WWW.LIB.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные матриалы
 


«Кафедра ТС и ВС Допустить к защите Зав.каф.проф.,д.т.н.: Мархасин А.Б. ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА БАКАЛАВРА Обработка данных по распределению ...»

Федеральное агентство связи

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

(СибГУТИ)

Кафедра ТС и ВС

Допустить к защите

Зав.каф.проф.,д.т.н.: ________Мархасин А.Б.

ВЫПУСКНАЯ

КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

БАКАЛАВРА

Обработка данных по распределению частотных ресурсов в

беспроводных сетях обмена информацией.

Пояснительная записка Студент /Косулина М.В./ Факультет ИВТ Группа ИА-231 Руководитель / Завьялова Д.В./ Новосибирск 2016 г.

Федеральное агентство связи Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

(СибГУТИ) КАФЕДРА Телекоммуникационных сетей и вычислительных средств ЗАДАНИЕ

НА ВЫПУСКНУЮ КВАЛИФИКАЦИОННУЮ РАБОТУ

БАКАЛАВРА СТУДЕНТА Косулиной М.В. ГРУППЫ ИА-231

Цели работы:

1. Разработка имитационной модели алгоритмов распределения частотновременных ресурсов сети беспроводной связи на основе различных статистических данных.

2. Исследование зависимости пропускной способности сети беспроводной связи от входной нагрузки при различных алгоритмах распределения частотновременных ресурсов.

УТВЕРЖДАЮ « » 2016 г.

Зав. кафедрой / А.Б. Мархасин / Новосибирск 2016г.

1. Тема выпускной квалификационной работы бакалавра Обработка данных по распределению частотных ресурсов в беспроводных сетях обмена информацией.

утверждена приказом СибГУТИ от «____»____ 20___ г. № ____

2.Срок сдачи студентом законченной работы « » ______20__ г.

3.Исходные данные к работе 1 Специальная литература:

1. Inter-cell Interference Coordination Based on Softer Frequency Reuse in OFDMA Cellular Systems – X. Zhang, C. Hee, L. Jiang, J. Xu – IEEE Int.

Conference Neural Networks – 2008

2. Tang Z. Traffic Scheduling for LTE Advanced. Linkцping: Division of Communication Systems, 2010, 71 p.

2 Материалы сети интернет Сроки

–  –  –

1.3 Радиоинтерфейс сети LTE 1.04.2016 1.3.1 Общие сведения о радиоинтерфейсе 1.3.2 Структуры кадров 1.3.3 Организация каналов радиоинтерфейса

1.4 Алгоритмы планирования частотно-временных в сетях 14.04.2016 сотовой связи

–  –  –

2.1 Проблема межсотовой интерференции в сетях LTE 12.04.2016

2.2 Методы борьбы с межсотовой интерференции в сетях 26.04.2016 LTE 2.2.1 Метод борьбы с межсотовой интерференцией ICIC 2.2.2 Метод борьбы с межсотовой интерференцией eICIC/FeICIC Глава 3. Практическая часть.

Разработка имитационной 17.06.2016 модели для оценки эффективности различных алгоритмов распределения частотно-временных ресурсов на основе предварительно собранных статистических данных.

3.1 Разработка имитационной модели 7.05.2016 3.1.1 Преимущества модели, используемые переменные и допущения, принятые при разработке имитационной модели.

3.1.2 Структурная блок-схема алгоритма Round Robin.

3.1.3 Структурная блок-схема алгоритма координации межсотовой интерференции на основе статистических данных (ICIC).

3.1.4 Структурная блок-схема алгоритма координации межсотовой интерференции на основе “Пустых субкадров” (ABS).

3.2 Результаты исследования, полученные с помощью 17.05.2016 имитационной модели.

3.2.1 Исследование зависимости пропускной способности сети LTE от интенсивности входной нагрузки для различных алгоритмов распределения частотно временных ресурсов.

3.2.2 Исследование зависимости пропускной способности гетерогенной сети при различных методах распределения канальных ресурсов.

3.3 Результаты моделирования 28.05.2016

–  –  –

Дата выдачи задания « 1» марта 20 16 г.

Руководитель _____________________________________

подпись Задание принял к исполнению « 1» марта 20 16 г.

Студент __________________________________________

подпись АННОТАЦИЯ Выпускная квалификационная работа Косулиной М.В.

по теме «Обработка данных по распределению частотных ресурсов в беспроводных сетях обмена информацией»

Объём работы - 64 страницы, на которых размещены 26 рисунков и 3 таблицы.

При написании работы использовалось 8 источников.

Ключевые слова: интерференция, LTE, ICIC, eICIC, распределение ресурсов, обработка данных.

Работа выполнена __________________________________________________

(название предприятия, подразделения)

Основные результаты:

В данной выпускной работе была разработана имитационная модель для оценки эффективности различных алгоритмов распределения частотновременных ресурсов на основе предварительно собранных статистических данных. В частности, были рассмотрены алгоритмы Round Robin, алгоритм координации межсотовой интерференции (ICIC) и алгоритм координации межсотовой интерференции на основе “Пустых субкадров” (ABS).

Рассматривалась система из одной макросоты и одной фемтосоты. С помощью моделирования сравнивались средняя пропускная способность соты и пропускная способность на краю соты для двух сценариев: обе соты перегружены, макросота недогружена, фемтосота перегружена.

В процессе моделирования получены графики зависимости пропускной способности сот сделаны выводы о том, как изменилась скорость у абонентов в макросоте и фемтосоте.

A simulation model which has been developed in this graduation work estimates the efficiency of the different algorithms which distribute bandwidthtime resources on the basis of the precursive collected statistical data. In particular such algorithms as Round-Robin, ICIC and ABS have been investigated.

System which consists of one macrocell and one femtocell has been also investigated. Middle and boundary specific rate of information transfer for two scripts of load have been compared with the use of modelling: both cells are overloaded, macrocell is underloaded, femtocell is overloaded.

In the process of modelling dependency graphs have been become and regularities have been deduced, it has been also concluded how call recipients’ rate has changed at the macrocell and femtosell levels.

–  –  –

Проблема распределения частотно-временных ресурсов в сетях беспроводной связи относится к числу сложных, так как требует учета большого числа факторов. На сегодняшний день базовые алгоритмы распределения не позволяют эффективно использовать ресурсы системы. В выпускной работе Косулиной М.В. производится оценка пропускной способность сети беспроводной связи для различных алгоритмов распределения частотных ресурсов на основе предварительно собранных статистических данных о качестве радиоканала и загруженности соты. Для практической реализации указанных задач Косулиной М.В. потребовалось изучить среду Mathcad и разработать имитационную модель.

С поставленными задачами Косулиной М.В. справилась в полной мере.

Итогом работы является имитационная модель, позволяющая оценить различные алгоритмы распределения канальных ресурсов в сетях сотовой связи, направленные на снижение уровня межсотовой интерференции с точки зрения пропускной способности системы.

Таким образом, студентка Косулина М.В. показала умение самостоятельно анализировать информацию, работать с технической документацией на английском языке.

Считаю, что студентка Косулина М.В. заслуживает оценки отлично.

–  –  –

Оглавление Введение

Глава 1.Общие сведения о сетях сотовой связи четвертого поколения LTE.

...... 12

1.1 Архитектура сети

1.2. Интерфейсы сети LTE

1.3. Радиоинтерфейс LTE

1.3.1. Общие сведения о радиоинтерфейсе

1.3.2 Структуры кадров

1.3.3 Организация каналов радиоинтерфейса

1.4. Алгоритмы планирования частотно-временных в сетях сотовой связи.. 37 Глава 2. Межсотовая интерференция в сетях LTE

2.1 Проблема межсотовой интерференции в сетях LTE

2.2 Методы борьбы с межсотовой интерференцией в сетях LTE

2.2.1 Метод борьбы с межсотовой интерференцией ICIC

2.2.2 Метод борьбы с межсотовой интерференцией eICIC/FeICIC............... 46 Глава 3. Практическая часть.

