нагрузки (разряда);

- время разряда;

- коэффициент отдачи по емкости;

- температура электролита;

- температурный коэффициент емкости аккумулятора.

Определим ток разряда () по формуле 6.34:

(6.34)

Коэффициент отдачи по емкости определяем из таблицы 6.4

Таблица 6.4 - Значения коэффициента отдачи по емкости

, ч.

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

1

0,97

0,94

0,91

0,89

0,83

0,8

0,75

0,61

0,51

Так как время разряда составляет 6 часов, соответственно = 0,89.

Вычислим емкость аккумулятора ():

В таблице 6.5 представлены технические характеристики ИБП.

Таблица 6.5 - Технические характеристики ИБП

Модель

Tetrex 500

Tetrex 800

Tetrex 1000

Tetrex 1500

Вход

Мощность

500 ВА / 300 Вт

800 ВА / 480 Вт

1000 ВА / 600 Вт

1500 ВА / 900 Вт

Напряжение

220 В ± 25%

Частота

50/60 Гц ± 10 % (автоматическое определение)

Резервирование

При 100/50 % мощности

5/18 мин.

5/12 мин.

10/26 мин.

6/15 мин.

Защита

От молний

480 Дж, 2 мс

От короткого замыкания

Вход/выход

От перегрузки

Автоматическое отключение при перегрузке 110% от номинала за время 60 с и 130 % за 3 с

Фильтрация

Фильтр EMI/RFI

10 дБ при 15 MГц, 50 дБ при 30 MГц

Фильтр телефон/факс

Порт Ethernet 10 Base-T (RJ-45)

Батарея

Тип

Встроенный, необслуживаемый, свинцово-кислотный аккумулятор, 12 В, 7 А-ч

Типичное время заряда

4 часа (при 90% емкости)

Защита

От глубокого разряда, индикация замены батареи

Габариты

Вес

5,8 кг

6,6 кг

13,4 кг

13,6 кг

Размеры (Ш x Г х В)

97 х 318 х 135 мм

130 х 356 х 192 мм

130 х 382 х 192 мм

Авария

Батарея работает

Предупреждение - большой интервал сигнала

Слабая батарея

Предупреждение - более короткий интервал

Перегрузка

Постоянное предупреждение

Интерфейс

USB / RS-232

Com-порт, SNMP агент (опция)

Окружающая среда

Условия эксплуатации

Макс. высота 3.500 м, влажность воздуха 0-95% без конденсации, диапазон температур 0 - 40° C

Шум

< 40 дБA

Контроль и управление

В комплекте CD c программой

С помощью русскоязычного меню можно отключать ИБП и нагрузку, а также контролировать состояние ИБП

Гарантия

2 года

Исходя из полученных результатов выбирается источник бесперебойного питания Tetrex с ёмкостью аккумуляторной батареи 7 Ач и потребляемой мощностью 300 Вт.

6.3.3 Расчет автоматических выключателей и группы учёта

Проектом предусмотрено три группы оборудования. Исходные данные для расчета автоматических выключателей и группы учета представлены в таблице 6.6.

Таблица 6.6 - Исходные данные

Номер группы

Состав оборудования

Суммарная потребляемая мощность, Вт

Ток нагрузки, А (Iн)

1

ИБП, оборудование Motorola Canopy

553,25

2,6

2

Заградительные лампы

300

1,4

3

Отопление ШОУ

400

1,9

По формуле 6.35 вычисляется суммарный ток нагрузки:

IСУМ = Iн1 + IН2 + IН3 (6.35), Iсум = 2,6 + 1,4 + 1,9 = 5,9 А

Выбирается счётчик с максимальным током 50А.

Ток срабатывания автоматического выключателя выбирается в 1,25 раза большим, чем ток нагрузки и определяется выражением 6.36:

Iсраб = Iн*1,25 (6.36)

Iсраб.1 = 2,6 *1,25=3,25А

Iсраб.2 = 1,4 *1,25=1,75

Iсраб.3 =1,9 *1,25=2,38

Исходя из полученных значений, выбираем тип автоматических выключателей, представленных в таблице 6.7.

Таблица 6.7 - Тип автоматических выключателей.

Номер группы

Тип автоматического выключателя

1

ВА-29 1Р 4А

2

ВА-29 1Р 2А

3

ВА-29 1Р 3А

6.4 Расчет контура заземления

Целью расчета защитного заземления является определение количества электродов заземления для обеспечения соответствующей нормы сопротивления заземления.

Норма сопротивления защитного заземления не должна превышать 4 Ом для грунтов с удельным сопротивлением до 100 Ом м ( = 100 Омм, для суглинка).

Для обеспечения данной нормы применяются одиночные многоэлектродные заземляющие устройства из угловой стали сечением 50х50х5 и длиной 5 м.

Если сопротивление одиночного заземлителя превышает норму, то используется многоэлектродный заземлитель.

Для определения сопротивления заземляющего устройства по формуле 6.37 рассчитывается сопротивление одиночного заземлителя Rво:

, Ом (6.37)

где - расчетное удельное сопротивление грунта для вертикального заземлителя, Омм;

и - длина и диаметр стержня соответственно, м;

t - заглубление электрода (расстояние от поверхности земли до середины электрода), м;

Расчетное удельное сопротивление грунта для вертикального заземлителя определяется по формуле 6.38:

, Омм (6.38)

где - коэффициент сезонности вертикальных электродов (=1,8);

Омм

Для уменьшения влияния климатических условий на сопротивление заземления верхнюю часть заземлителя размещают в грунте на глубину не менее 0,7 м.

Следовательно, заглубление стержня можно определить по формуле (6.39):

T = (l/2) + t, м (6.39)

T = (5/2) + 0,7 = 3,2 м

По формуле (6.37) рассчитываем сопротивление Rво одного вертикального электрода (длину принимаем 5 м; = 0,05 м):

Ом

Находим приблизительное число вертикальных электродов из выражения 6.40 без учета сопротивления соединительной полосы:

, (6.40)

где - коэффициент использования вертикальных электродов (=0,85); - нормируемое сопротивление растеканию тока заземляющего устройства (= 4 Ом)

Тогда приблизительное число вертикальных электродов равно:

Определим длину соединительной полосы (расстояние а между вертикальными заземлителями примем 5 метров) по формуле 6.41:

(6.41)

м

Сопротивление заземлителя из стальной полосы прямоугольного сечения, уложенной горизонтально, определяется по формуле (6.42):

, Ом (6.42)

где - расчетное удельное сопротивление для горизонтального заземлителя (полосы), Ом м;

lП - длина полосы, м;

b - ширина полосы, м (b=0,02 м);

t - глубина заглубления полосы, м;

По формуле 6.43 определим расчетное удельное сопротивление для горизонтального заземлителя:

, Омм (6.43)

где - коэффициент сезонности горизонтальных электродов (=4,5);

Омм

Тогда сопротивление горизонтального заземлителя (полосы) примет значение:

Ом

Определяем общее сопротивление ряда заземляющего устройства, состоящего из вертикальных электродов и соединительных полос по формуле 6.44:

(6.44)

где

RП - сопротивление горизонтальной полосы (стержня);

RВО - сопротивление вертикального электрода (стержня);

- количество вертикальных электродов (стержней);

- коэффициент использования вертикального заземлителя (0,85).

