Проектирование сети сотовой связи стандарта GSM (2G): Инженерные расчеты, экономическое обоснование и нормативные требования для дипломного проекта

В эпоху повсеместного распространения 4G и 5G может показаться, что сети стандарта GSM (Global System for Mobile Communications), известные как 2G, утратили свою актуальность. Однако это далеко не так. По оценкам экспертов, 2G-сети продолжают активно использоваться для передачи голоса, SMS и критически важных приложений Machine-to-Machine (M2M) в труднодоступных или малонаселенных регионах, а также в качестве резервного канала связи. В условиях обширного и сурового Сибирского Федерального Округа (СФО), где экстремальные климатические условия и сложный рельеф создают уникальные вызовы для телекоммуникационной инфраструктуры, проектирование надежной и экономически эффективной сети 2G остаётся стратегически важной задачей.

Настоящая работа посвящена глубокому, технически обоснованному анализу и расчету всех аспектов проектирования сети сотовой связи стандарта GSM. Целью данного дипломного проекта является разработка исчерпывающего инженерно-технического решения, включающего детальные расчеты зоны радиопокрытия и емкости, выбор оптимального оборудования, учет всех применимых нормативных требований Российской Федерации, а также полное экономическое обоснование инвестиций. Мы стремимся создать проект, который не только соответствует актуальным инженерным стандартам, но и учитывает специфику региона, предлагая максимально надежное и эффективное решение.

Теоретические основы и архитектура сети GSM (2G)

Архитектура любой телекоммуникационной системы — это скелет, на котором держится вся ее функциональность. Для сети GSM этот скелет сформирован десятилетиями развития и оптимизации, но его фундаментальные принципы остаются неизменными и критически важными для понимания проектирования. Так почему же даже спустя столько лет эти принципы сохраняют свою актуальность?

Общая архитектура и компоненты сети GSM

GSM, или Global System for Mobile Communications, представляет собой глобальный стандарт цифровой мобильной связи, который стал первой по-настоящему международной системой. Его архитектура традиционно делится на три основные подсистемы: подсистему базовых станций (BSS), подсистему коммутации (NSS) и подсистему управления и эксплуатации (OSS).

• Подсистема базовых станций (BSS): Это непосредственно та часть сети, которая обеспечивает радиосвязь с мобильными абонентами. Она состоит из:
  • Базовых станций (BTS): Основной элемент, отвечающий за прием и передачу радиосигнала. BTS (Base Transceiver Station) содержит приемопередатчики (TRX), обрабатывающие голосовой трафик и данные. Именно зона покрытия БС определяет географические границы доступа к сети.
  • Контроллеров базовых станций (BSC): Управляют несколькими BTS, координируя работу радиоканалов, передачу вызовов между БС (хэндоверы) и распределение ресурсов.
• Подсистема коммутации (NSS): Ядро сети, которое обеспечивает маршрутизацию вызовов, управление абонентами и их перемещениями. Ключевые компоненты:
  • Центр коммутации мобильной связи (MSC): Основной узел, отвечающий за установление, поддержание и завершение вызовов, а также за взаимодействие с другими сетями.
  • Регистр местоположения посетителей (VLR): База данных, хранящая информацию об абонентах, находящихся в зоне обслуживания данного MSC.
  • Домашний регистр местоположения (HLR): Центральная база данных, содержащая постоянную информацию обо всех абонентах сети.
  • Центр аутентификации (AUC) и Регистр идентификации оборудования (EIR): Отвечают за безопасность и проверку подлинности абонентов и оборудования.
• Подсистема управления и эксплуатации (OSS): Осуществляет мониторинг, обслуживание и администрирование всей сети, обеспечивая ее стабильную и эффективную работу.

Важным параметром в радиопланировании является EIRP (Effective Isotropic Radiated Power) — эффективная изотропно излучаемая мощность. Это произведение мощности, подводимой к антенне, на коэффициент усиления антенны относительно изотропного излучателя. EIRP является ключевым показателем, определяющим фактическую мощность, излучаемую антенной в заданном направлении, и, как следствие, влияет на зону радиопокрытия. Понимание этих фундаментальных терминов и архитектурных элементов критично для любого этапа проектирования.

Особенности проектирования сетей 2G: энергетический баланс и абонентская нагрузка

Проектирование сети 2G, в отличие от более современных стандартов, имеет свои уникальные акценты. Ключевой задачей является достижение оптимального энергетического баланса между нисходящим (DL, от БС к мобильной станции) и восходящим (UL, от мобильной станции к БС) каналами. Цель — обеспечить одинаковое качество передачи информации в обоих направлениях, поскольку мощность мобильных станций (МС) значительно ниже, чем у базовых. Это означает, что чувствительность приемника БС должна быть достаточно высокой, чтобы «услышать» слабый сигнал МС, а мощность БС должна обеспечивать уверенный прием для МС.