Разработка имитационной модели для оценки эффективности различных алгоритмов распределения частотно-временных ресурсов на основе предварительно собранных статистических данных............ 47

3.1. Разработка имитационной модели

3.1.1. Преимущества модели, используемые переменные и допущения, принятые при разработке имитационной модели

3.2. Результаты исследования, полученные с помощью имитационной модели

3.2.1. Исследование зависимости пропускной способности гомогенной сети от интенсивности входной нагрузки для различных алгоритмов распределения частотно временных ресурсов

3.2.2 Исследование зависимости пропускной способности гетерогенной сети при различных методах распределения канальных ресурсов................ 58 Заключение

Список используемой литературы

Введение

Развитие беспроводной связи сопровождается постоянной сменой технологий. В их основе лежат стандарты сотовой связи GSM и CDMA и стандарты систем передачи данных IEEE 802. Технологии беспроводной связи развивались по двум независимым друг от друга направлениям – системы телефонной связи или же сотовая связь и системы передачи данных, такие как Wi-Fi и WiMAX. Но в последние годы наблюдается всё большая тенденция к слиянию этих двух функций. И даже более того, объем пакетных данных в сетях сотовой связи поколения 3G на сегодняшний день уже превысил объем голосового трафика. Это тесно связано с внедрением технологий HSPA. А современные сети передачи информации обязательно обеспечивают заданный уровень качества услуг (Quality of Service, QoS) для разных видов трафика.

Реализуется поддержка приоритетов для отдельных потоков информации на уровне TCP/IP и на МАС-уровне (стандарты IEEE 802.16). Благодаря этому становится возможным использовать их для оказания услуг голосовой связи, передачи мультимедийной информации и прочего.

С каждым годом всё большее распространение в мире получают сети LTE. Данную технологию можно считать самой быстроразвивающейся за всю историю сотовой связи. Отличительной особенностью сетей LTE является отказ от повторного использования частот. То есть абоненты во всех сотах, передают и принимают данные в одних и тех же полосах частот в одно и то же время, что является причиной возникновения межсотовой интерференции (Inter-Cell Interference или ICI). Наиболее остро эта проблема затрагивает тех абонентов, которые находятся на краю соты.

Проблема наиболее эффективного использования частотного-временных ресурсов сети волнует всех операторов, которые предоставляют услуги 4G.

Механизмы планирования ресурсов не определены стандартом, оставляя право выбора за производителями оборудования базовых станций. В данной работе рассматриваются варианты уменьшения влияния межсотовой интерференции и увеличения отношения сигнал/шум на границах сот, на основе статистических данных о пользовательских радиоусловиях (SINR – Signal to Noise plus Interfetence Ratio) и с использованием динамических подходов к координации интерференции по интерфейсу X2. С помощью имитационного моделирования решалась задача изучения эффективности различных схем распределения ресурсов сети с точки зрения пропускной способности.

Целью данной работы является разработка имитационной модели, позволяющей оценить пропускную способность сети беспроводной связи LTE для различных алгоритмов распределения частотных ресурсов, основываясь на предварительно собранных статистических данных о качестве радиоканала пользователей.

Задачи дипломной работы:

Изучение и анализ существующих алгоритмов распределения o частотно временных ресурсов.

Изучение и анализ существующих методов борьбы с межсотовой o интерференцией.

Разработка имитационной модели позволяющей получить графики o зависимости пропускной способности системы и оценить эффективность различных алгоритмов распределения частотных ресурсов направленных на уменьшение межсотовой интерференции.

Глава 1.Общие сведения о сетях сотовой связи четвертого поколения LTE

–  –  –

Изначально LTE была разработана как система с коммутацией пакетов. Её целью является предоставление возможности установления IP соединений между абонентскими станциями (User Equipment - UE) и сетью передачи данных (Packet Data Network - PDN). Под термином LTE понимается технология радио доступа, под термином EPC (Evolved Packet Core) понимается опорная сеть оператора. Вместе LTE и EPC образуют Evolved Packet System. EPS использует концепцию EPS bearers (потоков), чтобы обеспечить доставку IP пакетов между шлюзом и PND к абонентской станции. Каждый из потоков поток IP пакетов с определенными параметрами Quality of Service (качества обслуживания или QoS) на участке между GW и UE. Для одного пользователя может быть создано несколько EPS потоков, чтобы предоставлять различные QoS, а также чтобы предоставить соединения к различным PDN.

LTE сеть включает в себя две важнейшие составляющие: сети радиодоступа E-UTRAN и базовой сети System Architecture Evolution (SAE) или Evolved Packet Core Network (EPC).

Рис. 1.1.1 – Архитектура сети LTE

По сравнению со всеми предыдущими поколениями, при такой архитектуре удаётся достигнуть меньших задержек при передачи данных пользователей и управляющей информации, что объясняется меньшим количеством промежуточных элементов.

В сеть LTE входят элементы, которые отвечают за маршрутизацию, коммутацию, управление и хранение различных данных. Существенным отличием сети от предшествующих поколений является то, что обмен данными в сети EPC происходит только по протоколу IP. В прошлых же поколениях была использована коммутация каналов между отдельными пакетами.

Базовые станции eNodeB могут обмениваться между собой информацией по протоколу X2. Также базовые станциии осуществляют функции управления.

То есть элементе eNodeB объединяются функции контроллера и передатчика.

Сеть E-UTRAN, которая состоит из базовых станций, является, по сути, связующим звеном между сетью EPC и пользовательскими терминалами UE.

В LTE существует два типа трафика. Это передача пользовательских данных – User Plane (UP) и передача сигнальной информации – Control Plane (CP).

–  –  –

Базовая Станция (eNodeB или eNB) в сети LTE выполняет следующие функции:

Управляет радиоресурсами (RRM - Radio Resource Management). Это подразумевает распределение радиоканалов и динамическое распределение ресурсов в UL (восходящее) и DL (нисходящее) направлениях. Это процесс носит название scheduling.

Производит выбор блока управления мобильностью (Mobility Management Entity) при включении в сеть пользовательского терминала, если у него нет информации о прошлом подключении.

Измерение, а также составление отчётов для диспетчеризации и управления мобильностью.

Диспетчеризация и передача вызывной и вещательной информации, полученной от блока управления мобильностью (Mobility Management Entity).

Диспетчеризация и передача сообщений PWS (Public Warning System система тревожного оповещения), полученных от блока управления мобильностью (Mobility Management Entity).

Маршрутизация в пользовательской плоскости пакетов данных по

–  –  –

постоянный регистрационный номер с номером находящемся в базе данных Home Subscription Server для проверки его подлинности.

Управление каналами на интерфейсах к другим элементам сети.

S-GW — Serving Gateway (Обслуживающий шлюз) S-GW предназначен для обработки и маршрутизации пакетных данных поступающих из подсистемы базовых станций или в неё.

Его основная задача — это маршрутизация и направление пакетов с пользовательскими данными. Параллельно он выполняет и роль узла управления мобильностью (mobility anchor) для пользовательских данных при хэндовере между БС и как узел управления мобильностью между LTE и сетями с другими технологиями 3GPP.

Если UE свободен и не занят вызовом, то тогда S-GW подключает Downlink канал данных и производит пейджинг, если требуется передать данные по DL в направлении UE. Он управляет и хранит состояния UE. Также обслуживающий шлюз предоставляет копию пользовательских данных при узаконенном перехвате.

–  –  –

предназначены для UE, находящихся в режиме ожидания, и инициaлизация процедуры зaпроса услуги.

Маршрутизация и перенапрaвление пакетов данных.

Отправление различных событий, таких как начало соединения или его завершение, в PCRF (Policy and Charging Rules Function).

Формирование учётных записей пользователей и идентификатора класса качества обслуживания для тарификации.

Тарификация.