- коэффициент использования горизонтального заземлителя (0,80).

Общее сопротивление ряда заземляющего устройства, состоящего из вертикальных электродов и соединительных полос будет равно:

Ом

В данном разделе произведен расчет заземляющего контура, а именно: рассчитано количество вертикальных заземлителей, произведен расчет сопротивления контура с учетом вертикальных заземлителей и соединительной полосы. Общее сопротивление контура RОБЩ не превышает нормированного значения RН (3,3 Ом < 4 Ом), следовательно проектируемые объекты не создадут опасности для здоровья обслуживающего персонала.

7. Технико-экономическое обоснование проекта [7]

В данном дипломном проекте проводится технико-экономическое обоснование организации сети беспроводного широкополосного доступа с использованием технологии WIMAX в микрорайоне Чистопрудный.

При разработке проектной документации и расчете экономических и финансовых показателей развития связи рассчитываются следующие основные технико-экономические показатели:

· капитальные вложения;

· эксплуатационные расходы;

· тарифные доходы;

· оценка фондоотдачи, себестоимости и рентабельности проекта;

· прибыль и срок окупаемости.

7.1 Расчет капитальных вложений

По характеру и объему затрат данный проект относится к проектам, требующим капитальных вложений.

Капитальные вложения - это совокупность затрат на создание новых, расширение, реконструкцию и техническое перевооружение действующих предприятий и сооружений (основных фондов) производственного и непроизводственного назначения.

К капитальным вложениям относятся все затраты, вносимые на первоначальном этапе строительства сети, и имеющие единовременный характер. Сюда входят все затраты, предшествующие запуску системы в работу.

Размещение радиорелейного оборудования в г. Ижевске производится на существующей радиомачте и блоках - контейнерах с полной оснасткой ЭПУ, поэтому затраты на строительство новых сооружений предусмотрены лишь в микрорайоне Чистопрудный.

Все затраты на организацию и построение сети передачи на рассматриваемом участке составляются согласно сметной стоимости строительства данной сети.

Затраты на приобретение, монтаж и ввод в эксплуатацию оборудования сети WiMAX в микрорайоне Чистопрудный представлены в таблице 7.1.

Таблица 7.1 - Затраты на приобретение, монтаж и ввод в эксплуатацию оборудования сети WiMAX в микрорайоне Чистопрудный г. Ижевска

Наименование и техническая характеристика оборудования

Кол-во

Цена единицы с НДС 18%, руб.

Стоимость с НДС 18%, руб.

Сетевое оборудование

Точка доступа Motorola-Canopy AP400

6

103508

621048

Модуль управления кластером Motorola Canopy CMM

1

76825

76825

Транзитный модуль Motorola PTP600 (Lite) Integrated

2

332500

665000

ПО Motorola Canopy Prizm & BAM

1

109000

109000

Коммутатор Cisco Catalyst 4000

1

106085

106085

Итого

1 577 958

Тара и упаковка

0,5%

7889,79

Транспортные расходы

4%

63118,32

Заготовительно-складские расходы

1%

15779,58

Установка и настройка

18 %

284032,4

Сумма

370 820

Дополнительное оборудование

Блок грозозащиты

8

674,2

5393,6

Радиобашня

1

1200000

1200000

Щит учёта и распределения (ЩУР)

1

100000

100000

Итого

1 305 394

Тара и упаковка

0,5%

6526,97

Транспортные расходы

4%

52215,76

Заготовительно-складские расходы

1%

13053,94

Строительно-монтажные работы

15 %

206323,8

Сумма

195 809

Итого:

3 449 981

Неучтенное оборудование

10 %

344 998

Выделение частот

100000

ВСЕГО

3 894 979

Стоимость строительно-монтажных работ рассчитывается в процентах от итога стоимости оборудования. Интервал определяется в зависимости от сложности работ (15-30) %. Тара и упаковка составляют 0,5%, транспортные расходы - (4-5) %, заготовительно-складские - (1-2) %, монтаж, установка и настройка - 18% от стоимости оборудования. Стоимость неучтенного оборудования - 10 %.

7.2 Расчет эксплуатационных расходов

Эксплуатационными расходами называются текущие расходы предприятия на производство услуг связи. В состав эксплуатационных расходов входят все расходы на содержание и обслуживание сети. Эксплуатационные расходы по своей экономической сущности выражают себестоимость услуг связи в денежном выражении.

Предусматриваются следующие статьи затрат:

· Расходы на оплату труда работников основной деятельности;

· Единый социальный налог;

· Амортизационные отчисления;

· Материальные затраты;

· Расходы на частоты;

· Прочие расходы;

· Отчисления на НИОКР;

7.2.1 Расходы на оплату труда

Для расчета годового фонда заработной платы необходимо определить численность штата производственного персонала для обслуживания сети беспроводного доступа.

Состав персонала представлен в таблице 7.2.

Таблица 7.2 - Состав обслуживающего персонала

Наименование должностей

Количество, чел.

Оклад,

руб/мес

Ведущий инженер

1

25000

Инженер по обслуживанию сети связи и РРЛ

1

20000

Электромеханик

1

15000

Антенщик-мачтовик

2

13000

Итого

5

86000

Величину годового фонда заработной платы можно рассчитать по формуле 7.1:

, (7.1)

где

ФЗП - основной фонд заработной платы;

Пр - премиальный фонд;

Кр - районный коэффициент;

Квр - коэффициент, учитывающий вредные условия труда.

По формуле 7.2 определим основной фонд заработной платы:

, (7.2)

где

Фi - заработная плата соответствующей должности;

Тi - количество персонала соответствующей должности.

(руб).

Определим по формуле 7.3 премиальный фонд, составляющий 25% от основного фонда заработной платы:

(7.3)

(руб).

Определим районный коэффициент, составляющий 15% от основного фонда заработной платы по формуле 7.4:

(7.4)

(руб).

По формуле 7.5 определим коэффициент, учитывающий вредные условия труда, составляющий 4% от основного фонда заработной платы:

(7.5)

(руб).

В соответствии с полученными данными, по формуле 7.1 определим величину годового фонда заработной платы:

(руб).

7.2.2 Единый социальный налог

Единый социальный налог (ЕСН) - составляет 26 % от ФЗП и рассчитывается по формуле 7.6:

(7.6)

(руб).

Таким образом, общий годовой фонд заработной платы с отчислениями во внебюджетные фонды определится по формуле 7.7:

(7.7)

(руб).