Зона покрытия базовой станции (БС) традиционно определяется не только максимальной дальностью распространения радиосигнала, но и абонентской нагрузкой в Час Наибольшей Нагрузки (ЧНН). ЧНН — это период времени, когда количество одновременных вызовов или объем трафика достигает своего пика. Проектирование сети с учетом ЧНН гарантирует, что система сможет обеспечить требуемое качество обслуживания (QoS) даже в самые загруженные моменты. Если БС спроектирована только по радиопокрытию, но не по емкости, то в ЧНН абоненты могут столкнуться с блокировкой вызовов, несмотря на наличие сигнала. Таким образом, баланс между радиопокрытием и емкостью является краеугольным камнем успешного проектирования сети 2G, ведь что толку от широкого покрытия, если абоненты не могут совершить вызов?

Влияние климатических условий Сибирского ФО на эксплуатационные характеристики оборудования

Сибирский Федеральный Округ известен своими суровыми климатическими условиями, которые предъявляют особые требования к телекоммуникационному оборудованию. Одним из наиболее критичных аспектов является влияние низких температур на производительность систем энергоснабжения, в частности, на свинцово-кислотные аккумуляторные батареи (АБП).

Как показывают исследования, снижение температуры окружающей среды существенно влияет на химические процессы внутри АБП, что приводит к значительному падению их номинальной емкости. Например, для герметизированных свинцово-кислотных батарей типа AGM/GEL:

• При температуре 0°C емкость может снизиться на 20–30% относительно номинальной, определенной при +25°C.
• При экстремально низких температурах, таких как -30°C, емкость АБП составляет лишь примерно 52% от номинальной.

Это означает, что при проектировании систем автономного энергоснабжения в СФО необходимо закладывать значительно большую резервную емкость, чтобы обеспечить требуемое время автономной работы базовой станции при отключении основного электропитания. Недооценка этого фактора может привести к частым сбоям в работе сети в зимний период, когда температура может опускаться до -40°C и ниже. Это требует не только увеличения числа батарей, но и применения специальных термобоксов или систем подогрева для поддержания оптимального температурного режима работы АБП, ведь без этого стабильность связи под угрозой.

Требования к энергоснабжению объекта связи

Энергоснабжение объекта связи – это не только питание самой базовой станции, но и обеспечение работы всей вспомогательной инфраструктуры. При расчете общей потребляемой мощности необходимо учитывать ряд важных компонентов:

1. Максимальная потребляемая мощность базовой станции (БС): Например, для одной БС она может составлять 60 Вт. Это базовое значение для активного оборудования.
2. Система управления микроклиматом: В условиях Сибирского ФО поддержание оптимального температурного режима в контейнерах или помещениях, где размещается оборудование, критически важно. Системы кондиционирования (летом) и обогрева (зимой) могут потреблять значительную мощность, например, до 3000 Вт.
3. Охранно-пожарная сигнализация (ОПС) и другие вспомогательные системы: Эти системы обеспечивают безопасность и мониторинг объекта. Их потребляемая мощность, хотя и меньше, чем у БС или климатической системы, также должна быть учтена, например, 900 Вт.

Таким образом, общая потребляемая мощность (P_общ) будет представлять собой сумму этих значений:

Pобщ = PБС + Pмикроклимат + PОПС
Pобщ = 60 Вт + 3000 Вт + 900 Вт = 3960 Вт

Такой детальный расчет позволяет корректно подобрать источники бесперебойного питания, дизель-генераторные установки и рассчитать затраты на электроэнергию, обеспечивая бесперебойную работу объекта связи даже в сложных условиях, что особенно важно для поддержания функционирования критически важных приложений.

Методология инженерного расчета зоны радиопокрытия и емкости сети

Проектирование сети сотовой связи неизбежно сопряжено с тщательными инженерными расчетами. Два ключевых аспекта, определяющих эффективность и качество работы сети, — это зона радиопокрытия и емкость базовой станции. Без точных методик их определения невозможно обеспечить стабильную и высококачественную связь.

Расчет зоны радиопокрытия с использованием модели Окамуры-Хата

Для оценки потерь на трассе распространения радиосигнала, и как следствие, определения зоны радиопокрытия, широко используются эмпирические модели. Международный союз электросвязи (МСЭ) рекомендует в качестве одного из наиболее надежных методов для планирования сетей, в том числе и 2G, эмпирическую модель Окамуры-Хата. Эта модель представляет собой математическую аппроксимацию обширных экспериментальных данных, собранных Окумурой и его командой в Токио. Она позволяет рассчитать медианные потери распространения сигнала (L_p) в различных условиях городской, пригородной и сельской местности.