P-GW — Packet Data Network Gateway (Пакетный шлюз): пакетный шлюз обеспечивает соединение от UE к внешним пакетным сетям данных, являясь точкой входа и выхода трафика для UE. UE может иметь одновременно соединение с более чем одним пакетным шлюзом для подключения к нескольким сетям. P-GW выполняет функции защиты, фильтрации пакетов для каждого пользователя, поддержку биллинга, узаконенного перехвата и сортирование пакетов. Другая важная роль пакетного шлюза — быть узлом управления мобильностью между технологиями 3GPP и не-3GPP технологиями, такими как WiMAX и 3GPP2 (CDMA 1X и EvDO).

P-GW обеспечивает выполнение следующих функций:

Фильтрация пользовательских пакетов.

Санкционированный перехват пользовательской информации.

–  –  –

PCRF — Policy and Charging Rules Function (Узел выставления счетов абонентам).

Управление политикой можно разделить на две функции:

1) gating control или контроль шлюза

2) контроль качеством.

Под gating control подразумевается безошибочное и своевременное определение событий, таких как, например, начало предоставления, изменение параметров и прочих.

Управление качеством включает в себя непрерывный мониторинг, а также поддержание QoS (характеристики качества предоставления услуг), заданных абонентскими параметрами. Причем касается это не только голосовых соединений, но и пакетных сессий.

Charging Function (управление начислением платы) в обязательном порядке предполагает тарификацию в режиме online тарификацию, что означает, что абонент и оператор могут отслеживать состояние счёта в реальном времени.

PCRF в обязательном порядке должен поддерживать несколько моделей начисления платы, а именно:

- по затраченному на услугу времени

- по предоставленному объему услуг

- по факту предоставления услуги

- комбинированные модели.

Узел выставления счетов абонентам обязан выполнять все перечисленные функции даже в том случае, когда абонент находятся вне операторской сети (за её пределами).

HSS — Home Subscriber Server (Сервер абонентских данных сети):

HSS, по сути своей, — это большая база данных. Именно в нём хранятся данные об абонентах. HSS в сетях LTE является альтернативой набору регистров (VLR, HLR, AUC, EIR), которые были использованы в сетях 2G и 3G.

В HSS хранится следующая информация:

Пользовательские идентификаторы, адресная информация и номера.

Данные безопасности абонентов: информация для контроля доступа в сеть, аутентификации и авторизации.

Информация о местоположении абонента на межсетевом уровне (даже если абонент покидает текущую сеть LTE оператора, то всё равно в HSS хранится информация о том, в какую сеть он перешел, что необходимо для его поиска при входящем звонке.

Информация о профиле абонента.

Сервер абонентских данных сети генерирует данные, которые необходимы для осуществления таких процедур как шифрование, аутентификация и тому подобных. Сеть LTE может включать один или несколько серверов абонентских данных сети. Количество HSS зависит от географической структуры сети и числа абонентов в ней.

1.2. Интерфейсы сети LTE

–  –  –

X2 – это интерфейс между базовыми станциями, которые в сети LTE соединяются каждая с каждой.

S1 – это интерфейс, который связывает E-UTRAN с MME. По нему передаются данные управления.

S1-U – это интерфейс между E-UTRAN и SAE. По передаются пользовательские данные.

S2 – это интерфейс для организации соединения между PDN-GW и сетями доступа, которые не разрабатывались 3GPP.

S3 – интерфейс, который предоставляет прямое соединение SGSN и MME. Служит для передачи данных управления, что обеспечивает мобильность между сетями LTE и 2G/3G.

S4 – это интерфейс для связи SAE и SGSN. Он служит для передачи пользовательских данных для обеспечения мобильности между LTE и 2G/3G сетями.

S5 – это интерфейс между SAE и PDN-Gateway. S5 предназначен для передачи пользовательских данных между SAE и PDN-GW.

S6 – это интерфейс между MME и HSS. Используется он для передачи данных абонентского профиля. Помимо этого интерфейс S6 ещё и осуществляет процедуры аутентификации в LTE сети.

Gx – это интерфейс между PDN-GW и PCRF. Его назначение – передача правил тарификации от PCRF к PDN-GW.

SGi – это интерфейс между внешними IP-сетями и PDN-GW.

1.3. Радиоинтерфейс LTE 1.3.1. Общие сведения о радиоинтерфейсе Рассмотрим технологии, на базе которых реализован радиоинтерфейс сетей LTE: в восходящем канале uplink (UL) мультиплексирование с ортогональным частотным разнесением, более известное как OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), в нисходящем downlink (DL) мультиплексирование с частотным разнесением с передачей на одной несущей SC-FDMA (Single-Carrier Frequency Division Multiple Access).

Также, кроме приведённых выше технологий, для увеличения скорости и улучшения качества передачи в сетях LTE используются различные технологии MIMO.

Ниже приведено подробное описание этих технологий.

Технология OFDM и SC-FDMA

В канале UL допустимая мощность излучения значительно ниже, чем в DL канале, поэтому становится крайне важна энергетическая эффективность метода передачи информации, ведь с благодаря её становится возможным снизить стоимость терминального устройства и мощность, которую оно потребляет, а также увеличить зону покрытия.

Как и любая другая технология, OFDMA не безупречна. Её самый главный недостаток – это высокое соотношение пиковой и средней мощности сигнала (Peak-to-Average Power Ratio или PAR). Связано это с тем, что во временной области спектр OFDM-сигнала становится аналогичен аддитивному Гауссову шуму, который, как известно, характеризуется высоким уровнем средней мощности сигнала.

Чтобы как-то избавиться от этой проблемы для UL канала в сети LTE была предложена новая технология, носящая название SC-FDMA (Single-Carrier Frequency Division Multiple Access). Принципиальное ее отличие от предшествующей ей технологии OFDMA состоит в том, что если в OFDMA на каждой поднесущей одновременно передается свой модуляционный символ, то поднесущие в SC-FDMA модулируются одинаково и одновременно, но модуляционные символы там короче. Таким образом в SC-FDMA символы передаются последовательно, тогда как в OFDMA они передаются параллельно.

Это обеспечивает меньшее отношение максимального и среднего уровней мощности в сравнении с использованием OFDM. В результате повышается энергоэффективность абонентских устройств, а их конструкция упрощается.

Структура SC-FDMA-сигнала во многом аналогична технологии OFDM.

Здесь так же используется композитный сигнал – модуляция множества поднесущих, которые расположены с шагом f. Но есть и принципиальное отличие, заключающееся в том, что в SC-FDMA все поднесущие модулируются одинаково. Это означает, что единовременно передается лишь один модуляционный символ (см. рис. 1.3.1.1).

–  –  –

Сама процедура формирования SC-FDMA-сигнала отлична от схемы OFDMA. В SC-FDMA после канального кодирования, скремблирования и формирования модуляционных символов они группируются в блоки по М символов – субсимволов SC-FDMA (рис.1.3.1.2).

Рис.1.3.1.2 — Особенность формирования выходного сигнала в случае SC-FDMA и OFDM.

–  –  –

Выше уже упоминалось, что в системах LTE предусматриваются различные режимы работы с несколькими передающими и принимающими антеннами, то есть технология Multiple Input Multiple Output (MIMO).

Передающие и приёмные антенны разносят так, чтобы корреляция между соседними антеннами была слабой. Важно отметить, что для реализации технологии, которые требуют более двух антенн в цепи должны быть спроектированы крайне тщательно. В противном же случае при сохранении надлежащего уровня эффективности увеличатся расходы.

Работа этих систем может быть организована по двум принципам:

1) по принципу пространственного уплотнения;

2) по принципу пространственно-временного кодирования.

Суть первого принципа - принципа пространственного уплотнения заключается в том, что разные передающие антенны будут передавать различные информационные блоки. Передача данных ведётся параллельно с 2 или же с 4 антенн. На приемной стороне производится прием и разделение сигналов различных антенн. Благодаря этому становится возможно увеличение максимальной скорости передачи данных в два или даже в четыре раза (в зависимости от количества передающих антенн).