7.2.3 Амортизационные отчисления

Амортизационные отчисления - денежное измерение и денежная форма перенесения на продукт овеществленного труда путем амортизации.

Под амортизацией понимается процесс постепенного возмещения стоимости основных фондов, переносимый на вновь созданную услугу, в целях накопления средств для реконструкции и приобретения основных средств. Величина амортизационных отчислений определяется установленной долей ежегодных отчислений (норма амортизации) от стоимости основных средств.

Амортизационные отчисления на полное восстановление производственных фондов рассчитываются по формуле 7.8:

, (7.8)

где Косн - первоначальная стоимость основных фондов (приравнивается к капитальным вложениям);

На = 5% - норма амортизационных отчислений основных фондов.

руб.

7.2.4 Материальные затраты

Величина материальных затрат (М) состоит из двух основных составляющих:

· Затраты на оплату электроэнергии для производственных нужд (Зэн) - зависят от потребляемой мощности оборудования;

· затраты на материалы и запасные части (Змз) - составляют 3,5% от капитальных вложений.

Величина материальных затрат рассчитывается по формуле 7.9:

(7.9)

Расчет затрат на оплату электроэнергии производится по формуле 7.10:

, (7.10)

где

Т = 2,7 руб/кВт•час - тариф на электроэнергию;

Р = 1,2 кВт - суммарная потребляемая мощность оборудования сети.

(руб).

Расчет затрат на материалы и запасные части производится по следующей формуле 7.11:

, (7.11)

где К - капитальные вложения;

(руб).

Таким образом, общие материальные затраты (М) составят:

(руб).

7.2.5 Расходы на частоты

Дипломным проектом для сети широкополосного доступа и организации радиомоста предусматривается введение новых радиоканалов. За каждую частоту радиочастотным центром взимается плата в размере 3000 рублей в год, тогда расходы на частоты определятся по формуле 7.12:

, (7.12)

где N - количество частот;

Т - плата за одну частоту, руб.

7.2.6 Прочие расходы

Прочие расходы предусматривают общепроизводственные и эксплуатационно-хозяйственные расходы, ремонт и обслуживание зданий, некоторые видов налогов, страхование имущества, расходы на рекламу, аудит, представительские расходы и некоторые другие расходы.

Данный вид расходов рассчитываются по формуле 7.13:

(7.13)

7.2.7 Отчисления на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы

Отчисления на НИОКР (научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы) составляют 1,5% от ФОТгод и рассчитываются по формуле 7.14:

(7.14)

руб

Результаты расчета ежегодных эксплуатационных расходов по статьям сведены в таблицу 7.3.

Таблица 7.3 - Годовые эксплуатационные расходы.

Виды расходов

Расходы, руб.

Фонд заработной платы

1486080

Единый социальный налог

386380,8

Амортизационные отчисления

194748,95

Материальные затраты

159450,6

Прочие расходы

655361,28

Расходы на частоты

12000

Отчисления на НИОКР

28086,9

Всего

2 922 108,53

Таким образом, общие ежегодные эксплуатационные расходы будут равны 2 922 108,53 рублей.

7.3 Расчет тарифных доходов

Данная сеть проектируется исходя из возможного подключения в дальнейшем всех 100% абонентов и возможности предоставления различных мультимедийных услуг. На начальном этапе предусмотрено подключение 42 % пользователей.

Предполагаемые тарифные планы и их стоимость показаны в таблице 7.4.

Таблица 7.4 - Предполагаемые тарифные планы и их стоимость

Тарифный план

Скорость подключения

Стоимость тарифа, руб

Доля абонентских модулей, %

Количество абонентских модулей

Т1

256 Кбит/с

2044

8

20

Т2

512 Кбит/с

3087

16

40

Т3

1 Мбит/с

5048

8

20

Т4

2 Мбит/с

6511

5,6

14

Т5

4 Мбит/с

8097

4

10

ИТОГО

104

Все тарифные планы представлены для неограниченного объема потребляемого трафика.

Суммарный тарифный доход определяется по формуле 7.15:

, (7.15)

где Тi - стоимость тарифного плана, руб. Ni - количество абонентских модулей, подключенных к данному тарифному плану (в месяц).

Стоимость подключения по беспроводному широкополосному доступу WiMAX составит 2500 руб. Она включает в себя все работы, необходимые для установки абонентского оборудования. Абонентское оборудование абонент приобретает у оператора БШПД за свои средства.

Доход от подключения вычисляется по формуле 7.16:

, (7.16)

где Т - стоимость подключения, руб

N - количество абонентских модулей.

руб

По формуле 7.17 определяется общий тарифный доход от услуг БШПД:

(7.17)

7.4 Оценка показателей экономической эффективности проекта

Себестоимость:

Себестоимость показывает, во что конкретно обходится предприятию производство услуги связи.

На предприятиях связи применяется относительный показатель себестоимости, характеризующий годовые эксплуатационные расходы предприятия, приходящиеся на 100 рублей доходов от основной деятельности. Показатель себестоимости определяется по формуле 7.18:

С = (Рэк / Дт) ? 100 руб (7.18)

где Рэк - годовые эксплуатационные расходы;

Дт - тарифные доходы от основной деятельности, руб.

руб

Фондоотдача:

Коэффициент фондоотдачи от использования основных фондов определяется по формуле 7.19:

KФ = Дтср, (7.19)

где Фср - среднегодовая стоимость основных фондов

(для вновь вводимых фондов Фср приравнивается к капитальным вложениям);

Дт - тарифные доходы.

Прибыль и срок окупаемости:

Прибыль от реализации проекта (или прибыль от основной деятельности) представляет собой разницу между тарифными доходами и эксплуатационными расходами и рассчитывается по формуле 7.20.

, (7.20)

руб.

Чистая прибыль характеризует прибыль, остающуюся в распоряжении предприятия: она определяется путем исключения из прибыли от реализации проекта суммы налога на прибыль. Размер налога на прибыль равен 20%. Чистая прибыль определяется по формуле 7.21:

, руб (7.21)

руб

Срок окупаемости капитальных вложений определяется по формуле 7.22:

Т = К / Пч, (7.22)

где К - капитальные вложения, руб.;

Пч - чистая прибыль, руб.

лет

Капитальные вложения в организацию сети окупятся через 1 год и 9 месяцев. Рентабельность (R) проекта определяется по формуле 7.23:

(7.23)

Рентабельность проекта составляет 53,2%.

Технико-экономические показатели по дипломному проекту сведены в таблицу 7.5.

Таблица 7.5 - Технико-экономические показатели

Наименование показателей

Значение

1. Оборудование радиодоступа

Motorola-Canopy

2. Количество абонентских модулей, шт.

104

3. Численность персонала, чел.

