Анализ и исследование имитационных моделей радиоканалов LTE-сетей

На сегодняшний день, в связи с постоянным развитием общества, необходимость в общении, передаче и хранении информации непрерывно возрастает. Клиентский спрос и технологические новинки – это основополагающие движущие силы развития телекоммуникаций. В свою очередь, развитие телекоммуникационных технологий тесно связано с возможностями каналов связи – от аналоговых к высокоскоростным цифровым волоконно-оптическим линиям связи – и компьютеризацией общества. Таким образом, можно выделить следующие этапы в развитии телекоммуникаций [1,2]:

• телеграфные и телефонные сети (докомпьютерная эпоха);
• передача данных между отдельными абонентами по выделенным и коммутируемым каналам с использованием модемов;
• сети передачи данных с коммутацией пакетов: дейтаграммные или использующие виртуальные соединения (типа Х.25);
• локальные вычислительные сети (Ethernet);
• цифровые сети интегрального обслуживания (ISDN) – узкополосные, а затем широкополосные;
• высокоскоростные локальные сети – Fast Ethernet;
• высокоскоростные распределенные сети – АТМ;
• информационные супермагистрали.

В современном обществе прослеживается тенденция замены проводных элементов оборудования более новыми беспроводными. Это намного удобнее не только по причине мобильности аппаратов, но и с точки зрения удобства в использовании.

Беспроводные технологии – это подкласс информационных технологий, служащий для переноса информации от одного устройства к другому, которые находятся на определенном расстоянии, без участия проводного подключения. Для передачи информации может использоваться инфракрасное излучение, радиоволны, оптическое или лазерное излучение.

В зависимости от природы передающей среды различают четыре типа беспроводной передачи данных [3]:

1. Радиоканалы сотовой связи. Передача данных осуществляется беспроводным путем от передатчика к приемнику. Передатчик формирует радиоимпульс определенной частоты и амплитуды, колебание излучается в пространство. Приемник фильтрует и обрабатывает сигнал, после этого происходит извлечение нужной информации. Радиоволны частично поглощаются атмосферой, поэтому такая связь может искажаться при повышенной влажности или дожде. Мобильная связь работает именно на основе радиоволновых стандартов, каналы беспроводной передачи данных отличаются скоростью передачи информации и диапазоном рабочих частот;
2. Спутниковые каналы. Этот способ передачи информации заключается в использовании спутника, на котором установлена антенна со специальным оборудованием. Сигнал поступает от абонента на ближайшую наземную станцию, затем осуществляется переадресация сигнала на спутник. Оттуда информация отправляется на приемник, другую наземную станцию. Спутниковая связь используется для обеспечения телевидения и радиовещания. Спутниковым телефоном можно воспользоваться в любой отдаленной от станций сотовой связи точке;
3. Инфракрасные каналы. Связь устанавливается между приемником и передатчиком, которые находятся на близком расстоянии друг от друга. Такой канал для беспроводной передачи данных работает посредством светодиодного излучения. Связь может быть двусторонней или широковещательной;
4. Лазерные каналы. Принцип действия такой же, как в предыдущем варианте, только вместо светодиодов используется лазерный луч. Объекты должны находиться в непосредственной близости друг от друга.

В настоящее время наиболее перспективным наряду с другими глобальными сетями является стандарт LTE (Long-Term Evolution). Широкополосный мобильный доступ дает наивысшую скорость беспроводной пакетной передачи данных. В отношении полосы рабочих частот все неоднозначно. Стандарт LTE очень гибкий, сети могут базироваться в частотном диапазоне от 1,4 до 20 МГц.

Дальность действия сетей зависит от высоты расположения базовой станции и может достигать 100 км. Возможность подключения к сетям предоставляется большому количеству гаджетов: смартфонам, планшетам, ноутбукам, игровым консолям и другим устройствам, которые поддерживают данный стандарт. В аппаратах должен быть встроен модуль LTE, который работает совместно с имеющимися стандартами GSM и 3G. В случае обрыва связи LTE девайс переключится на имеющийся доступ к сетям 3G или GSM без обрыва подключения. Технологии централизованного управления сетевыми подключениями, высокое качество мобильной связи и доступа в мобильный Интернет, широкое территориальное покрытие постепенно становятся привычными параметрами инфокоммуникационных услуг. Абоненты перестают относиться толерантно к необходимости ожидания: они требуют мгновенного доступа, который и удобен, и эффективен.

Вышеперечисленное является предпосылкой для развития поставщиков услуг связи. В настоящий момент активно ведутся работы по внедрению и запуску стандарта 5G – пятого поколение мобильной связи, действующего на основе стандартов телекоммуникаций, следующих за существующими стандартами 4G/IMT-Advanced. Данный стандарт имеет множество преимуществ, таких как высокая средняя скорость до 1 Гб/с, количество подключений – миллионы на квадратный километр, сокращение задержки до 1 мс, энергоэффективность в 100 раз выше, мобильность до 500 км/ч. Однако, наравне с этим, существует и ряд недостатков: рост цен на услуги связи и смартфоны, проблемы в сфере безопасности и конфиденциальности, увеличение количества сотовых антенн, неблагоприятные последствия для здоровья [4].

В связи с этим целесообразным является усовершенствование стандарта LTE, а именно обеспечиваемого им качества обслуживания (скорость передачи информации, полоса пропускания сигналов, вероятность ошибок и т. п.). Одним из методов для достижения данной цели является имитационное моделирование – метод исследования, при котором изучаемая система заменяется моделью, с достаточной точностью, описывающей реальную систему (построенная модель описывает процессы так, как они проходили бы в действительности), с которой проводятся эксперименты с целью получения информации об этой системе [5,6]. Такую модель можно проиграть во времени, как для одного испытания, так и заданного их множества. При этом результаты будут определяться случайным характером процессов. По этим данным можно получить достаточно устойчивую статистику.

Из всего вышеописанного можно сделать вывод, что для улучшения качества обслуживания LTE-сетей наиболее эффективным решением является анализ и исследование имитационных моделей радиоканалов.

Список использованной литературы

1. Тенденции и стратегии развития телекоммуникаций [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.huawei.com/ru/industry-insights/outlook/perspectives/HW_147027 – Загл. с экрана.
2. История развития телекоммуникационных систем и компьютерных сетей [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://studfiles.net/ – Загл. с экрана.
3. Романчева, Н.И. Базовые Интернет-технологии [учебное пособие] / Н.И. Романчева. – М.: МГТУГА, 2008. – 96 с
4. Tafazolli, R. Technologies for the Wireless Future.Vol.2. Wireless World Research Forum, 2006.
5. Имитационные модели [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://studme.org/190916/ekonomika/imitatsionnye_modeli – Загл. с экрана.
6. Diakoumis Gerakoulis, Evaggelos Geraniotis CDMA: Access and Switching: For Terrestrial and Satellite Networks (Hardcover) Diakoumis Gerakoulis, Evaggelos Geraniotis, 2001.