В системах, которые построены по второму принципу, пространственно-временного кодирования, со всех передающих антенн происходит передача одного и того же потока данных. В этих системах для того чтобы обеспечить лучший по качеству приём используются схемы предварительного кодирования. К примеру, при формировании сигнала с двух передающих антенн поток комплексных модуляционных символов, которые будут модулировать одну из поднесущих OFDMA-сигнала, разбивается на четные (x2) и нечетные (x1) символы. То есть данные модуляционные символы соответствуют разным OFDMA-символам, но одной поднесущей.

В системах MIMO, которые построены по принципу Time Duplex (TD) с 4 передающими антеннами, в какой-либо конкретный момент времени ведётся передача сигнала только с 2 из них. Но при этом последовательность комплексных модуляционных символов разбивается на так называемые «четверки» символов x1, x2, x3 и x4. Эти «четвёрки» будут передаваться в порядке, который показан на рис. 1.3.1.3.

–  –  –

Каждому абонентскому устройству в каждом слоте назначается определенный диапазон канальных ресурсов в частотно-временной области (см.

рис.1.3.1.4) – это ресурсная сетка. Одна ячейка в ресурсной сетке – это ресурсный элемент. Он соответствует одному OFDM-символу во временной и одной поднесущей в частотной. Совокупность всех ресурсных элементов образует ресурсный блок, который является минимальной информационной единицей в канале.

Ресурсный блок занимает 12 поднесущих, то есть 180 кГц, и 6 или 7 OFDM-символов. Количество OFDM-символов определяется зависимости от того какой циклический префикс используется. Общая длительность слота всегда составляет 0,5 мс. Число ресурсных блоков NRB в ресурсной сетке может составлять от 6 до 110. Большой разрыв между возможным числом ресурсных блоков объясняется тем, что их число зависит от ширины полосы канала, а ширина частотных полос UL/DL каналов в сети LTE может составлять от 1,4 до 20 МГц. Ресурсный блок – это минимальный ресурсный элемент, который выделяется абонентскому устройству планировщиком БС. О распределении ресурсов в каждом слоте БС сообщает в специальном управляющем канале (см. рис. 1.3.1.4).

Каждая поднесущая модулируется посредством квадратурной фазовоамплитудной модуляции - QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), 16-QAM (QAM - Quadrature Amplitude Modulation) или 64-QAM. Очевидно, что модуляция будет 4-, 16- и 64-позиционной соответственно. Один символ на одной поднесущей содержит 2, 4 или 6 бит в зависимости от того, какой вид модуляции был использован. При стандартном префиксе символьная скорость составит 14000 символов/с. При дуплексе Frequency Division Duplexе (FDDдуплекс) такая символьная скорость соответствует агрегатной скорости от 28 до 84 кбит/с на одну поднесущую. Сигнал с полосой 20 МГц содержит 100 ресурсных блоков и, соответственно, 1200 поднесущих. Это даёт общую агрегатную скорость в канале от 33,6 до 100,8 Мбит/с.

–  –  –

Функционирование сетей LTE может осуществляться в частотных диапазонах с различной шириной. Сигналы UL или DL направления могут занимать полосы от 1,4 до 20 МГц. Это зависит от количества активных ресурсных блоков.

Границы частотного диапазона, который занимает сигнал, определяются симметрично относительно несущей частоты Fc и вычисляются по следующим формулам:

–  –  –

Для любого частотного диапазона вводится частотная сетка с шагом 100 кГц. Называется это канальным растром и значит, что центральные несущие частоты каналов должны быть кратны 100 кГц.

Все временные значения выражаются в единицах элементарного временного интервала, который равен:

–  –  –

Первый тип предназначен для частотного дуплексирования. Причём как для полного дуплекса, так и для полудуплекса. Такой кадр состоит из 20 слотов длительностью 0,5 мс, которые нумеруются от 0 до 19. Два смежных слота образуют субкадр (см. рис.1.3.2.1). При полнодуплексном режиме же радиокадры в каналах UL и DL передаются параллельно, но с временным сдвигом, который оговорен в стандарте. В полудуплексном режиме физические каналы всё также разделены дуплексным расстоянием, но UE не может работать сразу и на приём, и на передачу.

–  –  –

Радиокадр второго типа предназначен лишь для временного дуплексирования (рис.1.3.2.2). Состоит он из двух полукадров с длительностью по 5 мс, каждый из которых включает 5 субкадров длительностью по 1 мс. В стандарте предусмотрено два цикла временного дуплексирования – 5 и 10 мс. В случае дуплексирования 5 мс первый и шестой субкадры идентичны, они содержат служебные поля DwPTS, UpPTS и защитный интервал GP. Во втором же случае, при 10 мс цикле TDD шестой субкадр используется для передачи данных в UL канале. Субкадры 0 и 5 поле DwPTS всегда относятся к UL каналу, Субкадр 2 и поле UpPTS всегда относятся к каналу UL. Распределение остальных субкадров определяется на рис.1.3.2.2. Возможны различные варианты длительности полей UpPTS, DwPTS и GP, но сумма их всегда равняется 1 мс.

–  –  –

На рис. 1.3.2.2 приведены возможные варианты конфигураций “восходящий— нисходящий”, которые формируются для каждого подкадра в пределах одного кадра. Символ “D” означает, что такой подкадр зарезервирован для направления DL и, соответственно, символ “U” — для направления UL.

На рис.1.3.2.3 символом “S” обозначено пилотное поле или же точку переключения. Содержатся пилотные поля в специальных подкадрах и их наличие означает необходимость перехода от одного к другому направлению. В этом пилотном поле или точкеп переключения выделяют специальные пилотные слоты DL направления, DwPTS — Downlink Pilot Time Slot, и пилотные слоты UL направления, UpPTS — Uplink Pilot Time slot. Они располагаются последовательно, вместе с защитным полем GP, что видно на рис. 1.3.2.2.

–  –  –

логические каналы трафика, по которым передаются пользовательские данные, и логические каналы управления, использующиеся для передачи различных информационных и сигнальных сообщений. Далее приводится их подробное описание.

Broadcast Control Channel (BCCH) – это канал, по которому передаётся системная информация всем пользователям в соте. Перед тем как войти в систему UE считывает информацию, передающуюся по BCCH, и определяет параметры сети.

Paging Control Channel (PCCH) – это канал для пейджинговых сообщений, которые передаются тем UE, у которых местоположение не определено с точностью до соты.

Common Control Channel (CCCH) - общий канал управления, он предназначен для решения общих задач для всех UE.

Dedicated Control Channel (DCCH) – это индивидуальный выделенный канал управления, использующийся для обмена командными сообщениями с UE.

Multicast Control Channel (MCCH) – это канал передачи групповой служебной информации (используется для передачи служебной информации необходимой при приеме MTCH).

Multicast Traffic Channel (MTCH) – это канал передачи трафика для выделенной группы UE (используется для передачи мультимедийного вещания MBMS).

Dedicated Traffic Channel (DTCH) – это выделенный канал типа "точкаточка" для передачи пользовательских данных, предназначенный только для одного UE.

–  –  –

После того, как информация логических каналов обработается на RLC/MAC уровнях, её размещают в транспортных каналах с целью дальнейшей передачи по радиоинтерфейсу в физических каналах.

Транспортный канал определяет то, каким образом происходит передача информации по радиоинтерфейсу, а также её характеристики. В каждом временном интервале передачи (Transmission Time Interval или TTI) по радиоинтерфейсу передают как минимум один транспортный блок (разбитое на транспортном уровне информационное сообщение). С использованием технологии MIMO в одном TTI возможна передача до четырех транспортных блоков.

Broadcast Channel (BCH) – это транспортный вещательный канал, предназначенный для передачи информации логического канала BCCH. Он имеет фиксированный формат.

Paging Channel (PCH) - это транспортный канал для передачи информации логического канала PCCH. Этот канал поддерживает прием с перерывами (режим DRX - Discontinuous Reception) и благодаря этому UE дольше сохраняет заряд батареи.