5

4. Капитальные вложения, руб

3 894 979

-стоимость оборудования

3 228 350

-стоимость установки и монтажа

490356,2

-расходы на транспорт

115334

-расходы на тару и упаковку

14416,76

-расходы складские

28833,52

-расходы на выделение частот

100000

5. Эксплуатационные расходы, руб

2 922 108,53

-фонд заработной платы

1486080

-единый социальный налог

386380,8

-амортизационные отчисления

194748,95

-материальные затраты

159450,6

-прочие расходы

655361,28

-расходы на частоты

12000

-отчисления на НИОКР

28086,9

6. Тарифные доходы, руб

5 509 328

7. Чистая прибыль, руб

2 069 775,6

8. Рентабельность, %

53,2

9. Срок окупаемости, лет

1,9

По полученным значениям построим диаграмму капитальных вложений. Диаграмма представлена на рисунке 7.1.

Рисунок 7.1 - Диаграмма капитальных вложений

На рисунке 7.2 изображена диаграмма эксплуатационных расходов.

Рисунок 7.2 - Диаграмма эксплуатационных расходов

Полученные технико-экономические показатели свидетельствуют о том, что организация сети беспроводного широкополосного доступа WIMAX в микрорайоне 'Чистопрудный' позволит предоставить абонентам широкий спектр услуг связи, и будет приносить доходы по истечении срока окупаемости 1 года и 9 месяцев.

8. Безопасноcть и экологичность проекта [8]

Предприятия уделяют достаточно большое внимание вопросам безопасности при организации работ, также очень важным является и экологичность модернизируемого и проектируемого оборудования, соответствие его принятым стандартам по безопасности.

В данной главе дипломного проекта рассматриваются вопросы экологической безопасности, охраны труда, устойчивости работы предприятия в чрезвычайных ситуациях.

Охрана труда представляет собой систему законодательных актов, социально-экономических, организационных, технических и лечебно-профилактических мероприятий и средств, обеспечивающих безопасность, сохранение здоровья и работоспособности человека в процессе производства и предусматривающих обеспечение безопасных условий труда.

Под условиями труда понимается совокупность факторов производственной среды, оказывающих влияние на здоровье и работоспособность человека в процессе труда. Факторы, составляющие условия труда, обычно делятся на четыре основные группы:

§ санитарно-гигиенические - включает показатели, характеризующие производственную среду рабочей зоны. Они зависят от используемого оборудования и технологических процессов, они могут быть оценены количественно и нормированы.

§ психофизиологические элементы, обусловленные самим процессом труда. Из этой группы только часть факторов может быть оценена количественно.

§ эстетические факторы, характеризующие восприятие не работающим окружающей обстановки и ее элементов, количественно они оценены быть не могут.

§ социально-психологические факторы, характеризующие психологический климат в данном трудовом коллективе, количественно также не оценивается.

Охрана труда выявляет и изучает возможные причины производственных несчастных случаев, профессиональных заболеваний, аварий, пожаров и разрабатывает систему мероприятий и требований с целью устранения этих причин и создания, безопасных и благоприятных для человека условий труда.

8.1 Электромагнитные излучения, их воздействие на организм человека и принципы гигиенического нормирования и защиты

Среди различных физических факторов окружающей среды, которые могут оказывать неблагоприятное воздействие на человека и биологические объекты, большую сложность представляют электромагнитные поля неионизирующей природы, особенно относящиеся к радиочастотному излучению.

Электромагнитные поля - это особая форма существования материи, характеризующаяся совокупностью электрических и магнитных свойств. Основными параметрами, характеризующими электромагнитное поле, являются: частота, длина волны и скорость распространения.

Природные источники электромагнитных полей делят на две группы. Первая - поле Земли - постоянное электрическое и постоянное магнитное поле. Вторая группа - радиоволны, генерируемые космическими источниками (Солнце, звезды и т.д.), атмосферные процессы - разряды молний и т.д.

Естественное электрическое поле Земли создается избыточным отрицательным зарядом на поверхности; его напряженность обычно от 100 до 500 В/м. Грозовые облака могут увеличивать напряженность поля до десятков, а то и сотен кВ/м.

Антропогенные источники также делятся на 2 группы:

1) Источники низкочастотных излучений (0 - 3 кГц).

Эта группа включает в себя все системы производства, передачи и распределения электроэнергии (линии электропередачи, трансформаторные подстанции, электростанции, различные кабельные системы), домашнюю и офисную электро- и электронную технику, в том числе и мониторы ПК, транспорт на электроприводе, ж/д транспорт и его инфраструктуру, а также метро, троллейбусный и трамвайный транспорт.

2) Источники высокочастотных излучений (от 3 кГц до 300 ГГц).

К этой группе относятся функциональные передатчики - источники электромагнитного поля в целях передачи или получения информации. Это коммерческие передатчики (радио, телевидение), радиотелефоны (авто-, радиотелефоны, радио СВ, любительские радиопередатчики, производственные радиотелефоны), направленная радиосвязь (спутниковая радиосвязь, наземные релейные станции), навигация (воздушное сообщение, судоходство, радиоточка), локаторы (воздушное сообщение, судоходство, транспортные локаторы, контроль за воздушным транспортом). Сюда же относится различное технологическое оборудование, использующее СВЧ-излучение, переменные (50 Гц - 1 МГц) и импульсные поля, бытовое оборудование (СВЧ-печи), средства визуального отображения информации на электронно-лучевых трубках (мониторы ПК, телевизоры и пр.).

Степень биологического воздействия электромагнитных полей на организм человека зависит от частоты колебаний, напряженности и интенсивности поля, режима его генерации (импульсное, непрерывное), длительности воздействия.

Биологическое воздействие полей разных диапазонов неодинаково. Чем короче длина волны, тем большей энергией она обладает. Высокочастотные излучения могут ионизировать атомы или молекулы в соматических клетках - и Т.о. нарушать идущие в них процессы. А электромагнитные колебания длинноволнового спектра хоть и не выбивают электроны из внешних оболочек атомов и молекул, но способны нагревать органику, приводить молекулы в тепловое движение. Причем тепло это внутреннее - находящиеся на коже чувствительные датчики его не регистрируют. Чем меньше тело, тем лучше оно воспринимает коротковолновое излучение, чем больше - тем лучше воспринимает длинноволновое.

Особенно чувствительны к неблагоприятному воздействию электромагнетизма эмбрионы и дети.

Первичным проявлением действия электромагнитной энергии является нагрев, который может привести к изменениям и даже к повреждениям тканей и органов. Механизм поглощения энергии достаточно сложен. Наиболее чувствительными к действию электромагнитных полей являются центральная нервная система (субъективные ощущения при этом - повышенная утомляемость, головные боли и т.п.) и нейроэндокринная система.

