Расчет дальности работы беспроводного канала связи.

Суммарное усиление системы рассчитывается по формуле:

 

, дБ (1)

 

где - мощность передатчика, дБм;

- коэффициент усиления передающей антенны, дБи;

- коэффициент усиления приемной антенны, дБи;

- чувствительность приемника на данной скорости, дБм;

- потери сигнала в коаксиальном кабеле и разъемах передающего тракта, дБ;

- потери сигнала в коаксиальном кабеле и разъемах приемного тракта, дБ.

Потерь между беспроводными точками и их антеннами нет.

 

Потери в свободном пространстве (Free Space Loss) рассчитываются по формуле:

 

, дБ (2)

 

где SOM (System Operating Margin) - запас в энергетике радиосвязи, дБ.

Таблица 4 – Технические характеристики беспроводных точек доступа и адаптеров

 

параметр	стандарт	Скорость, Мбит/с	Беспроводной адаптер DWA-126	Беспроводная точка доступа DAP-1155	Беспроводная точка доступа DWL-3200AP	Беспроводной адаптер DWA-643	Беспроводной адаптер DWA-548	Беспроводная точка доступа DAP-1360	Беспроводной адаптер PCI-G31	Беспроводная точка доступа ASUS WL-330
Выходная мощность передатчика, дБм	IEEE 802.11b:		+ 19	+ 17		+ 17	+ 16	+ 17	+ 15	+ 19
	+ 19	+ 17	+ 7	+ 17	+ 16	+ 17	+ 15	+ 19
5,5	+ 19	+ 17	+ 13	+ 17	+ 16	+ 17	+ 15	+ 19
	+ 19	+ 17	+ 20	+ 17	+ 16	+ 17	+ 15	+ 19
IEEE 802.11g:		+ 20	+ 15		+ 17	+ 17	+ 15	+ 12	+ 17
	+ 18	+ 13	+ 7	+ 17	+ 17	+ 15	+ 12	+ 17
	+ 18	+ 13	+ 10	+ 17	+ 17	+ 15	+ 12	+ 17
	+ 18	+ 13	+ 13	+ 17	+ 17	+ 15	+ 12	+ 17
	+ 18	+ 13	+ 15	+ 16	+ 17	+ 15	+ 12	+ 17
	+ 18	+ 13	+ 18	+ 16	+ 15	+ 15	+ 12	+ 17
	+ 18	+ 13	+ 20	+ 15	+ 15	+ 15	+ 12	+ 17
	+ 18	+ 13	+ 20	+ 15	+ 14	+ 15	+ 12	+ 17
Чувствительность приемника, дБм	IEEE 802.11b:		-80	–90	-94	–90	-76	-86	-85	-95
	-80	–88	-90	–88	-76	-86	-85	-95
5,5	-80	–87	-89	–82	-76	-85	-85	-85
	-76	–83	-85	–85	-76	-82	-85	-85
IEEE 802.11g:		-82	–88	-90	–82	-82	-85	-72	-73
	-81	–86	-84	–81	-81	-85	-72	-73
	-79	–85	-82	–79	-79	-84	-72	-73
	-77	–83	-80	–77	-77	-83	-72	-73
	-74	–79	-77	–74	-74	-81	-72	-73
	-70	–77	-73	–70	-70	-78	-72	-73
	-66	–72	-72	–66	-66	-74	-72	-73
	-65	–71	-72	–65		-72	-72	-73
Коэффициент усиления антенны,дБи								1.25

Учитывает возможные факторы, отрицательно влияющие на дальность связи, такие как:

- температурный дрейф чувствительности приемника и выходной мощности передатчика;

- всевозможные атмосферные явления: туман, снег, дождь;

- рассогласование антенны, приемника, передатчика с антенно-фидерным трактом.

Параметр SOM обычно берется равным 10 дБ. Считается, что 10 -децибельный запас по усилению достаточен.

Дальность связи рассчитывается по формуле:

 

, км (3)

 

где F – центральная частота канала, на которой работает система связи (таблица 5).

 

Таблица 5 – Центральная частота канала

 

Канал	Центральная частота, МГц

 

Потери в свободном пространстве (Free Space Loss) так же можно рассчитать по формуле:

, дБ (4)

Пример:

Расчет дальности работы беспроводного канала связи на скорости 54 Мбит/с для точки доступа DWL-2100AP и беспроводного адаптера DWL-G132.