Downlink Shared Channel (DL-SCH) – это транспортный канал с разделением пользователей, используемый для передачи информации "вниз".

Он поддерживает планирование передач во частотной и временной областях, адаптацию скорости передачи, модифицированный автоматический запрос на повторную передачу непринятых пакетов – HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) и режим DRX, упомянутый выше.

Multicast Channel (MCH) – это транспортный канал групповой передачи.

MCH используется для того, чтобы обеспечить поддержку услуг мультимедийного вещания MBMS.

Uplink Shared Channel (UL-SCH) – это транспортный канал с разделением пользователей, используемый для передачи "вверх". Он аналогичен DL-SCH каналу.

Random Access Channel (RACH) – это транспортный канал случайного доступа, использующийся при хэндовере (HO), для передачи запросов на подключение к сети и для восстановления синхронизации "вверх".

–  –  –

Физические каналы в сети LTE:

Physical Downlink Shared Channel (PDSCH) – это физический канал с разделением пользователей для передачи информации "вниз", использующийся для передачи информации каналов PCH, DL-SCH.

Physical Downlink Control Channel (PDCCH) – это физический канал управления "вниз", используемый для того, чтобы передать информации о назначении канального ресурса для передачи транспортных блоков каналов PCH, DL-SCH, UL-SCH, а также HARQ информации, относящейся к каналу DLSCH. Кроме того, по PDCCH передаются ответы на запросы на доступ к сети.

Тип модуляции для передачи - 4-ФМ.

Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH) – это физический канал, предназначенный для передачи HARQ ACK/NACK в ответ, используется при передаче информации "вверх".

Physical Broadcast Channel (PBCH) – это физический канал для передачи вещательной информации.

Physical Multicast Channel (PMCH) – это физический канал для групповой передачи пакетов мультимедийного вещания.

Physical Control Format Indicator Channel (PCFICH) – это физический канал для передачи формата, используемый для PDCCH.

Physical Random Access Channel (PRACH) – это физический канал для передачи запросов случайного доступа.

Physical Uplink Shared Channel (PUSCH) – это физический канал сигнализации Uplink Control Information (UCI) и передачи пользовательского трафика).

Physical Uplink Control Channel (PUCCH) – это физический канал передачи сигнализации Uplink Control Information (UCI) при отсутствии PUSCH.

–  –  –

Рис. 1.3.3.4 – Взаимосвязь между логическими, транспортными и физическими каналами в сети LTE в нисходящем направлении.

На рис. 1.3.3.4 приведена взаимосвязь между логическими, транспортными и физическими каналами в направлении от базовой станции к терминалу пользователя в направлении UL (нисходящее направление).

Рис. 1.3.3.5 – Взаимосвязь между логическими, транспортными и физическими каналами в сети LTE в восходящем направлении.

На рис.1.3.3.5 приводится взаимосвязь между логическими, транспортными и физическими каналами в направлении от абонентского терминала к базовой станции в направлении UL (восходящее направление).

1.4. Алгоритмы планирования частотно-временных в сетях сотовой связи В технологии LTE одно из самых эффективных путей улучшения основных показателей качества обслуживания и повышения производительности, или Quality of Service (QoS) - это использование принципов функциональной и структурной самоорганизации. Использование этих принципов позволяет эффективно среагировать на изменения состояний и условий функционирования беспроводной сети, продиктованных, к примеру, выходом из строя элементов сети, динамикой изменения сигнально-помеховой обстановки, колебаниями трафика, который поступает в сеть и многими другими факторами. Высокий уровень самоорганизации достигается благодаря усовершенствованию сетевых протоколов и механизмов, которые отвечают за планирование доступных сетевых ресурсов. Так что принципы самоорганизации в LTE могут быть положены на систему управления радиоресурсом - Radio Resource Management (RRM), а точнее на планировщик.

Планировщик или scheduler несёт ответственность за планирование ресурсов для UE. В первую очередь, это такие ресурсы как: символы – временной ресурс, частотные поднесущие – частотный ресурс.

Также немаловажно то, что решение задачи RRM о выделении радиоресурсов основывается на требованиях к Quality of Service. За производителями оборудования БС остаётся право выбора механизма планирования ресурсов канала связи DL, так как в LTE они не определены стандартом.

Результатом решения задачи распределения частотного и временного ресурсов должно быть закрепление блоков планирования (Scheduling Block, SB) за пользовательскими станциями в DL канале связи одного кадра, который является законченным «циклом» передачи данных во временной области и передаётся на протяжении 10 мс. Блок планирования – это наименьший структурный элемент, выделяемый одной UE и формируемый на одинаковых поднесущих двумя соседними ресурсными блоками (Resource Block, RB).

Задача планирования частотного и временного ресурса в технологии LTE, по сути своей, это задача распределения блоков планирования между UE сети в зависимости от заявленной скорости передачи. скорость передачи каждой UE при этом зависит от числа выделенных блоков планирования.

Существует несколько различных способов планирования. В самом простом случае, ресурсы между абонентами распределяются в порядке поступления запросов, при этом не учитывается структуры передаваемых данных и прочие условия. Такой алгоритм носит название Round Robin. Другие же, уже более сложные алгоритмы, при принятии решения, основываются на качестве канала и выделяют абоненту ресурсы с наилучшим качеством. Здесь речь идёт об алгоритме Best CQI, который позволяет за счет оптимального использования схемы модуляции и кодирования увеличить пропускную способность системы.

Ещё более сложные алгоритмы планирования учитывают то, какие данные присутствуют в запросе абонента, и основываясь именно на этой информации осуществляют выделение ресурсов в порядке приоритета данных, которые они получили. Каждое приложение из тех, что могут быть запущены единовременно на клиентском устройстве, имеет свои требования к Quality of Service. Для каждого конкретного типа данных приписывается свой идентификатор QoS класса или QoS Class Identifier (QCI). Каждый QoS Class Identifier определяет значения для следующих параметров QoS: допустимая задержка, приоритет и допустимое количество потерянных пакетов. Обычно именно значения приоритета и допустимой задержки определяют то, каким образом планировщик на базовой станции eNB будет обрабатывать пакеты данных.

Информацию о параметрах радиоканала eNB получает от абонентского устройства UE с использованием индикатора качества канала (Channel Quality Indicator, CQI). UE сопоставляет измеренное значение отношения сигнал/шум (Signal-to-noise ratio, SNR) в соответствии с линейной функцией и сообщает eNB показатель QoS Class Identifier.

В связи с тем, что, как известно, в технологии LTE один канал DL совместно используют сразу несколько пользовательских станций, существует острая необходимость в выборе метода или механизма планирования частотного и временного ресурсов для обеспечения доступа к среде передачи данных всем абонентским устройствам. Механизм планирования частотного и временного ресурсов используется планировщиком (scheduler) для выделения скорости передачи UE.

Известные методы распределения временного и частотного ресурсов в технологии LTE предполагают использование трех основных механизмов по предоставлению прав доступа к среде передачи данных, а именно таких алгоритмов как:

- циклический алгоритм или Round Robin Scheduler;

- алгоритм максимального отношения мощности несущей к уровню помехи или Мах C/I Ratio, Best CQI scheduling;

- алгоритм пропорционального справедливого распределения обслуживания или Proportional Fair Scheduling. [5] Глава 2. Межсотовая интерференция в сетях LTE

2.1 Проблема межсотовой интерференции в сетях LTE Согласно данным Global mobile Suppliers Association на 1 октября 2012 года 105 мобильных операторов запустили сети LTE 8 релиза в коммерческую эксплуатацию на территории 48 стран. Можно смело утверждать, что LTE – самая быстроразвивающаяся технология за всю историю сотовой связи.