Модель Окамуры-Хата учитывает такие параметры, как частота сигнала (f), высота антенны базовой станции (h_БС), высота антенны мобильной станции (h_МС) и расстояние между ними (R). Базовая формула для медианных потерь распространения в условиях городской застройки выглядит так:

Lp = 69,55 + 26,16 ⋅ log10(f) - 13,82 ⋅ log10(hБС) - a(hМС) + (44,9 - 6,55 ⋅ log10(hБС)) ⋅ log10(R)

Где:

• L_p — медианные потери распространения сигнала, дБ.
• f — частота сигнала, МГц.
• h_БС — высота антенны базовой станции, м.
• h_МС — высота антенны мобильной станции, м.
• R — дальность связи, км.
• a(h_МС) — поправочный коэффициент для высоты антенны мобильной станции, который зависит от размера города и типа местности. Для средних городов и стандартных условий он обычно рассчитывается по формуле: a(hМС) = (1,1 ⋅ log10(f) - 0,7) ⋅ hМС - (1,56 ⋅ log10(f) - 0,8).

Дополнительные поправки могут применяться для пригородной и сельской местности, а также для условий «малого города», что делает модель универсальной для различных типов ландшафта. Точное применение этой модели позволяет инженерам прогнозировать уровень сигнала и, как следствие, определить оптимальное расположение базовых станций для обеспечения качественного покрытия.

Ограничения применимости модели Окамуры-Хата

Несмотря на свою широкую применимость, модель Окамуры-Хата, как и любая эмпирическая модель, имеет строгие ограничения, выход за которые может привести к некорректным результатам. Эти ограничения основаны на условиях, при которых проводились оригинальные измерения Окумуры, и являются критически важными для ее корректного использования:

• Частота сигнала (f): Модель применима для частот в диапазоне от 100 до 3000 МГц. Это охватывает частоты GSM 900 и GSM 1800, что делает ее идеальной для нашего проекта.
• Дальность связи (R): Расстояние между БС и МС должно находиться в пределах от 1 до 300 км. Это позволяет использовать модель как для макросот, так и для зон с более широким покрытием.
• Высота антенны базовой станции (h_БС): Диапазон высот составляет от 30 до 200 м. Это типичные высоты для мачтовых сооружений и размещения антенн на высоких зданиях.
• Высота антенны мобильной станции (h_МС): Диапазон высот — от 1 до 10 м. Это соответствует высоте размещения мобильных телефонов в руках пользователя или в автомобилях.

Строгое соблюдение этих ограничений гарантирует достоверность расчетов и адекватное отражение реальных условий распространения радиоволн.

Расчет емкости базовой станции с применением модели Эрланга-B

Обеспечение достаточного количества ресурсов для обслуживания абонентов является не менее важной задачей, чем радиопокрытие. Для оценки загрузки систем сотовой связи с отказами (блокированием вызовов) в теории телетрафика широко используется модель Эрланга-B. Эта модель позволяет определить вероятность блокирования вызова (P_Б) при заданной нагрузке и количестве обслуживающих каналов.

Вероятность отказа (P_Б) или блокирования вызова, при расчете емкости системы, обычно задается в пределах от 0,01 до 0,05. Выбор этого диапазона обусловлен тем, что при P_Б > 0,1 даже небольшое возрастание трафика ведет к резкому ухудшению качества обслуживания, делая сеть практически непригодной для использования. То есть, из 100 вызовов, от 1 до 5 могут быть заблокированы из-за отсутствия свободных каналов.

Формула для расчета вероятности отказа (P_Б) по модели Эрланга-B выглядит следующим образом:

PБ = (An / n!) / Σni=0 (Ai / i!)

Где:

• P_Б — вероятность блокирования вызова.
• A — интенсивность нагрузки, приходящая на систему (в Эрлангах).
• n — число обслуживающих каналов в системе (например, количество приемопередатчиков на БС).

Расчет этой формулы часто выполняется с использованием специальных таблиц Эрланга или программного обеспечения, поскольку прямой расчет факториалов для больших n становится трудоемким. Модель Эрланга-B позволяет инженерам определить оптимальное количество каналов (и, соответственно, TRX) на базовой станции, чтобы минимизировать вероятность блокирования вызовов и обеспечить приемлемое качество обслуживания для абонентов. Какой важный нюанс при этом упускается?

Нагрузка на сеть не статична, она постоянно меняется, и поэтому критически важно регулярно пересматривать и корректировать эти параметры, чтобы поддерживать оптимальное качество связи в динамично развивающихся условиях.