С нарушением нейроэндокринной регуляции связывают эффект со стороны сердечно-сосудистой системы, системы крови, иммунитета, обменных процессов, воспроизводительной функции и др. Влияние на иммунную систему выражается в снижении фагоцитарной активности нейтрофилов, изменениях комплиментарной активности сыворотки крови, нарушении белкового обмена, угнетении Т-лимфоцитов. Возможны также изменение частоты пульса, сосудистых реакций. Описаны изменения кроветворения, нарушения со стороны эндокринной системы, метаболических процессов, заболевания органов зрения. Было установлено, что клинические проявления воздействия радиоволн наиболее часто характеризуются астеническими, астеновегетативными и гипоталамическими синдромами:

1. Астенический синдром. Этот синдром, как правило, наблюдается в начальных стадиях заболевания и проявляется жалобами на головную боль, повышенную утомляемость, раздражительность, нарушение сна, периодически возникающие боли в области сердца.

2. Астеновегетативный или синдром нейроциркулярной дистонии. Этот синдром характеризуется ваготонической направленностью реакций (гипотония, брадикардия и др.).

3. Гипоталамический синдром. Больные повышенно возбудимы, эмоционально лабильны, в отдельных случаях обнаруживаются признаки раннего атеросклероза, ишемической болезни сердца, гипертонической болезни.

Поля сверхвысоких частот могут оказывать воздействие на глаза, приводящее к возникновению катаракты (помутнению хрусталика), а умеренных - к изменению сетчатки глаза по типу ангиопатии.

В результате длительного пребывания в зоне действия электромагнитных полей наступают преждевременная утомляемость, сонливость или нарушение сна, появляются частые головные боли, наступает расстройство нервной системы и др.

Многократные повторные облучения малой интенсивности могут приводить к стойким функциональным расстройствам центральной нервной системы, стойким нервно-психическим заболеваниям, изменению кровяного давления, замедлению пульса, трофическим явлениям (выпадению волос, ломкости ногтей и т.п.).

В зависимости от диапазона частот в основу гигиенического нормирования электромагнитных излучений положены разные принципы. Критерием безопасности для человека, находящегося в электрическом поле промышленной частоты, принята напряжённость этого поля. Гигиенические нормы для персонала, который систематически находится в этой зоне, установлены ГОСТ 12.3.002-75 ('ССБТ. Процессы производственные. Общие требования безопасности')

Для постоянного магнитного поля предельно-допустимым уровнем на рабочем месте является напряжённость, которая не должна превышать 8 кА/м.

Защита организма человека от действия электромагнитных излучений предполагает снижение их интенсивности до уровней, не превышающих предельно допустимые. Защита обеспечивается выбором конкретных методов и средств, учетом их экономических показателей, простотой и надежностью эксплуатации.

8.2 Методы защиты здоровья людей от электромагнитного воздействия

Защита временем:

Применяется, когда нет возможности снизить интенсивность излучения в данной точке до предельно допустимого уровня. Путем обозначения, оповещения и т.п. ограничивается время нахождения людей в зоне выраженного воздействия электромагнитного поля. В действующих нормативных документах предусмотрена зависимость между интенсивностью плотности потока энергии и временем облучения.

Защита расстоянием:

Применяется, если невозможно ослабить воздействие другими мерами, в том числе и защитой временем.

Метод основан на падении интенсивности излучения, пропорциональном квадрату расстояния до источника.

Защита расстоянием положена в основу нормирования санитарно-защитных зон - необходимого разрыва между источниками поля и жилыми домами, служебными помещениями и т.п. Границы зон определяются расчетами для каждого конкретного случая размещения излучающей установки при работе её на максимальную мощность излучения.

Зоны с опасными уровнями излучения ограждаются, на ограждениях устанавливаются предупреждающие знаки с надписями: 'Не входить, опасно!'.

Инженерные мероприятия по защите людей от электромагнитного воздействия:

Инженерные защитные мероприятия строятся на использовании явления экранирования электромагнитных полей, либо на ограничении эмиссионных параметров источника поля (снижении интенсивности излучения). При этом второй метод применяется в основном на этапе проектирования излучающего объекта.

Для защиты населения от воздействия электромагнитных излучений могут применяться специальные строительные конструкции: металлическая сетка, металлический лист или любое другое проводящее покрытие, а также специально разработанные строительные материалы.

Индивидуальные средства защиты предназначены для предотвращения воздействия на организм человека ЭМИ с уровнями, превышающими предельно допустимые, когда применение иных средств невозможно или нецелесообразно. Они могут обеспечить общую защиту, либо защиту отдельных частей тела (локальная защита).

8.3 Общие положения оценки ЭМС

Оценка ЭМС РЭС включает расчет численных значений необходимых разносов по частоте и расстоянию потенциально несовместимых РПД и РМП, при которых в условиях воздействия РП обеспечивается функционирование РЭС с требуемым качеством. Результаты, полученные для конкретных РЭС с учетом принятой модели распространения радиоволн, представляют собой верхние значения без учета влияния рельефа местности.

Расчет уровней плотности потока мощности (ППМ) электромагнитного поля (ЭМП) от базовой станции БС радиодоступа выполняется в соответствии с 'Федеральными санитарными правилами, нормами и гигиеническими нормативами', утвержденными постановлением Госкомсанэпидемнадзора России 08.05.96г. (СанПиН 2.24/2.1.8.055-96), 'Методическими указаниями по определению уровней электромагнитного поля в местах размещения средств телевидения и ЧМ-радиовещания' утвержденными Главным Государственным санитарным врачом Российской Федерации 02.02.96г., МУК 4.3.045-96 и 'Методическими указаниями по определению уровней электромагнитного поля в местах размещения средств и объектов сухопутной подвижной радиосвязи ОВЧ и УВЧ диапазонов', утвержденными Главным Государственным санитарным врачом Российской Федерации 02.02.96г., МУК 4.3.046-96 (для БС).

В целях защиты населения от воздействия электромагнитных излучений радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ), создаваемых ПРТО, устанавливаются санитарно-защитные зоны и зоны ограничения застройки. Санитарно-защитной зоной (СЗЗ) является площадь, примыкающая к территории ПРТО. Внешняя граница санитарно-защитной зоны определяется на высоте 2м от поверхности земли по предельно допустимому уровню (ПДУ) ЭМИ РЧ, который для всех групп населения на территории жилой застройки и мест общего пользования составляет 10мкВт/см2 (согласно таблице 3.4 СанПиН 12.2.4/2.1.8.055-96).

Санитарно-защитная зона устанавливается с учетом перспективного развития объекта и населенного пункта, и отсчитывается от антенны.

Зоной ограничения застройки (ЗОЗ) является территория, где на высоте более двух метров от поверхности земли интенсивность ЭМИ РЧ превышает ПДУ, который для всех групп населения составляет 10мкВт/см2 (согласно таблице 3.4 СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96). Внешняя граница зоны ограничения застройки определяется по максимальной высоте зданий перспективной застройки, на высоте верхнего этажа которых интенсивность ЭМИ РЧ не превышает ПДУ.