Паспортные характеристики:

-мощность передатчика DWL-2100AP на скорости 54 Мбит/с: 16 дБм;

-чувствительность DWL-G132 на скорости 54 Мбит/с: -66 дБм;

-коэффициент усиления штатной антенны DWL-2100AP: 2 дБи;

-коэффициент усиления штатной антенны DWL-G132: 0 дБи.

 

Суммарное усиление системы рассчитывается по формуле:

 

, дБ (5)

 

дБ

 

Потери в свободном пространстве (Free Space Loss) рассчитываются по формуле:

 

, дБ (6)

 

дБ

Дальность связи рассчитывается по формуле (в качестве примера возьмем шестой канал):

 

, км (7)

 

км

 

Потери в свободном пространстве (Free Space Loss) так же можно рассчитать по формуле:

 

, дБ (8)

 

дБ.

Задание 3

 

1. Поясните назначение технологии PON.

2. Приведите краткое описание технологии PON.

3. Сравните стандарты технологии PON. Результаты сравнения занесите в таблицу 6.

4. Изобразите фрагмент проектируемой сети. Рассчитайте оптический бюджет потерь и сравните его с динамическим диапазоном (исходные данные приведены в таблице 7).

 

 

Методические указания по выполнению задания 3

Содержание ответа

 

1 Назначение технологии PON.

2 Краткое описание технологии PON.

3 Сравнение стандартов технологии PON.

 

Таблица 6 – Результаты сравнения

Сравнение стандартов технологии PON
Характеристики	GPON	NG-PON	WDM PON	10G GPON
Дата принятия стандарта
Стандарт
Скорость передачи, прямой/обратный поток, Мбит/с
Базовый протокол
Максимальный радиус сети, км
Максимальное число абонентских узлов на одно волокно

 

 

 

Таблица 7 Исходные данные

 

№ варианта	Параметры	OLT – ONT1	OLT – ONT2	OLT – ONT3	OLT – ONT4
	L, км	0,735	1,364	1,964	2,574
Nр, шт
Nс, шт
Тип разветвителя	1:64	1:32	1:32	1:8
	L, км	0,875	1,271	1,834	2,362
Nр, шт
Nс, шт
Тип разветвителя	1:32	1:32	1:16	1:16
	L, км	0,541	0,936	1,552	1,994
Nр, шт
Nс, шт
Тип разветвителя	1:16	1:32	1:8	1:32
	L, км	0,628	1,123	1,735	2,229
Nр, шт
Nс, шт
Тип разветвителя	1:64	1:8	1:16	1:32
	L, км	0,594	1,115	1,864	2,003
Nр, шт
Nс, шт
Тип разветвителя	1:32	1:32	1:16	1:16
	L, км	0,735	1,271	1,552	2,229
Nр, шт
Nс, шт
Тип разветвителя	1:64	1:32	1:8	1:32
	L, км	0,875	0,936	1,735	2,003
Nр, шт
Nс, шт
Тип разветвителя	1:32	1:32	1:16	1:16
	L, км	0,541	1,123	1,864	2,574
Nр, шт
Nс, шт
Тип разветвителя	1:16	1:8	1:16	1:8
	L, км	0,628	1,115	1,964	2,362
Nр, шт
Nс, шт
Тип разветвителя	1:64	1:32	1:32	1:16
	L, км	0,594	1,364	1,834	1,994
Nр, шт
Nс, шт
Тип разветвителя	1:32	1:32	1:16	1:32

 

 

4 Расчет оптического бюджета пассивной оптической сети.

 

Важнейшая часть проектирования инфраструктуры сети PON – расчет бюджета оптической линии.

Расчет оптического бюджета и конфигурации сети – осуществить из условия наличия резерва уровня сигнала 5-7 дБ на оптическом разъеме абонентской розетки. Между тем никаких жестких правил относительно величины запаса мощности не существует. Необходимый запас зависит от типа волоконно-оптического кабеля, соединителей и применяемого оборудования. Если сделать запас мощности нулевым, то волоконно-оптическая линия должна иметь в точности ту оптическую мощность, которая необходима для преодоления потерь в кабеле и соединителях (при этом малейшее дополнительное ослабление сигнала чревато ухудшением характеристик передачи). Такого "нулевого варианта" следует избегать.