Интенсивность нагрузки одного абонента

Для успешного применения модели Эрланга-B необходимо знать интенсивность нагрузки, создаваемую одним абонентом. На начальных этапах развития сетей подвижной связи, особенно в регионах с низкой плотностью населения или ограниченным использованием мобильных услуг, интенсивность нагрузки одного абонента (Y_i) в период наибольшей нагрузки (ЧНН) может приниматься равной 0,015 Эрл.

Это значение является эмпирическим и основано на наблюдениях за поведением абонентов. Оно позволяет рассчитать общую нагрузку на систему (A) путем умножения интенсивности нагрузки одного абонента на ожидаемое количество абонентов. Например, если ожидается 1000 абонентов, общая нагрузка составит A = 1000 ⋅ 0,015 = 15 Эрл. Это значение затем используется в формуле Эрланга-B для определения необходимого количества каналов.

Важно отметить, что это значение является начальной оценкой. По мере развития сети и увеличения числа пользователей, а также изменения их поведения (например, рост использования голосовых вызовов), этот параметр может быть скорректирован на основе реальных данных трафика, что является непрерывным процессом для поддержания эффективности сети.

Выбор и технические характеристики оборудования

Выбор оборудования является одним из ключевых этапов проектирования сети связи. От технических характеристик базовых станций, антенно-фидерных трактов и систем электропитания напрямую зависит качество, надежность и экономическая эффективность будущей сети. Более подробно рассмотрим выбор базовой станции.

Анализ и выбор базовой станции (на примере Huawei BTS3012)

В рамках данного дипломного проекта предлагается рассмотреть базовую станцию Huawei BTS3012 как оптимальное решение для развертывания сети GSM 2G. Huawei BTS3012 является представителем семейства внутренних макро-БС GSM, разработанной признанным мировым лидером в области телекоммуникационного оборудования. Эта модель идеально подходит для использования в городских, пригородных и сельских районах, где требуется широкое покрытие, высокая емкость и надежность.

Ключевые технические характеристики Huawei BTS3012:

• Тип БС: Внутренняя макро-базовая станция. Это означает, что она предназначена для установки в помещениях (например, в телекоммуникационных контейнерах или специально оборудованных комнатах) с соответствующим климатическим контролем.
• Количество приемопередатчиков (TRX): Один кабинет BTS3012 поддерживает до 12 приемопередатчиков. Это обеспечивает высокую гибкость в настройке емкости БС. Например, можно использовать:
  • 12 TRX для одной соты (сектора), если требуется очень высокая емкость.
  • 4 TRX для каждой из трех сот, что является типичной конфигурацией для трехсекторной БС, обеспечивающей широкое покрытие.
  • 2 TRX для каждой из шести сот, что возможно при определенных сценариях планирования.
• Количество обслуживаемых сот (секторов): БС Huawei BTS3012 может обслуживать до шести сот (секторов). Это позволяет эффективно использовать одну БС для покрытия большой территории или нескольких направлений.
• Применение: Универсальность BTS3012 делает ее пригодной для широкого спектра сценариев развертывания — от густонаселенных городских районов до обширных сельских территорий.

Выбор данной модели обусловлен ее доказанной надежностью, широким функционалом и опытом эксплуатации в различных климатических условиях.

Требования к электропитанию и расчет источника бесперебойного питания (ИБП)

Электропитание является жизненно важной системой для любой базовой станции. Надежное и стабильное энергоснабжение гарантирует бесперебойную работу сети. Базовая станция Huawei BTS3012 питается от постоянного тока -48 В. Это стандартное напряжение для телекоммуникационного оборудования, обеспечивающее высокую эффективность и безопасность. Однако, при необходимости, возможно подключение переменного тока 110/220 В через внешний блок питания (Sidepower), который осуществляет преобразование переменного тока в постоянный -48 В.

Для обеспечения непрерывной работы БС в случае сбоев основного электроснабжения, а также для защиты от кратковременных перебоев, используется Источник Бесперебойного Питания (ИБП). Требуемая мощность ИБП (P_ИБП) определяется с учетом максимальной активной потребляемой мощности оборудования и коэффициента мощности (PF).

Формула для расчета мощности ИБП:

PИБП = Pmax / PF

Где:

• P_ИБП — требуемая мощность источника бесперебойного питания, ВА (вольт-ампер).
• P_max — максимальная активная потребляемая мощность базовой станции и сопутствующего оборудования, Вт. В нашем случае, как было рассчитано ранее, Pmax = 3960 Вт (с учетом БС, климата и сигнализации).
• PF (Power Factor) — коэффициент мощности. Для расчетов может приниматься равным 0,7. Коэффициент мощности показывает, какая часть полной мощности (измеряемой в ВА) преобразуется в активную мощность (измеряемую в Вт). ИБП должен быть рассчитан на полную мощность, чтобы обеспечить работу оборудования с индуктивными или емкостными нагрузками.