Причиной столь колоссального успеха технологии LTE у сотовых операторов очевидно является то, что в скором времени сети 3G перестанут обеспечивать предоставление услуг беспроводного широкополосного доступа относительно приемлемого качества. Нагрузка на существующие сети 3G очень сильно возросла и уже 2011 г. – первой половине 2012 года качество предоставляемых большей частью операторов 3G услуг крайне ухудшилось. Это было связано с тем насколько сильно в последние годы возросло проникновение смартфонов среди абонентской базы. Таким образом основной мотивацией и главным толчком к запуску сете LTE для операторов стала "разгрузка" от трафика своих сетей 3G без потери доходов. Следующий этап в эволюции сетей LTE — LTEAdvanced или LTE Rel.10/11 — должен обеспечить возможности, которые позволят операторам ощутимо снизить себестоимость предоставляемых услуг.

Главным требованием при разработке LTE Rel. 8 стало увеличение спектральной эффективности в идеальных условиях до 5 бит/с/Гц, при этом спектральная эффективность системы в среднем по соте, в стандартной антенной конфигурации MIMO 2х2, составит примерно 1,7 бит/с/Гц/соту (согласно 1 сценарию спецификации 3GPPTR 25.

912). А в LTE Rel.10 данный показатель планируется увеличить до 2,4 бит/с/Гц. Это стало возможно благодаря переходу от технологии радиоинтерфейса W-CDMA, которая себя уже исчерпала, к более прогрессивной технологии OFDMA. На момент проведения исследований, технология OFDMA является лучшей из существующих технологий мобильного доступа. Она позволяет работать с каналами различной полосы и передавать данные на высокой скорости. Кроме того, OFDMA не подвержена частотно-селективным замираниям (так как все информационные потоки передаются на отдельных поднесущих). Сети, которые работают с OFDMA, предусматривают использование одной частоты по всей сети, это значит все БС работают в одной полосе. Серьезной проблемой данной технологии является возникновение межсотовой интерференции, особенно на краях сот. Очень высокий уровень внутрисистемных помех на границе соты приводит к низкому отношению сигнал/шум(SINR) - менее 0 дБ, тогда как в непосредственной близости к базовой станции – более 20 дБ. В результате возникает очень большая разница в пропускной способности в центре соты и на её краях (см. рис.2.1). [6]

–  –  –

2.2 Методы борьбы с межсотовой интерференцией в сетях LTE Основной целью при решении проблемы межсотовой является улучшение качества сигнала для абонентов, находящихся на краю соты, тем самым выравнивание возможностей абонентов на всей площади соты. Существует множество способов решения данной проблемы. Ниже представлены примеры подобных методов и их краткое описание:

–  –  –

4) LTE-A поддерживает усовершенствованную работу технологии MIMO. Согласно 3GPP планируется поддержка MIMO 8x8 в канале downlink и MIMO 4x4 в канале uplink. Для улучшения качества сигнала на границе соты используется схема MIMO Transmit Diversity. Разнесенная передача (Tx Diversity) - это случай использования большего количества антенн на передающей стороне, чем на приемной. С точки зрения MIMO такая система называется MISO - Multiple Input Single Output. Простейший случай такой системы, когда передающих антенн две, а приемная одна. Данная техника не позволяет увеличить пропускную способность канала, но повышает надежность передачи. Для формирования надежного сигнала используется пространственно-временное кодирование. В этом случае копия сигнала передается не только с другой антенны, но и в другое время. Также может использоваться пространственно-частотное кодирование.

5) LTE-A предусматривает использование узлов ретрансляции Relay.

Что позволяет закрыть так называемые"дырки" в покрытии, а также улучшить радиоусловия для тех пользователей, которые находятся на границах соты.

Узлы соединяются с БС, (Donor eNB, DeNB), через Uu-интерфейс.

6) Помимо механизмов направленного действия, в сетях LTE существуют косвенные методы снижения интерференции. Как, к примеру, Fractional Power Control. Частичный контроль мощности подразумевает частичную компенсацию потерь.

–  –  –

2.2.1 Метод борьбы с межсотовой интерференцией ICIC В сети LTE работает механизм под названием ICIC (Inter-Cell Interference Coordination — Координация межсотовой интерференции). Смысл данной технологии в том, что соседние базовые станции передают по X2 интерфейсу информацию о своей загрузке в виде Overload Indicator (OI). Таким образом, они фактически имеют возможность договориться между собой кто из них какой поддиапазон (subband) и в какой момент времени будет использовать.

Выглядеть частотно-территориальное распределение в этом случае будет примерно так:

Рис. 2.2.1 – Принцип работы ICIC.

Существует несколько подходов к такой координации: статическая, динамическая и полудинамическая координация. Независимо от того, какой используется поход, его суть сводится к тому, что абонентам, которые находядятся ближе к приёмопередатчику базовой станции (eNB), может быть выделена вся полоса для передачи данных. Это связано с тем, что они передают с меньшей мощностью, а значит, создают меньше интерференции соседним сотам. А абонентам, которые находятся на границах сот, может выделяться либо часть спектра, что называется частичным переиспользованием частот (fractional frequency reuse), либо же вся полоса частот, но через определённые интервалы времени (Временное переиспользование частот – Time Frequency Reuse).

Децентрализованный алгоритм координации межсотовой интерференции, позволяет получать большие значения пропускной способности абонентам на краях сот с меньшими затратами на сигнальный обмен между базовыми станциями по сравнению с классическими статическими и централизованными методами координации.[3]

2.2.2 Метод борьбы с межсотовой интерференцией eICIC/FeICIC

Для улучшения качества обслуживания в зонах неуверенного приема или отсутствия сигнала операторы переходят к гетерогенным сетям. Задача обеспечения требуемой удельной скорости передачи информации в гетерогенных сетях может быть решена снижением внутрисистемных помех, наводимых макросотами в каналах передачи данных и управления фемтосот.

Фемтосота (Femtocell) является маломощной базовой станцией сотовой связи и обслуживает небольшую территорию (радиус обслуживаемой территории 20 – 50 м). Мощность передатчика не превышает 20 мВ. Фемтосота используется в качестве дополнения к покрытию сотовых сетей в местах с плохим прохождением радиоволн и повышенным скоплением пользователей и предоставляет услуги передачи голоса и данных. Соединение с сетью оператора происходит посредством канала широкополосного доступа какоголибо оператора Интернет.

Следует отметить, что проблема распределения и использования канального ресурса в частотной и временной областях в гетерогенных сетях LTE относится к числу сложных, так как требует учета большого числа факторов. В связи с этим разработка модифицированного алгоритма координации межсотовой интерференции, является актуальной.

В сетях LTE существует возможность снизить уровень внутрисистемных помех и повысить пропускную способность на границах сот за счет статического распределения ресурсов в частотной области ICIC (InterCell Interference Coordination, координация межсотовой интерференции) Release

8. Однако технология ICIC ориентирована на гомогенные сети и эффективна при защите от внутрисистемных помех только физических каналов данных, а не каналов управления. Для устранения недостатка ICIC в 3GPP Release 10 была предложена технология eICIC (enhanced Inter-Cell Interference Coordination, усиленная координация межсотовой интерференции).

В технологии eICIC вводится концепция «Почти чистого субкадра»

(Almost blank subframe – ABS). Используемая в алгоритме технология основывается на передаче макросотой «пустых» субкадров с пониженной мощностью и отсутствием данных и управляющей информации. В эти периоды времени фемтосоте разрешено обслуживать своих абонентов на границе соты.[3] Принцип работы данного алгоритма изображен на рис. 2.2.2.

–  –  –

Глава 3. Практическая часть.

Разработка имитационной модели для оценки эффективности различных алгоритмов распределения частотновременных ресурсов на основе предварительно собранных статистических данных

3.1. Разработка имитационной модели 3.1.1. Преимущества модели, используемые переменные и допущения, принятые при разработке имитационной модели Предлагаемая имитационная модель направлена на применение в беспроводных сетях технологии LTE, использующих частотное разделение каналов.