Абоненты обычно находятся на различном расстоянии от головной станции и при равномерном делении мощности в каждом разветвителе, мощность на входе каждого ONT будет различна. Подбор параметров разветвителей связан не только с количеством подключаемых абонентов, но и с необходимостью получения на входе каждого абонентского терминала сети примерно одинакового уровня оптической мощности, т.е. необходимо построить так называемую сбалансированную сеть.

 

Таблица 8 - Технические характеристики OLT LTE-8ST

 

Мощность передатчика	от +2 до +7 дБ в соответствии с 1000BASE-PX20-D,U
Чувствительность приемника	от -30 до -6 дБ
Бюджет оптической мощности upstream/downstream	30,5 дБ/30 дБ

 

Таблица 9 - Технические характеристики ONT NTE-2

 

Мощность передатчика	от +0,5 до +5 дБ
Чувствительность приемника	от -28 до -8 дБ
Бюджет оптической мощности upstream/downstream	30,5 дБ/30 дБ

 

Это принципиально важно по двум причинам. Во-первых, для дальнейшего развития сети важно иметь примерно равномерный запас по затуханию в каждой ветви «дерева» PON. Во-вторых, если сеть не сбалансирована, то на станционный терминал OLT от различных ONT будут приходить в общем потоке сигналы, сильно отличающиеся по уровню. Система детектирования не в состоянии отрабатывать значительные перепады (более 10 - 15 дБ) принимаемых сигналов, что значительно увеличит количество ошибок при приеме обратного потока.

Оптическим бюджетом принято считать максимальное значение затухания в оптическом волокне от OLT коммутатора до ONT. Алгоритм расчета выглядит следующим образом: расчет суммарных потерь для каждой ветви без учета потерь в разветвителях; расчет бюджета потерь для каждого абонентского терминала с учетом потерь во всех элементах цепи, сравнение его с динамическим диапазоном системы.

В данной дипломной работе архитектура построения сети доступа выбрана централизованна, так как установленные разветвители включены в индивидуальный порт OLT. Так же затраты на оборудование можно разбить на этапы, для первого этапа предполагается использование одного OLT, дополнительные сплиттера будут устанавливается лишь тогда, когда на первых не останется свободных портов, для чего и потребуется установка дополнительных станционных блоков. Такое модульное наращивание ресурсов инфраструктуры означает также повышение эффективности использования портов и оборудования OLT центрального узла. Но в рамках дипломной работы построение распределительной сети и установка оборудования будет выполнена сразу и в объеме не менее 70%.

Рассчитаем самый ближайший ONT, ONT на средней удаленности и самый удаленный по отношению к OLT ONT. Расчет произведем для того, чтобы наглядно показать, что проектируемая сеть доступа будет работать.

Для каждой оптической линии представим все потери (между OLT и ONT) в виде суммы затуханий , дБ, всех компонентов для потока downstream к абонентским терминалам. Передача к абоненту ведется на длине волны 1490нм. Мощность зависит от общей длины магистрального кабеля до микрорайона, наличия разветвителей и соединений (сварных и разъемных).

На рисунке 3 показан участок проектируемой сети доступа и элементы, вносящие потери.

Рисунок 4 – Фрагмент проектируемой сети доступа и различные соединения, вносящие потери

Рассчитаем оптический бюджет по формуле

 

, дБ,

 

где АΣ – суммарные потери в линии (между OLT и ONU), дБ;

Li – длина i-участка, км;

α – коэффициент затухания оптического кабеля, дБ/км;

NP – количество разъемных соединений;

AP – средние потери в разъемном соединении, дБ;

NC – количество сварных соединений;

AC – средние потери в сварном соединении, дБ;

Aраз – потери в оптическом разветвителе, дБ;

Первое слагаемое относится к суммарным потерям в оптическом кабеле, второе – к потерям в разъемах, третье – к потерям на сварках, и четвертое – потери в разветвителях.

 

Таблица 10 – Величины коэффициентов потерь

 

Пассивный элемент сети	Вносимые потери
Оптический кабель на длине волны 1310 нм	0,35 дБ/км
Оптический кабель на длине волны 1490 нм	0,27 дБ/км
Разъемные соединения	0,3 дБ
Сварные соединения	0,08 дБ
Оптический разветвитель 1х2	4,3 дБ
Оптический разветвитель 1х4	7,8 дБ
Оптический разветвитель 1х8	11,0 дБ
Оптический разветвитель 1х16	14,0 дБ
Оптический разветвитель 1х32	17,1 дБ
Оптический разветвитель 1х64	20,3 дБ

 

Таблица 11 – Исходные данные (пример)

 

Параметры	ONT1	ONT2	ONT3
, км	0,592	0,760	0,916
,шт
,шт
Тип разветвителя	1:32	1:32	1:64

 

Подставим числовые значения без учета запаса в формулу на длине волны 1310нм составит:

 

дБ;

дБ;

дБ.

