Анализ и моделирование зоны покрытия сети 5G на примере поселка Морки, Республики Марий Эл

Введение 5
Глава 1. Технологии построения сетей сотовой связи пятого поколения 8
1.1. Общая характеристика и особенности цифровых систем связи стандарта 5G 8
1.2. Принципы построения и архитектура стандарта 5G 12
1.3. Тенденция использования в Российской Федерации сети радиосвязи 5G/IMT-2020 16
Глава 2. Определение основных услуг, предоставляемых новым поколением 24
2.1. Определение основных услуг и сервисов, предоставляемых в сетях 5G/IMT-2020 24
2.2. Тенденции развития видеоконтента в традиционном телевидении и в интернете 27
2.3. Перспективы развития технологий доставки видеоконтента 34
2.4. Телевидение и 5G 44
Глава 3. Проектирование сети стандарта 5G 47
3.1. Оценка зоны радиопокрытия проектируемой сети 47
3.2. Пропускная способность одной ячейки БС 54
3.3. Расчёт пропускной способности (ёмкости) сети 56
3.4 Расчет стоимости оборудования для реализации проекта 68
Заключение 72
Список литературы 74

Весь текст будет доступен после покупки

Сотовая связь является неотъемлемой частью современной жизни, обеспечивая возможность общения и доступа к информации в любом месте и в любое время. С развитием технологий и увеличением числа пользователей возникает необходимость в постоянном улучшении качества и покрытия сотовых сетей. Одной из ключевых составляющих сотовой связи является базовая станция (БС), которая обеспечивает передачу данных и сигнала между мобильными устройствами и сетью оператора. Базовая станция представляет собой комплекс приемо-передающих устройств, целью и задачей которой является обслуживание группы абонентов.
В настоящее время основные мобильные системы связи работают на частотах до 3 ГГц (ограничиваясь рабочей частотой 2665 МГц для сетей LTE), примером такой системы связи является стандарт 4G, при этом обеспечивается скорость передачи данных до 100 Мбит/с. С одной стороны, данные показатели очень хороши для современного пользователя, а с другой – потребности растут с каждым годом, и в ближайшем будущем этого может не хватить для удовлетворения спроса. Эта проблема связана с увеличением числа устройств, работающих на указанных частотах, например, устройств, функционирующих в системе интернета вещей (Internet of Things — IoT). С целью повышения пропускной способности канала связи требуется повышение несущей частоты.
Для решения таких проблем разрабатываются и вводятся новые стандарты связи, такие как 5G и 6G. Стандарт 5G работает в полосе частот FR1 (Frequency Range 1: 600–6000 МГц) и в полосе частот FR2 (Frequency Range 2: 24–100 ГГц). Стандарт 6G еще находится на этапе разработки, но предполагается, что он будет работать на частотах от 30 ГГц. Такие значения частоты определены из соображений, что работа в миллиметровых диапазонах длин волн позволит достичь скоростей порядка 10 Гбит/с.
С переходом на новый частотный диапазон появились новые проблемы. Основной из них является малая проникающая способность. Такие каналы связи крайне чувствительны к затуханиям и поглощениям. Это происходит из-за специфики коротких длин волн, а именно при проникновении в среду волна начинает взаимодействовать с частицами материала. Чем короче длина волны, тем большее число частиц участвует во взаимодействии, а следовательно, и потери энергии будут больше [1]. Особенно заметна эта проблема в условиях городской застройки, где расположено множество зданий и различного рода перекрытий, создающих «теневые зоны» для доступа сигнала от БС до пользовательского оборудования.
Для такого частотного диапазона, чтобы сигнал достиг оконечного пользователя, важнейшим условием является наличие прямой видимости от БС до UE.
Проблема первого варианта заключается в дороговизне нового оборудования. Такой подход требует значительных денежных вложений, а в результате КПД сети будет падать, так как полезная нагрузка на уже установленные БС будет уменьшаться. Установка ретрансляторов — хороший способ устранения теневых зон, однако его реализации сопутствует проблема размещения, так как ретранслятор не является пассивным устройством и требует постоянного источника питания.
Многообещающим развитием ретрансляторов являются реконфигурируемые интеллектуальные поверхности (РИП) [2], которые позволят решить вышеперечисленные проблемы.
Суммируя все сказанное, можно определить следующую цель работы – разработать алгоритм размещения РИП на местности для достижения максимального числа связей между пользовательским оборудованием и БС для систем связи 5G и 6G миллиметрового диапазона.