Санитарно-защитная зона и зона ограничения застройки определяются расчетным путем и уточняются путем измерений плотности потока мощности электромагнитного поля.

Территорию 303 разрешается использовать для размещения застройки функционального различного назначения только при условии соблюдения предельно-допустимых уровней в местах пребывания людей.

Расчеты выполнялись на основании исходных данных и технических характеристик оборудования системы широкополосного доступа Motorola Canopy.

8.3.1 Расчет границ санитарно-защитной зоны и зоны ограничения застройки

Исходные данные для расчета СЗЗ и ЗОЗ для оборудования широкополосного радиодоступа Motorola Canopy представлены в таблице 8.1 и 8.2.

Таблица 8.1 - Исходные данные для Точки доступа

1

Тип передающей антенны

секторная

2

Диапазон рабочих частот

5,725-5,850 ГГц

3

Эквивалентная изотропно-излучаемая мощность (ЭИИМ)

1Вт

4

Коэффициент усиления антенны

17дБ

5

Азимуты ориентации антенны диаграммы направленности

секторная

6

Высота подвеса антенны от уровня земли

30 м

7

Ширина диаграммы направленности:

в горизонтальной плоскости

в вертикальной плоскости

60о

2,5о

Таблица 8.2 - Исходные данные для Транзитного модуля

1

Тип передающей антенны

панельная

2

Диапазон рабочих частот

5470-5725 ГГц

3

Эквивалентная изотропно-излучаемая мощность (ЭИИМ)

31,6 Вт

4

Коэффициент усиления антенны

23 дБ

5

Азимуты ориентации антенны диаграммы направленности

направленная

6

Высота подвеса антенны от уровня земли

46 и 24 м

7

Ширина диаграммы направленности:

в горизонтальной плоскости

в вертикальной плоскости

8о

8о

Расчет электрической составляющей ЭМП БС сухопутной радиосвязи производится в соответствии с методическими указаниями МУК 4.3.045-96.

Границы СЗЗ и ЗОЗ определяются на основе санитарных норм по известному распределению ЭМП.

Пересчет электрической составляющей ЭМП в плотность потока мощности (ППМ) производится по формуле 8.1:

(8.1)

где Е (В/м.) - значение электрической составляющей напряженности ЭМП, которое определяется по формуле 8.2:

(8.2)

Р - мощность на входе антенно-фидерного тракта, Вт;

G - коэффициент усиления антенны относительно изотропного излучателя, определяемый в направлении максимального излучения;

Пафт - коэффициент потерь в антенно-фидерном тракте ;

R - расстояние от геометрического центра антенны до точки наблюдения в м;

F () - нормированная ДН в горизонтальной плоскости;

F () - нормированная ДН в вертикальной плоскости;

Кф - множитель ослабления, учитывающий влияние отражающих поверхностей в условиях городской застройки (Кф = 1,15.1,3; т.к. антенны БС расположены на высотной башне Кф = 1,15).

В соответствии с исходными данными параметры Р и Пафт определяются эквивалентной изотропно-излучаемой мощностью (ЭИИМ). Таким образом, формула 8.2 примет вид 8.3:

(8.3)

Подставляя выражение для электрической составляющей ЭМП БС в формулу для ППМ ЭМП получаем следующее выражение 8.4:

(8.4)

При F () = 1, рассматривается распределение ППМ в горизонтальной плоскости ДН.

При F () = 1, рассматривается распределение ППМ в вертикальной плоскости ДН.

Предельно допустимый уровень (ПДУ) ППМ ЭМП для данного диапазона составляет 10мкВт/см2, следовательно, из формулы (8.5) можно определить расстояние в максимуме ДН, на котором этот уровень превышается:

(8.5)

где ПДУ - предельно допустимый уровень ППМ ЭМП для данного диапазона (10мкВт/см2).

Подставив свои значения, получим расстояние в максимуме ДН для кластера точек доступа:

Для транзитного модуля:

В результате вычислений граница зоны ограничения застройки для кластера точек доступа и транзитного модуля беспроводного радиодоступа системы Motorola Canopy по предельно допустимому уровню (10мкВт/см2) в направлении максимума ДН составит R=2,3 м и R=22,4 м соответственно.

Результаты расчетов и построений показывают:

· внешняя граница ЗОЗ по высоте 30 м от земли для приемо-передающих антенн составит 2,3 м, а по высоте 24 и 46 м составит 22,4 м.

· СЗЗ от работы приемо-передающих антенн отсутствует.

Результаты расчетов интенсивности ЭМИ РЧ на прилегающей к приемо-передающим антеннам системы фиксированного абонентского радиодоступа позволяют сделать следующие выводы:

· Санитарно-защитная зона, определяемая на высоте 2м от поверхности земли по ПДУ=10мкВт/см2 отсутствует.

· Максимальная протяженность зон ограничения застройки составляет: 2,3 м и 22,4 м.

· Вновь устанавливаемые конструкции на башне, где размещены антенны, не должны попадать в зоны ограничения застройки.

· Работа проектируемой системы не создает опасности для здоровья населения и обслуживающего персонала на прилегающей к ПРТО территории, поскольку уровни ЭМИ РЧ в местах возможного их нахождения будут существенно ниже допустимых норм.

· Проведение ремонтных и настроечных работ антенн допускается только при выключенных передатчиках базовой станций.

Вредные выбросы от технологического оборудования отсутствуют. Это позволяет сделать вывод о безопасности проектируемого оборудования.

8.4 Охрана труда при строительно-монтажных работах оборудования связи

Оборудование Сanopy, фирмы Motorola, используемое в дипломном проекте имеет сертификат соответствия, содержащий требования безопасности.

Согласно СН и П 12-03-01 'Безопасность труда в строительстве. Часть1. Общие требования' запрещается размещать оборудование и производить его монтаж и настройку в помещениях, где не закончены ремонтно-строительные работы.

В производственных помещениях распаковка оборудования запрещается. Распаковка должна производиться в помещении, расположенном смежном или поблизости от производственных помещений. Для распаковки может быть использован коридор или другое помещение.

В соответствии с требованиями ПУЭ, ГОСТ 12.2.007.0-75 ('ССБТ. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности'.) металлические части оборудования, которые вследствие повреждения изоляции могут оказаться под электрическим напряжением выше 42 В переменного тока и выше 110 В постоянного тока, должны быть заземлены.

При проведении строительно-монтажных работ должен использоваться электроинструмент с напряжением 42 В. При работах на высоте используются стремянки. При обслуживании и ремонте электроустановок запрещается применение металлических стремянок.

Все работы должны производиться согласно документу 'Правила по охране труда при работах на телефонных станциях и телеграфах' ПОТ РО-45-007-96.