 

На длине волны 1490н м составит:

 

дБ;

дБ;

дБ.

 

Расчет бюджета потерь должен подтвердить, что для каждой цепи общая величина потерь (включая запас) не превышает динамический диапазон системы, т.е:

 

,

 

где Р – динамический диапазон PON, дБ;

РВЫХ min – минимальная выходная мощность передатчика OLT, дБм;

РВХ – допустимая мощность на входе приемника ONT, дБм;

АΣ – суммарные потери в линии (между OLT и ONT), дБ;

РЗАП – эксплуатационный запас PON, дБ.

На длине волны 1310нм:

P= 2 - (-28) ≥ 19,2872 + 7 дБ;

P= 30 ≥ 26,2872 дБ;

P= 30 ≥ 26,346 дБ;

Р= 30 ≥ 29,6006 дБ;

На длине волны 1490нм:

P= 0,5 - (-30) ≥ 19,23984 + 7 дБ;

P= 30,5 ≥ 26,23984 дБ;

P= 30,5 ≥ 26,2852 дБ;

Р= 30,5 ≥ 29,52732 дБ;

Как видно из примеров, соблюдается нестрогое неравенство включая эксплуатационный запас, которое сохраняется даже на самом удаленном участке с использованием сплиттера 1х64.

Эксплуатационный запас необходимо предусматривать на случай повреждений в линейном тракте, ухудшения условий передачи и дальнейшего развития сети. Обычно берется запас 5-7 дБ, но если на отдельных сегментах сети предполагается подключение значительного количества пользователей, то там запас должен быть явно больше.

Из приведенных выше расчетов видно, что данная проектируемая сеть доступа будет работоспособной.

 

Задание 4

 

1. Ответьте на вопрос согласно своего варианта.

 

Исходные данные приведены в таблице 11.

 

Таблица 11 – Исходные данные

 

Вариант
Вопрос	1, 10	2, 9	3, 8	4, 7	5, 6	6, 1	7, 2	8, 4	9, 3	10, 5

 

Перечень вопросов:

1. Дайте определение термину IP-телевидение, перечистите основные преимущества IPTV перед обычным телевидением.

2. Архитектура сети IPTV. Приведите типовую схему сети IP TV и объясните назначение всех ее компонентов.

3. Перечислите основные услуги IP TV с пояснением их функций.

4. Перечислите основные протоколы IPTV, объясните их назначение.

5. Объясните суть методов передачи IPTV- трафика. Приведите примеры их применения.

6. Головная станция IPTV. Приведите типовую схему, перечислите оборудование, входящее в состав и его назначение.

7. Абонентское оборудование сети IP TV. Перечислите виды, его назначение и основные функции.

8. Структура пакетов для видео потока, передаваемых по IP-сетям. Поясните особенности IP-адресов.

9. Перечислите виды искажений сигнала в сети IPTV. Поясните, какие сетевые показатели влияют на данные искажения.

10. Перечислите основные методы оценки качества передачи видео в IP сетях, дайте пояснения.

 

Список использованных источников

 

1 Гольдштейн, Б.С. Системы коммутации: Учебник для вузов – Санкт-Петербург: БХВ-Петербург, 2014 (ЭБС iBooks).

2 Гольдштейн, А.Б. SOFTSWITCH/ А.Б. Гольдштейн, Б.С. Гольдштейн – Санкт-Петербург: БХВ-Петербург, 2014 (ЭБС iBooks).

3 Гордиенко В. Н. Многоканальные телекоммуникационные системы. Учебник для вузов/ В.Н.Гордиенко, М.С.Тверецкий – Москва: Горячая линия–Телеком, 2013.

4 Олифер, В.Г., Олифер, Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: учебник для вузов. – Санкт-Петербург: Питер, 2016.

5 Смирнова, Е.В. и др. Построение коммутируемых компьютерных сетей: учебное пособие. - Москва: Национальный Открытый Университет «ИНТУИТ»: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012.