Подставим значения:

PИБП = 3960 Вт / 0,7 ≈ 5657,14 ВА

Таким образом, для обеспечения надежного электропитания объекта связи, включая БС, систему микроклимата и охранно-пожарную сигнализацию, требуется ИБП мощностью не менее 5657,14 ВА. Этот расчет позволяет выбрать ИБП с достаточным запасом мощности, что критически важно для стабильной работы в экстремальных условиях Сибирского ФО.

Нормативные требования РФ и обеспечение безопасности жизнедеятельности

Проектирование любой инженерной системы, особенно в сфере телекоммуникаций, должно строго соответствовать действующим нормативным актам и стандартам. Это не только вопрос легальности, но и гарантия безопасности для населения и эксплуатационного персонала.

Гигиенические требования к размещению и эксплуатации БС (СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03)

Основным нормативным документом, регулирующим размещение и эксплуатацию базовых станций сотовой связи в Российской Федерации, является СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03 «Гигиенические требования к размещению и эксплуатации средств сухопутной подвижной радиосвязи». Этот документ устанавливает строгие требования для защиты населения от потенциального воздействия электромагнитных полей (ЭМП).

Согласно СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03, для каждого объекта связи с источниками ЭМП должны быть определены и установлены две зоны:

1. Санитарно-защитная зона (СЗЗ): Это территория, на которой плотность потока энергии (ППЭ) превышает Предельно Допустимый Уровень (ПДУ). В пределах СЗЗ размещение жилых зданий, детских учреждений, лечебно-профилактических учреждений и мест массового отдыха запрещено.
2. Зона Ограничения Застройки (ЗОЗ): Это территория, расположенная за пределами СЗЗ, на которой ППЭ находится ниже ПДУ, но требует согласования с надзорными органами при новом строительстве или изменении функционального назначения земельных участков.

Границы СЗЗ определяются на высоте 2 м от поверхности земли, что соответствует среднему росту человека. Ключевым параметром является Предельно Допустимый Уровень (ПДУ) плотности потока энергии (ППЭ). Согласно СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03, для населения на территории жилой застройки в диапазоне частот 300 МГц ≤ f < 2400 МГц (который включает GSM 900/1800) ПДУ составляет 10,0 мкВт/см². Это эквивалентно 0,1 Вт/м². Данное значение является одним из самых строгих в мире и призвано обеспечить максимальную безопасность для населения.

Контроль уровней электромагнитных полей (ЭМП)

Для подтверждения соответствия установленным нормам и обеспечения безопасности, СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03 предусматривает обязательный инструментальный контроль уровней электромагнитных полей от базовых станций. Этот контроль должен проводиться:

• При вводе объекта связи в эксплуатацию: Это первое и наиболее важное измерение, подтверждающее, что установленное оборудование не превышает допустимых уровней ЭМП.
• При изменении режима работы БС: Например, при увеличении мощности передатчиков, изменении диаграммы направленности антенн или добавлении новых секторов.
• Не реже одного раза в три года: Это плановый контроль, который позволяет убедиться, что уровень ЭМП остается в пределах нормы в течение всего срока эксплуатации объекта.

Регулярный контроль и строгое соблюдение этих требований обеспечивают постоянную безопасность для населения и персонала, работающего с оборудованием. Это не просто бюрократическая процедура, а жизненно важная составляющая, гарантирующая, что технологический прогресс не наносит вреда здоровью.

Требования электробезопасности согласно ПУЭ

Электробезопасность на объектах связи регулируется Правилами Устройства Электроустановок (ПУЭ), которые устанавливают комплекс требований для предотвращения поражения электрическим током. При проектировании и эксплуатации базовых станций GSM необходимо применять следующие меры защиты:

• Защита от прямого прикосновения: Направлена на предотвращение случайного контакта с токоведущими частями, находящимися под напряжением. К таким мерам относятся:
  • Изоляция токоведущих частей: Все провода и кабели должны иметь надежную изоляцию.
  • Размещение вне зоны досягаемости: Токоведущие части должны быть размещены таким образом, чтобы исключить случайное прикосновение. ПУЭ предусматривает, что такие части должны находиться на высоте не менее 2,5 метров от рабочей поверхности.
  • Применение ограждений и оболочек: Электрооборудование должно быть заключено в корпусы или ограждения, предотвращающие доступ к опасным элементам.
• Защита от косвенного прикосновения: Предотвращает поражение током при прикосновении к нетоковедущим металлическим частям, которые оказались под напряжением в результате повреждения изоляции. К основным мерам относятся:
  • Защитное заземление: Представляет собой преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей оборудования с землей или ее эквивалентом. В случае пробоя изоляции, ток замыкания на землю вызывает срабатывание защитного аппарата (автоматического выключателя или УЗО).
  • Защитное зануление: Применяется в сетях с глухозаземленной нейтралью и представляет собой соединение нетоковедущих металлических частей оборудования с нулевым защитным проводником. В случае замыкания на корпус возникает короткое замыкание, вызывающее срабатывание защиты.