8.5 Требования безопасности при эксплуатации антенно-мачтовых сооружений

В данном проекте предусматривается установка антенн на радиобашни, высота которых находится в диапазоне 24-50 м.

К работам на высоте допускаются лица, которым разрешена работа на высоте. Работы на конструкциях, не имеющих ограждения, а также работы, связанные с выходом за пределы ограждений, должны выполняться верхолазами. К самостоятельным верхолазным работам допускаются, лица (рабочие и инженерно-технические работники) не моложе 18 лет, прошедшие медицинский осмотр и признанные годными, имеющие стаж верхолазных работ не менее одного года и тарифный разряд не ниже третьего.

Верхолазными считаются работы, выполняемые на высоте более 5 м от поверхности земли, перекрытия или рабочего настила, над которыми производятся работы непосредственно с конструкций при монтаже или ремонте, при этом основным средством, предохраняющим работающих от падения с высоты, является предохранительный пояс.

При работах на опоре в опасную зону разрешается входить только лицам, непосредственно связанным с работой, при условии использования защитных касок. Опасная зона вокруг мачт и башен определяется при эксплуатации и ремонте расстоянием от центра опоры (мачты, башни), равным 1/3 ее высоты.

Подъем людей на антенно-мачтовые сооружения запрещается:

· при неснятом напряжении свыше 42 В;

· во время грозы и при ее приближении;

· при гололеде, сильном дожде, снегопаде или тумане;

· при не пристегнутом к люльке карабине предохранительного пояса;

· при скорости ветра выше 12 м/с;, в темное время;

· на подъемном устройстве, срок очередного испытания которого истек;

· на бракованных канатах; при неисправной лебедке;

· без защитной каски и предохранительного пояса.

Антенщику - мачтовику разрешается выполнять ремонтные работы на опоре лишь после того, как он прикрепится к ее конструкциям предохранительным поясом. Красить опоры следует с лестниц, подмостей или с люльки.

Антенщики-мачтовики должны работать в защитных касках и специальной обуви (сапоги, ботинки без металлических гвоздей и подковок и с нескользящими подошвами).

Работы на АМС должны выполняться не менее чем двумя мачтовиками, один из которых является наблюдающим. Наблюдающий должен находиться от центра основания опоры на расстоянии не ближе одной трети ее высоты и иметь при себе монтерский пояс, а в случае работ на деревянных опорах - и когти.

Сварочные работы разрешается производить с инвентарной люльки подъемного устройства при условии подвески люльки к грузовому канату.

Во время грозы и при ее приближении запрещается находиться около заземлителей. Работы на антенном поле необходимо прекратить, а людей перевести в помещение. На местах установки заземлителей должны быть установлены предупредительные плакаты 'Стой. Напряжение'.

8.6 Молниезащита

Молниезащита - целый комплекс технических решений и специальных приспособлений. Молниезащита нужна для защиты от прямого удара молнии в здание, защиты от вторичных её проявлений, таких как перенапряжения (наводки, возникающие в электрических цепях при грозовом разряде).

Молниезащита разделяется на внешнюю и внутреннюю.

Внешняя молниезащита представляет собой систему, обеспечивающую перехват молнии и отвод её в землю, тем самым, защищая от повреждения и пожара.

Внутренняя молниезащиты представляет собой комплекс мер и устройств (УЗИП) предназначенных для уравнивания потенциалов: исключает возможность возникновения опасного напряжения в электрических цепях и трубопроводах входящих в здание.

Состав внешней молниезащиты:

Молниеприемник - устройство, перехватывающее разряд молнии (громоотвод).

Тоководы (спуски) это часть системы молниезащиты, предназначенная для отвода тока молнии от молниеприемника к заземлителю.

Заземлитель - металлический проводник в заглубленный в почву, обеспечивающий растекание тока молнии в землю.

Внутренняя молниезащита состоит из устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) и эффективной системы заземления.

Все компоненты системы молниезащиты должны быть спроектированы и смонтированы с соблюдением требований нормативных документов, таких как: СО 153-34.21.122-2003 и РД 34.21.122-87.

8.7 Электробезопасность

Электробезопасность - система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества.

Обслуживание электроустановок поручается лицам, прошедшим медицинский осмотр и специальное обучение.

Первая доврачебная помощь при несчастных случаях от электрического тока состоит из двух этапов: освобождение пострадавшего от действия тока и оказание ему медицинской помощи.

Основными мерами защиты от поражения током являются:

· обеспечение недоступности токоведущих частей, находящихся под напряжением, для случайного прикосновения; электрическое разделение сети;

· устранение опасности поражения при появлении напряжения на корпусах и других частях электрооборудования, что достигается применением малых напряжений, использованием двойной изоляции, выравниванием потенциала, защитным заземлением, защитным отключением.

Недоступность токоведущих частей электроустановок для случайного прикосновения может быть обеспечена рядом способов: изоляцией токоведущих частей, размещением их на недоступной высоте, ограждением.

8.8 Пожаробезопасность

Под пожарной безопасностью понимается такое состояние объекта, при котором с большой вероятностью предотвращается возможность возникновение пожара, а в случае его возникновения обеспечивается эффективная защита людей от опасных и вредных факторов пожара и спасение материальных ценностей.

Пожарная безопасность производственных объектов обеспечивается разработкой и осуществлением систем предотвращение пожаров и систем пожарной защиты. Помещения должны быть оборудованы противопожарными средствами для тушения возгорания (огнетушителями). Эта задача решается как на стадии проектирования оборудования, так и в процессе его эксплуатации.

Факторами, вызывающими возгорание, являются компьютеры и другие электрические приборы. Весьма распространённым источником пожара является курение в недозволенных местах и неосторожное обращение с огнем персонала. Распространение и источники зажигания, связанны с использованием электрической энергии. Это, прежде всего короткие замыкания, которые сопровождаются большим тепловыделением, образованием в зоне замыкания дуги с разбрызгиванием металла.

Поскольку в рассматриваемом случае при возгораниях электроустройства могут находиться под напряжением, то использовать воду и пену для тушения пожара недопустимо, поскольку это может привести к электрическим травмам. Поэтому для тушения пожаров в рассматриваемом помещении можно использовать либо порошковые составы, либо установки углекислотного тушения. Но поскольку последние предназначены только для тушения небольших очагов возгорания, то область их применения ограничена. Поэтому для тушения пожаров в данном случае применяются порошковые составы, так как они обладают следующими свойствами: диэлектрики, практически не токсичны, не оказывают коррозийного воздействия на металлы, не разрушают диэлектрические лаки.

Установки порошкового пожаротушения могут быть как переносными, так и стационарными, причем стационарные могут быть с ручным, дистанционным и автоматическим включением. В настоящее время освоены модульные порошковые установки ОПА-50, ОПА-100, УАПП.