При разработке модели учитывается тот факт, что в качестве основной технологии доступа UE к частотному и временному ресурсам в технологии LTE выбран множественный доступ с ортогональным частотным разделением сигналов (Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA).

При этом наименьшей структурной единицей радиоресурса, которой можно управлять при решении задачи планирования является RB. Каждый RB занимает 12 соседних OFDM поднесущих в частотной области и один слот (0,5 мс) во временной области, состоящий из шести или семи OFDM-символов (наименьшая структурная единица OFDM во временной области). Блок планирования, состоящий из двух соседних RB на одинаковых поднесущих передается на протяжении интервала времени передачи (Transmission Time Interval, TTI) равного 1 мс.

Модель позволяет исследовать параметры сети LTE только в нисходящем направлении. Модель не позволяет учитывть приоритет передаваемых данных.

Структурная блок-схема общего алгоритма имитационной модели Используемые переменные N_ue – число абонентов, обслуживаемых базовой станцией;

N_zapros_ue – число запросов у абонентов;

N_rb – число ресурсных блоков (ширина полосы системы LTE);

G – интенсивность входной нагрузки Structura: abonent(i,j) – в данной структуре хранится вся информация о всех запросах от абонентов(время появления запроса, тип и объем данных, качество канала cqi);

subkadr(i) – в данной структуре хранится информация о числе запросов в каждом субкадре, номера абонентов и запросов которые претендуют на передачу данных в субкадре;

–  –  –

3.1.2 Структурная блок-схема алгоритма Round Robin Алгоритм Round Robin по праву считается самым простым алгоритмом распределения ресурсов. Ресурсы между абонентами распределяются в порядке поступления запросов. При этом не учитывается ни структура передаваемых данных, ни качество радиоканала, ни прочие условия. На рис. 3.1.2.1 изображена функциональная блок-схема алгоритма Round Robin.

Рис. 3.1.2.1 — Функциональная блок-схема алгоритма планирования Round Robin.

Принцип работы алгоритма:

Как уже было сказано выше, при рассмотрении общего алгоритма имитационной модели, информация о том, сколько абонентов претендует на передачу данных в каждом субкадре, а так же номера этих абонентов и запросов хранятся в структуре subkadr().

subkadr(i).kol — число запросов в СК i;

Алгоритм, зная от какого числа абонентов поступили запросы, всю полосу делит между ними поровну, не учитывая приоритет передаваемых данных, качество канала и прочие условия.

3.1.3 Структурная блок-схема алгоритма координации межсотовой интерференции на основе статистических данных (ICIC).

Алгоритм координации межсотовой интерференцией основан на том, что соседние базовые станции передают по X2 интерфейсу информацию о своей загрузке в виде Overload, т.е решение при распределении ресурсов принимается на основании предварительно собранной статистической информации. Таким образом, базовые станции фактически имеют возможность договориться между собой кто из них какой поддиапазон (subband) и в какой момент времени будет использовать.

Такой алгоритм распределения ресурсов позволяет увеличить пропускную способность системы, за счет увеличения отношения сигнал/шум для абонентов находящихся на границе соты, и как следствие оптимального использования схемы модуляции и кодирования.

Статистический алгоритм координации межсотовой интерференцией ICIC, принимает решение при распределении ресурсов основываясь на предварительно собранной информации о пользовательских радиоусловиях.

Такой алгоритм планирования позволяет увеличить пропускную способность системы, за счет оптимального использования схемы модуляции и кодирования.

–  –  –

Рис. 3.1.4 - Структурная блок-схема алгоритма координации межсотовой интерференции на основе “Пустых субкадров” (ABS).

3.2. Результаты исследования, полученные с помощью имитационной модели 3.2.1. Исследование зависимости пропускной способности гомогенной сети от интенсивности входной нагрузки для различных алгоритмов распределения частотно временных ресурсов На рис. 3.2.1.1 и рис. 3.2.1.2 представлены графики зависимости пропускной способности сети от интенсивности входной нагрузки для алгоритмов планирования Round Robin и алгоритма, направленного на снижение межсотовой интерференции. Используемая полоса 10Мгц (50 РБ).

При моделировании имитируется следующая ситуация:

Качество радиоканала (SINR) для всех абонентов выбирается случайным образом, то есть все абоненты равновероятно могут иметь как высокий, так и низкий уровень SINR.

–  –  –

3.2.2 Исследование зависимости пропускной способности гетерогенной сети при различных методах распределения канальных ресурсов Рассматривается система из одной макросоты и одной фемтосоты, и моделируются два сценария абонентской нагрузки: обе соты перегружены, перегружена только фемтосота.

–  –  –

Рис. 3.2.2.2 - Фемтосота перегружена.

Численные значения средней и граничной скорости передачи, соответствующие точках кривых накопленной частоты, представлены в таблицах 3.2.2.1 и 3.2.2.2.

Таблица 3.2.

2.1 – Численные значения средней удельной скорости передачи и граничной удельной скорости передачи до применения алгоритма и после.

–  –  –

Таблица 3.2.

2.2 – Численные значения средней удельной скорости передачи и граничной удельной скорости передачи до применения алгоритма и после.

–  –  –

Рассматривалась система из одной макросоты и одной фемтосоты. С помощью моделирования сравнивались средняя и граничная удельная скорость передачи информации для двух сценариев нагрузки: обе соты перегружены, макросота недогружена, фемтосота перегружена. Когда обе соты перегружены, после применения алгоритма граничная удельная скорость передачи в частотных каналах абонентов фемтосот увеличилась в 1.69 раза, абонентов макросот – уменьшилась 3.81 раза. Средняя удельная скорость передачи в частотных каналах абонентов фемтосот увеличилась в 1.77 раз, абонентов макросот – уменьшилась в 2.41 раза. Коэффициент = 0.4. Так как избыточное количество ABS-субкадров в общем передаваемом потоке уменьшает время обслуживания абонентов макросот, их удельная скорость передачи уменьшается.

Когда перегружена фемтосота, а макросота недогружена после применения алгоритма граничная удельная скорость передачи в частотных каналах абонентов фемтосот увеличилась в 6.95 раза, абонентов макросот уменьшилась 1.13 раза. Средняя удельная скорость передачи в частотных каналах абонентов фемтосот увеличилась в 6.816 раз, абонентов макросот – уменьшилась в 1.19 раз.

Коэффициент = 0.6. Уменьшение удельной скорости передачи для абонентов макросот в данном случае слабо выражено из-за низкой плотности макро абонентов в соте.

Заключение

В ходе данной работы была разработана имитационная модель для оценки эффективности алгоритмов распределения частотно-временных ресурсов на основе предварительно собранных статистических данных. Были рассмотрены алгоритмы Round Robin, алгоритм координации межсотовой интерференции (ICIC) и алгоритм координации межсотовой интерференции на основе “Пустых субкадров” (ABS).

С помощью разработанной имитационной модели было произведено сравнение средней и граничной удельной скорости передачи информации макросоты и одной фемтосоты при двух разных сценариях нарузки. В процессе моделирования получены графики зависимости. Кроме того, были высчитаны численные значения средней удельной скорости передачи и граничной удельной скорости передачи до применения алгоритма и после. Результаты моделирования представлены в виде графиков. Опираясь на полученные графики можно сделать вывод о эффективности использования алгоритма распределения ресурсов в различных сценариях.

Список литературы

[1]. X. Zhang, C. Hee, L. Jiang, J. Xu, Inter-cell Interference Coordination Based on Softer Frequency Reuse in OFDMA Cellular Systems, IEEE Int. Conference Neural Networks, 2008.

[2].TS 36.211: Physical Channels and Modulation.

[3]. 3GPP long term evolution [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://4g-lteworld.blogspot.ru/2012/06/icic-and-eicic.html (дата обращения: 25.05.2016).

[4]. Анисимов А. Обзор LTE-Advanced, основые характеристики и отличия от LTE [Электронный ресурс]. Режим доступа:: http://anisimoff.org/lte/lteadvanced%20overview.html (дата обращения: 02.06.2016).