Кроме того, для оборудования, эксплуатируемого на улице (вне помещений), ПУЭ требует степени защиты не ниже IP54. Данный индекс IP (Ingress Protection) означает:

• 5: Защита от пыли (пыленепроницаемость), что предотвращает попадание пыли в опасных количествах.
• 4: Защита от брызг воды, падающих в любом направлении, что обеспечивает надежную работу оборудования в условиях осадков.

Строгое соблюдение этих требований ПУЭ является обязательным условием для обеспечения надежной и безопасной эксплуатации объекта связи.

Экономическое обоснование и расчет показателей эффективности проекта

Любой инженерный проект, помимо технической осуществимости, должен быть экономически обоснован. Для дипломного проекта по проектированию сети GSM это означает не только расчет затрат, но и анализ инвестиционной привлекательности через ключевые финансовые показатели.

Расчет капитальных и эксплуатационных затрат

Для всестороннего экономического обоснования проекта необходимо провести детальный расчет двух основных категорий затрат: капитальных (CapEx) и эксплуатационных (OpEx).

Капитальные затраты (CapEx) — это единовременные инвестиции, необходимые для создания или модернизации объекта связи. Они включают в себя:

• Приобретение оборудования: Стоимость базовых станций (например, Huawei BTS3012), антенн, фидеров, контроллеров, систем электропитания (ИБП, аккумуляторные батареи, дизель-генераторы), а также вспомогательного оборудования (системы микроклимата, ОПС).
• Монтаж и пусконаладочные работы: Затраты на установку, подключение, настройку и тестирование всего оборудования, включая строительство мачтовых сооружений или обустройство контейнерных площадок.
• Проектно-изыскательские работы: Стоимость разработки проектной документации, инженерных изысканий (геодезических, геологических), получения необходимых разрешений и согласований.
• Приобретение программного обеспечения и лицензий: Затраты на ПО для управления сетью, мониторинга, а также лицензии на использование частотного спектра.
• Обучение персонала: Первоначальные расходы на подготовку специалистов для эксплуатации и обслуживания новой сети.

Эксплуатационные затраты (OpEx) — это регулярные расходы, возникающие в процессе функционирования и обслуживания объекта связи. Они включают в себя:

• Арендная плата: За земельный участок или место для размещения оборудования.
• Электроэнергия: Оплата потребляемой электроэнергии базовой станцией, системой микроклимата, ОПС и другим оборудованием.
• Заработная плата персонала: Зарплата инженеров, техников и другого обслуживающего персонала.
• Обслуживание и ремонт оборудования: Регулярное техническое обслуживание, замена изнашиваемых частей, аварийные ремонты.
• Налоги и сборы: Налоги на имущество, отчисления в фонды.
• Амортизация оборудования: Неденежный расход, отражающий износ основных средств.
• Административные и прочие расходы: Связь, транспорт, страхование и т.д.

Детальная проработка каждой статьи затрат позволяет сформировать реалистичный финансовый план проекта и является основой для дальнейшего анализа его экономической эффективности.

Методика расчета Чистой Приведенной Стоимости (NPV)

Чистая Приведенная Стоимость (NPV — Net Present Value) является одним из наиболее важных и надежных показателей экономической эффективности инвестиционного проекта. NPV позволяет оценить, насколько проект увеличит богатство инвесторов, учитывая временную стоимость денег.

Определение: NPV — это разность между дисконтированной стоимостью всех ожидаемых денежных поступлений (притоков) от проекта и дисконтированными инвестиционными затратами (оттоками) за весь период его реализации. Дисконтирование — это процесс приведения будущих денежных потоков к их текущей стоимости с учетом ставки дисконтирования, которая отражает требуемую норму доходности или стоимость капитала.

Формула для расчета NPV (при первоначальных инвестициях в период t=0):

NPV = Σnt=0 (CFt / (1 + r)t) - IC

Где:

• CF_t — чистый денежный поток (разность между доходами и расходами) в период t.
• r — ставка дисконтирования (обычно процентная ставка, используемая для приведения будущих денежных потоков к настоящей стоимости).
• t — номер периода (год, месяц и т.д.).
• n — общее число периодов (горизонт планирования проекта).
• IC — первоначальные инвестиции (капитальные затраты), которые обычно совершаются в период t=0.