Весь текст будет доступен после покупки

Глава 1. Технологии построения сетей сотовой связи пятого поколения

1.1. Общая характеристика и особенности цифровых систем связи стандарта 5G
5G представляет собой пятое поколение мобильной связи, характеризующееся высокоскоростным доступом к интернету и практически мгновенным откликом сети. Эта технология обеспечивает не только значительно повышенные скорости обмена данными, но и минимальную задержку передачи сигнала, составляющую всего 1–2 миллисекунды, что, в свою очередь, открывает возможность для реализации принципиально новых решений и услуг, недоступных в сетях 4G. Большинство таких инноваций связано с передачей видеоизображений и других видов тяжеловесного контента [1].
Как ожидается, внедрение 5G приведёт к повышению качества обслуживания конечных пользователей за счёт предоставления приложений и услуг на гигабитных скоростях, а также к существенному улучшению эффективности и надёжности сетей. Данная технология будет опираться на достижения сетей подвижной связи второго, третьего и четвёртого поколений, которые способствовали трансформации общества путём поддержки развития новых услуг и бизнес-моделей. Кроме того, 5G позволит операторам беспроводной связи выйти за пределы традиционного предоставления услуг подключения, разработав многофункциональные решения и услуги для потребителей и промышленности в широком спектре отраслей по приемлемым ценам. Наконец, эта технология создаст условия для внедрения конвергированных проводных и беспроводных сетей, в частности предоставив возможности для интеграции систем управления сетями.
Ожидается, что коммерческое развёртывание сетей 5G начнётся после 2020 года, при этом скорость передачи данных в таких сетях резко возрастёт, а время задержки значительно уменьшится по сравнению с сетями 3G и 4G. В таблице 1 представлен сравнительный анализ характеристик технологий мобильной связи [2].
Таблица 1 – Развитие сетей подвижной связи.
Период / Поколение 1980-е годы (1G) 1990-е годы (2G) 2000-е годы (3G) 2010-е годы (4G) 2020-е годы (5G)
Требования к классу 2 кВт/ч 384 кВт/ч 56 кВт/ч 11 кВт/ч 10 кВт/ч
Всем классам H? 629 мл 212 мл 60,98 мл <1 мл <1 мл

В сетях пятого поколения (5G) ожидается существенное снижение времени задержки, которое, по прогнозам, не превысит 1 мс; это снижение приобретает особую значимость в контексте предоставления критически важных услуг, где передача данных строго привязана к временным параметрам, обеспечивая тем самым беспрецедентную оперативность и надежность. Благодаря потенциалу высокоскоростной передачи данных, сети 5G способны эффективно поддерживать обширный спектр услуг широкополосной связи с повышенной пропускной способностью, выступая в роли перспективной альтернативы традиционным методам доступа «последней мили», таким как волоконно-оптические линии до дома (FTTH) или медные кабельные системы, что способствует оптимизации инфраструктуры и расширению охвата.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Андреев, Р.Н. Теория электрической связи: курс лекций /Р.Н. Андреев, Р.П. Краснов, М.Ю. Чепелев. – Москва: Горячая линия – Телеком, 2014. – 230 с.
2. Андреев, С. Д. Разработка и исследование моделей множественного доступа и алгоритмов управления потоками трафика для гетерогенных беспроводных сетей: автореф. дис. ... д-р. техн. наук : 05.12.13 / С. Д.Андреев; РУДН. – 2018. – 44 с.
3. Бакулин, М. Г. Проблема повышения спектральной эффективности и емкости в перспективных системах связи 6G / М. Г. Бакулин, В. Б. Крейнделин // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. – 2020. – Т. 14. – № 2. – С. 25-31.
4. Бакулин, М. Г. Технологии в системах радиосвязи на пути к 5G / М. Г. Бакулин, В. Б. Крейнделин, Д. Ю. Панкратов. – Москва : Горячая линия – Телеком, 2018. – 279 с. : ил. – Библиогр.: с. 265-275.
5. Богдашкин, А. М. Отличительные особенности сетей нового поколения 5G и направления, на которые мобильная связь нового поколение окажет значительное влияние / А. М. Богдашкин. // Скиф. Вопросы студенческой науки. – 2021. – № 7 (59). – С. 93-97.
6. Болховская, О.В., Прототип приемо-передающего оборудования скоростной передачи данных в частотном диапазоне 57-64 ГГц / О.В. Болховская, Г.А. Ермолаев, С.Н. Трушков, А.А. Мальцев // Труды учебных заведений связи – 2023 – Т. 9 – № 2 – С. 23-39.
7. Бородин, А. С. Разработка и исследование методов построения сетей связи пятого поколения: дис. ... канд. техн. наук : 05.12.13 / А.С. Бородин; рук. работы А. Е. Кучерявый; СПбГУТ. – 2019. – 119 с. 5.

Весь текст будет доступен после покупки