8.9 Организация и улучшение условий труда на рабочем месте

Организация работы по охране труда возлагается на начальника, главного инженера и заместителей начальника, которые несут ответственность за соблюдение действующего законодательства по охране труда, выполнение правил, норм, инструкций и решений вышестоящих организаций по охране труда.

Организация и улучшение условий труда на рабочем месте является одним из важнейших резервов производительности труда и экономической эффективности производства, а также дальнейшего развития самого работающего человека. В этом главное проявление социального и экономического значения организации и улучшения условий труда.

Для поддержания длительной работоспособности человека большое значение имеет режим труда и отдыха. Под рациональным физиологически обоснованным режимом труда и отдыха подразумевается такое чередование периодов работы с периодом отдыха, при котором достигается высокая эффективность общественно-полезной деятельности человека, хорошее состояние здоровья, высокий уровень работоспособности и производительности труда.

После установления нормального производственного процесса, сменный режим труда и отдыха рабочих становится фактором ритмизации труда, эффективным средством предупреждения утомления работающих.

Для поддержания длительной работоспособности человека имеет большое значение не только суточный и недельный режим труда и отдыха, но и месячный, поэтому законодательством о труде предусмотрен еженедельный непрерывный отдых продолжительностью не менее сорока двух часов. А рациональный годовой режим труда и отдыха обеспечивается ежегодным отпуском.

Для создания оптимальных условий труда на рабочем месте необходимо, чтобы на предприятии были установлены оптимальные показатели этих условий для каждого вида производства, состоящие из данных, характеризующих производственную среду. Для получения доступа к работе все принимаемые должны проверить состояние здоровья, т.е. пройти медицинский профотбор.

Заключение

В ходе дипломного проектирования был затронут вопрос организации широкополосного доступа в коттеджном микрорайоне Чистопрудный, отмечалась важность развития широкополосной связи и её рентабельность.

Произведен анализ существующей сети связи, определены недостатки данной сети и пути их устранения, выбрана стратегия построения широкополосной сети.

Новая сеть связи строится на базе беспроводного широкополосного доступа с использованием технологии WiMAX. Основу транспортной сети составляет IP-протокол, который служит для доставки мультимедийной информации.

В пятой главе проекта была проведена работа выбора оборудования беспроводного широкополосного доступа WiMAX. Предпочтение отдалось оборудованию Canopy компании Motorola, одному из мировых разработчиков и производителей решений в области беспроводных систем связи, пользующихся наибольшим доверием во всем мире. Оборудование Motorola Canopy обеспечивает высокоскоростное подключение к сетям связи и предлагает широкий диапазон приложений для различных сетевых сред, что позволяет организовать услуги широкополосной беспроводной связи.

Для организации беспроводной широкополосной связи WiMAX в микрорайоне Чистопрудный дипломным проектом проведены расчеты пропускной способности, что составило 114 Мбит/с.

В ходе дипломного проектирования для организации беспроводного широкополосного доступа был построен профиль интервала Ижевск-Чистопрудный и рассчитаны качественные показатели данного пролета связи. В результате расчетов доказано, что полученные качественные показатели удовлетворяют международным требованиям.

Для организации радиодоступа WiMAX в микрорайоне дипломным проектом проведен расчет зоны покрытия радиосвязью для различных типов модуляции (QPSK, 16QAM, 64QAM), в которых может работать оборудование Motorola-Canopy. Максимальный размер зоны покрытия 38 км в условиях прямой видимости и 2 км при отсутствии достигается в идеальных условиях при модуляции QPSK. Что доказывает наличие уверенного приема широкополосного сигнала.

В целях защиты населения от воздействия электромагнитных излучений радиочастотного диапазона в дипломном проекте были рассчитаны границы зон ограничения застройки, что составило 2,3 м для кластера точек доступа и 22,4 м для транзитного модуля. Санитарно-защитные зоны отсутствуют.

В дипломном проекте для установки и монтажа оборудования проведены расчеты электропитающих устройств и заземляющего контура. Общее сопротивление контура 3,3 Ом не превышает нормированного значения 4 Ом, следовательно проектируемый контур заземления не создаст опасности для жизнедеятельности обслуживающего персонала и обеспечит бесперебойную эксплуатацию радиооборудования.

В экономической части дипломного проекта произведен расчет капитальных вложений, которые составляют 3 894 979 рублей при 2 922 108,53 рублях эксплуатационных расходов. Срок окупаемости проекта при данных показателях составит 1 год и 9 месяцев.

В дипломном проекте рассмотрены вопросы экологии, охраны труда и техники безопасности персонала, обслуживающего оборудование беспроводного доступа.

Таким образом, организация беспроводного широкополосного доступа WiMAX в коттеджном микрорайоне Чистопрудный является перспективными решением. Широкополосный доступ позволит реализовать в микрорайоне различные виды мультимедиа услуг, что обеспечит оператору связи увеличение клиентской базы и принесет дополнительную прибыль оператору связи.

Список используемой литературы

1. Мирошников Д.Г. Решения беспроводного доступа. М.: Мобильные коммуникации, 1999.

2. Калинин Ф.И. - Расчет трасс радиорелейных линий - М, Связь; 1964.

3. Вишневский В.М., Ляхов А.И., Портной С.Л., Шахнович И.В. Широкополосные беспроводные сети передачи информации. М.: Техносфера, 2005-592 с.

4. Речкунов М.В. Пути развития WiMAX в России // Вестник связи, №1-2008.

5. Дьяков В.И. Типовые расчеты по электрооборудованию: Практ. пособие - 7-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1991. - 160 с.

6. Девицына С.Н. Методическое указание по дипломному проектированию по специальностям: 'Сети связи и системы коммуникаций'. - Ижевск.: Изд-во ИжГТУ, 2006.

7. Трибушная В.Х. Учебно-методическое пособие для выполнения раздела 'Технико-экономическое обоснование дипломного проекта' - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2002. - 25 с.

8. Севастьянов Б.В., Лисина Е.Б. Учебно-методическое пособие для выполнения раздела 'Безопасность и экологичность проекта' в дипломном проектировании. - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2002. - 61 с.

9. http://www.unidata.com.ua/ - Васильев В.Г. Технология широкополосного беспроводного доступа WiMAX стандарта IEEE 802.16.

10. http://hitech. tomsk.ru/newsinternet/ - Габитов М. Рынок WiMAX в России по версии J & P.

11. http://www.f1cd.ru/ - Чистяков В. Развитие WiMAX.

12. http://www.glob-com.ru/ - Описание работы системы CANOPY.

13. http://www.telecor.ru/ - описание оборудования 'Точка-точка' OFDM PTP400/600.

14. http://www.radio-rai.ru/ - описание оборудования Точка доступа Motorola Canopy AP 400 (CAP5440).

15. http://www.integrapro.ru/ - официальный сайт Интегра Про.

16. http://www.ciscoprice.ru/ - технические характеристики Cisco Catalyst 4000.

ref.by 2006—2025
contextus@mail.ru