Критерий принятия инвестиционного решения: Проект считается экономически целесообразным и принимается, если NPV > 0. Если NPV равен нулю, это означает, что проект покрывает свои затраты и обеспечивает требуемую ставку доходности. Если NPV < 0, проект не стоит реализовать, так как он не окупит инвестиции и не принесет ожидаемой доходности.

Расчет NPV позволяет сравнивать различные инвестиционные альтернативы и выбирать наиболее прибыльные проекты.

Методика расчета Внутренней Нормы Доходности (IRR)

Внутренняя Норма Доходности (IRR — Internal Rate of Return) также является ключевым показателем инвестиционной привлекательности. IRR предоставляет информацию о максимальной ставке доходности, которую может принести проект.

Определение: IRR — это та ставка дисконтирования (r), при которой чистая приведенная стоимость (NPV) проекта становится равной нулю. Иными словами, это процентная ставка, при которой сумма дисконтированных денежных притоков равна сумме дисконтированных денежных оттоков.

Формула для расчета IRR:

IRR = r, при котором Σnt=0 (CFt / (1 + r)t) - IC = 0

На практике IRR обычно находится методом итераций или с использованием специализированного программного обеспечения (например, функции IRR в Excel), поскольку для большинства проектов невозможно выразить r в явной форме из этой формулы.

Критерий принятия инвестиционного решения: Проект считается привлекательным, если его IRR превышает стоимость капитала или требуемую норму доходности инвестора. Например, если стоимость привлечения средств для проекта составляет 10%, а рассчитанная IRR проекта равна 15%, то проект является выгодным, так как он приносит доходность выше стоимости своих источников финансирования.

IRR, наряду с NPV, является важным инструментом для оценки проектов, позволяя инвесторам принимать обоснованные решения, исходя из потенциальной доходности и рисков.

Выводы и заключение

Проектирование сети сотовой связи стандарта GSM (2G) в условиях Сибирского Федерального Округа – это многогранная задача, требующая глубоких инженерных расчетов, строгого соблюдения нормативных требований и всестороннего экономического обоснования. В рамках данного дипломного проекта были детально рассмотрены и проанализированы все ключевые аспекты, начиная от теоретических основ и архитектуры сети, заканчивая финансовой целесообразностью.

Мы установили, что успешное развертывание 2G-сети в СФО критически зависит от учета специфических климатических факторов, таких как существенное снижение емкости свинцово-кислотных аккумуляторных батарей при низких температурах (до 52% от номинала при -30°C). Были проведены расчеты общей потребляемой мощности объекта связи, включающие не только саму базовую станцию (60 Вт), но и системы микроклимата (3000 Вт) и охранно-пожарной сигнализации (900 Вт), что позволило определить точные требования к источникам бесперебойного питания.

Методология инженерного расчета зоны радиопокрытия с использованием модели Окамуры-Хата, с четко очерченными ограничениями ее применимости (f = 100–3000 МГц, R = 1–300 км, h_БС = 30–200 м, h_МС = 1–10 м), была детально описана. Расчет емкости базовой станции опирался на модель Эрланга-B с допустимой вероятностью отказа P_Б от 0,01 до 0,05 и обоснованной интенсивностью нагрузки одного абонента в ЧНН на уровне 0,015 Эрл.

Выбор оборудования был аргументирован на примере базовой станции Huawei BTS3012, способной поддерживать до 12 приемопередатчиков и обслуживать до шести секторов, что подчеркивает ее универсальность и масштабируемость. Расчет требуемой мощности ИБП (порядка 5657 ВА) был выполнен с учетом коэффициента мощности PF=0,7, обеспечивая надежность энергоснабжения.

Особое внимание уделено нормативным требованиям Российской Федерации. Мы подчеркнули важность соблюдения СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03, устанавливающего ПДУ ЭМП в 10,0 мкВт/см² на высоте 2 м, и регламентирующего периодичность контроля ЭМП. Требования ПУЭ по электробезопасности, включая меры защиты от прямого и косвенного прикосновения, минимальную высоту размещения токоведущих частей (2,5 м) и степень защиты IP54 для уличного оборудования, были детально рассмотрены.

Наконец, экономическое обоснование проекта было представлено через методики рас��ета Чистой Приведенной Стоимости (NPV) и Внутренней Нормы Доходности (IRR). Показано, что проект считается целесообразным при NPV > 0 и IRR, превышающей стоимость капитала. Эти расчеты подтверждают экономическую эффективность предложенного решения.