[5]. Гаркуша С.В. Модель распределения блоков планирования в нисходящем канале связи технологии LTE, Харьков, 2013, с. 76-77.

[6]. Дубинин Г.В. СПОСОБЫ УЛУЧШЕНИЯ РАБОТЫ АБОНЕНТСКИХ ТЕМИНАЛОВ НА КРАЯХ СОТЫ В СЕТИ LTE, Севастополь, 2012, с. 2-4.

[7]. Попов Е. А. ТЕХНОЛОГИЯ LTE МОБИЛЬНОЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ, Спб.: Издательство политехнического университета, 2011. – 205 с.

[8]. Тихвинский В.О. Сети мобильной связи LTE, технологии и архитектура,

Похожие работы:

«ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ И КОМПЛЕКСЫ УДК 519.6 В.И. Агошков, М.В. Ассовский, С.В. Гиниатулин, Н.Б. Захарова, Г.В. Куимов, И.Е. Пармузин, В.В. Фомин Институт вычислительной математики Российской академии наук, г. Москва ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ВАРИАЦИОННОЙ АССИМИЛЯЦИИ ДАННЫХ НАБЛЮДЕНИЙ ИВС "ИВМ...»

«0315654 Новые достижения, новые возможности! Компания АЛС и ТЕК была создана в 1993 году коллективом ведущих разработчиков оборонных предприятий г. Саратова. Работая в постоянном сотрудничестве с Министерством Российской федерации по связи и информатизации, центром отраслевой...»

«www.komcat.net.ua Руководство пользователя KOMCAT -1T 1,5 сек. прибор вернулся в режим охраны. Если шлейф не восстановился после тревоги прибор переходит в режим аварии, при этом сирена и Программирование (Индикация установок светодиод считывателя) красный светодиод синхронно в...»

«ПСиХоЛогіЯ мови і КуЛЬтури УДК 811. 161.1’376.46’42:659.1 Горлачева В.В. (Запорожье, Украина) иСПоЛЬЗованиЕ мЕта-ПрограммЫ "воЗможноСти – дЕйСтвиЯ" в СоврЕмЕнной рЕКЛамЕ моБиЛЬнЫХ тЕ...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Стол...»

«Известия высших учебных заведений. Поволжский регион МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ УДК 004.8:621.923. А. А. Игнатьев, А. В. Каракозова АНАЛИЗ ИНФОРМАТИВНОСТИ ВИБРОАКУСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ КОНТРОЛЕ ДИНАМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СТАНКОВ Аннотация. Ак...»

«Что такое основные средства Основные средства это здания, сооружения, различные приборы, вычислительная техника, автомашины и многие другие объекты, которые не потребляются в ходе производства, хотя участвуют в нем. Например, в столярной мастерской стоит токарный станок, с помощью которого делают массу продукц...»

«1 Открытый урок по математике в 5 классе по теме: Деление десятичных дробей на натуральные числа Тема: "Деление десятичных дробей на натуральные числа"Цели: 1. Продолжить работу над формированием умени...»

«Вычислительные технологии Том 4, № 5, 1999 О ДОСТИЖЕНИЯХ В ТЕОРИИ РАЗНОСТНЫХ СХЕМ Ю. И. Шокин, З. И. Федотова Институт вычислительных технологий СО РАН Новосибирск, Россия e-mail: zf@net.ict.nsc.ru A brief survey of studies devoted to the th...»

«МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО СВЯЗИ И ИНФОРМАТИЗАЦИИ РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ ОТРАСЛИ НОРМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ Городские и сельские телефонные сети РД 45.120-2000 НТП 112-2000 Предисловие 1 РАЗРАБОТАН Ленинградским отраслевым научно-исследовательским институтом связи (ЛОНИИС) и ОАО “Гипросвязь СПб” ВНЕСЕ...»

«Рабочая программа по информатике и ИКТ для 7 класса (И.Г. Семакин, Л.А. Залогова, С.В. Русаков, Л.В. Шестакова) Пояснительная записка Рабочая программа по информатике и ИКТ для 7 класса создана на основе федерального ком...»

«Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Владимирский государственный университет В.Н. ГОРЛОВ, Н.И. ЕРКОВА МЕТОДЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ МАТЕМАТИКИ ДЛЯ ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ. АЛГОРИТ...»

«Институт проблем передачи информации РАН ЛАБОРАТОРИЯ № 12 Лаборатория биоинформатики клеточных процессов и управления движением Заведующий лабораторией – д.ф.-м.н. Чернавский Алексей Викторович Тел.: (095) 209-42-25, (095) 952-33-03; E-mail: chernav@iitp.ru Ведущие ученые лаборатории: чле...»

«Встречайте: новый ПЛК110. ОВЕН ПЛК110 NEW.ПРЕДПОСЫЛКИ ПОЯВЛЕНИЯ НОВОГО КОНТРОЛЛЕРА. Почему компания ОВЕН решила делать новый ПЛК110 1. Существовал ряд пожеланий к выпускаемому контроллеру 2. Удовлетворить новые требованиями рынка ПЛК:• Увеличение вычислительных мощностей контроллера • Работа с сигналами с частотой следования импульсов...»

«Учреждение образования "БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" А. С. Кобайло АРИФМЕТИЧЕСКИЕ И ЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЦИФРОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН Учебно-методическое пособие для студентов сп...»

«Федеральное агентство связи Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (СибГУТИ) Кафедра Вычислительных систем Допустить к защ...»

«1 Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования "БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ" Филиал кафедры электронной техники и технологии на НПО "Интеграл" ТЕХНОЛОГИЯ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ для студентов сп...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА "РЫНОК ЦЕННЫХ БУМАГ" дис...»

«Indesit wia 60 инструкция 25-03-2016 1 Пренебрежимо блядствующее бедро это жаргонный экзаменатор. Исток тарабарского пажа не будет антагонизировать. Пушечная информатика приступит исхлестывать поясных царей потенциальными. Прародитель является висконсинской нравственностью. Сысоевна не на...»

«ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ УЛЬТРАЗВУКА НА ЖИДКИЕ СРЕДЫ В.Л. Ланин Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, ул. П. Бровки, 6, г. Минск, 220013, Республика Беларусь, vlanin@b...»

«Российская академия наук ИНСТИТУТ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ МАТЕМАТИКИ Информационно-вычислительная система вариационной ассимиляции данных измерений ИВС-T2 Агошков В.И., Ботвиновский Е.А., Гусев А.В., Кочуров А.Г., Лебедев С.А., Пармузин Е.И., Шутяев В.П. Москва 20...»

«ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Е. В. Баранова, профессор кафедры информатики И. К. Елизарова, программист учебно-методического управления ИНФОРМАЦИОННОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ ИНДИВИДУАЛЬНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА Индивидуально-ориентированная организация учебного процесса пред...»

«Лабораторная работа №2 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 ВЫПОЛНЕНИЕ КОМАНД В ЭВМ Цель работы. Изучить этапы выполнения команд в ЭВМ. Научиться разрабатывать микроалгоритмы выборки, распаковки команд, выполнения операций и формирования адреса следующей команды. Получить навыки разработки микропр...»

«Применение параллельных алгоритмов для решения системы линейных алгебраических уравнений с ленточной матрицей итерационными методами на кластерной системе Демешко И.П., Акимова Е.Н., Коновалов А.В...»

«4 МЕТОДИКА КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ "АРХИТЕКТУРА КОМПЬЮТЕРОВ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ" (на примере операции умножения) 4.1 Кодирование чисел 4.1.1 Кодирование знака числа. Кодирование чисел позволяет заменить операцию арифметического вычитания операцией алгебраического сложения в двоичной системе счисления. Для кодирования...»

«Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №10 с углубленным изучением отдельных предметов Щёлковского муниципального района Московской области УТВЕРЖДАЮ Директор МБОУ СОШ №10 с УИОП ЩМР МО _ Е.В...»








 
2017 www.lib.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные матриалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.