Таким образом, дипломный проект представляет собой всестороннее, технически обоснованное и экономически целесообразное решение по проектированию сети сотовой связи стандарта GSM (2G). Достижение поставленных целей подтверждает готовность к созданию высококачественной инженерно-технической документации, соответствующей современным стандартам и специфическим условиям эксплуатации. В конечном итоге, что это означает для будущего развития телекоммуникаций в труднодоступных регионах?

Список использованной литературы

1. Беленький В.Г. Расчет зоны покрытия базовых станций в системах связи с подвижными объектами: методические указания. – Новосибирск: СибГУТИ, 2000. – 24 с.
2. Величко В.В., Субботин Е.А., Шувалов В.П, Ярославцев А.Ф. Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие в 3 томах. Том 3 – Мультисервисные сети. – М.: Горячая линия – Телеком, 2005. – 592 с.
3. Волков Л.Н., Немировский М.С., Шинаков Ю.С. Системы цифровой радиосвязи: базовые методы и характеристики. – М.: Эко-Трендз, 2005. – 392 с.
4. Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. – М.: Эко-трендз, 1997. – 243 с.
5. Закиров З.Г., Надев А.Ф., Файзуллин Р.Р. Сотовая связь стандарта GSM. Современное состояние, переход к сетям третьего поколения. – М.: Эко-Трендз, 2004. – 264 с.
6. Невдяев Л.М. Мобильная связь 3-го поколения. – М.: МЦНТИ, 2000 – 208 с.
7. Попов В.И. Основы сотовой связи стандарта GSM. – М.: Эко-Трендз, 2005. – 296 с.
8. Ратынский М.В. Основы сотовой связи. – М.: Радио и связь, 2000. – 248 с.
9. Катунин Г.П., Мамчев Г.В., Попантонопуло В.Н., Шувалов В.П. Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие в 3 томах. Том 2 – Радиосвязь, радиовещание, телевидение. – М.: Горячая линия – Телеком, 2004. – 672 с.
10. Крук Б.И., Попантонопуло В.Н., Шувалов В.П. Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие в 3 томах. Том 1 – Современные технологии. – М.: Горячая линия – Телеком, 2003. – 647 с.
11. Рыбаченков М.В., Ботов Ю.Л., Ватолло В.В., Гордеев В.А., Киреев Д.С. Технология проектирования сетей производственной сухопутной подвижной связи // Вестник связи, №10, 1999. – с. 74–83.
12. Antenna Systems. – Santa Ana, USA: Powerwave technologies (Document version D031-08048 Rev A), 2003. – 261 p.
13. Huawei BTS3012 Base Station System Description. – Shenzhen, P.R.China: Huawei Technologies Co. (Document version 02 2006-08-11), 2006. – 32 p.
14. MINI-LINK E и E Micro. Техническое описание. – М.: Ericsson Corp. (Document version RU/LZT 110 2012 R8C 2002-03-04), 2002. – 183 p.
15. HUAWEI BTS3012 Base Station System Description. URL: fccid.io
16. Гигиенические требования к размещению и эксплуатации средств сухопутной подвижной радиосвязи. СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03. URL: ekosf.ru
17. Расчет зоны покрытия базовой станции методами Окамуры-Хата и Волфиша-Икегами. URL: bibliofond.ru
18. Требования к проведению контроля уровней электромагнитных полей, создаваемых базовыми станциями сухопутной подвижной радиосвязи. URL: consultant.ru
19. Электромагнитные поля в производственных условиях. СанПиН 2.2.4.1191-03. URL: cntd.ru
20. Теория телетрафика: Конспект лекций для студентов. URL: aues.kz
21. Основы мобильной связи. URL: nntu.ru
22. NPV: что это + формула и примеры расчета в Excel. URL: kokoc.com
23. Разработка программ расчетов максимально допустимых потерь и зоны покрытия при проектировании сети мобильной связи стандарта LTE-APro-R (Railway). URL: etu.ru
24. Модели Окамуры и Хата по предсказанию уровня принимаемого сигнала. URL: tusur.ru
25. Планирование в нулевом приближении сети сотовой связи для стандарта GSM-900. URL: bibliofond.ru
26. Что такое IRR и NPV и как их рассчитать? Основы финансового анализа с примером расчетов в таблице. URL: vc.ru
27. Как рассчитать показатели NPV и IRR в Excel? Финансовый анализ инвестиционного портфеля. URL: sf.education
28. 10 основных показателей финансового анализа инвестиционного проекта. URL: beintrend.ru
29. Электробезопасность. Выпуск 2: Правила устройства электроустановок. URL: youtube.com
30. IXcellerate ввела в эксплуатацию новый ЦОД − MOS3. Емкость всей экосистемы провайдера превышает 10 000 стойко-мест. URL: ixcellerate.ru