УДК 621.396

ЗапорожченкоВ.В

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК РАДИОКАНАЛА СЕТЕЙ ДОСТУПА НА БАЗЕ ТЕХНОЛОГИИ LTE

Характеристики покрытия для радиосетей являются одними из важнейших показателей их работоспособности. Рассматриваемая технология ориентирована на приложения, чувствительные к задержке и пропускной способности, поэтому вопрос качества связи в ней стоит особенно остро. Повысить качество связи позволяет заложенные в LTE механизмы диспетчеризации радиоканала и адаптации к его условиям. Чтобы исследовать эти механизмы необходимо начать с модели распространения радиосигнала в пространстве.

Модель Okumura-Hata позволяет рассчитать среднестатистическое значение затухания радиосигнала между изотропными передающей и приемной антеннами. Модель COST231-Hata является модифицированным вариантом модели Okumura-Hata для диапазона частот 1500-2000 МГц. Модель Walfish-Ikegami не учитывает реальный рельеф местности, вместо этого в параметрах модели указывается тип городской застройки.

Таким образом, исследование известных математических моделей, применяемых для решения этой, выявило два существенных их недостатка. Первый из них связан с пространственной однородностью структуры модели. Второй недостаток определяется детерминированным характером многочисленных коэффициентов моделей и сложностью их определения в реальной ситуации. Поэтому целесообразным представляется адаптивный характер модели.

Предлагается для моделирования использоваться 3 сценария распространения радиоволн, в зависимости от расстояний между базовыми станциями (БС) и других условий:

• пригородная макросота (ориентировочное расстояние между БС 3км);
• городская макросота (ориентировочное расстояние между БС 3км);
• городская микросота (ориентировочное расстояние между БС менее 1км).

Для сценариев пригородных и городских макросот модель распространения сигнала основывается на модифицированной модели COST231-Hata:



где - высота поднятия антенны базовой станции (БС), в метрах;

- высота поднятия антенны мобильной станции (МС), в метрах;

- несущая частота, в МГц;

d – расстояние между БС и МС, в метрах;

С – константа, для пригородной макросоты С=0 дБ, а для городской С=3дБ.

Для сценария городских микросот модель распространения сигнала основывается на модели Walfish-Ikegami:



Модель используется при следующих допущениях:

,высота зданий 12м, расстояние между зданиями 50м, ширина улиц 25м, .

Предлагается использовать следующий алгоритм диспетчеризации, поддерживающий как обычные сервисы так и сервисы реального времени. Целью является сохранение задержки для каждого трафика меньше заранее определенного значения с определенной вероятностью. Требуемые значения задержки и пропускной способности обозначаются как PT{W_i>?_i}??_i и T_i>t_iW_i задержка пакета при обслуживании с относительным приоритетом для очереди i, где


?_i- максимально допустимое пороговое значение задержки,

?_i- максимально допустимое значение вероятности превышения ?_i,

T_i- текущее пороговое значение пропускной способности.

В каждый момент времени t, выбирается пользователь i у которого максимальное значение ?_i W_i(t)R_i(t) для обслуживания в очереди.

R_i(t) – пропускная способность канала связи для потока пользователя i;

?_i – произвольная постоянная;

?_i=a_i/R_i(t), a_i=-(log ?_i)/ ?_i, и R_i(t) – средняя канальная скорость для потока пользователя i.


Требование к задержке может быть удовлетворено путем назначения определенных значений параметру ?_i. Алгоритм M-LWDF позволяет получить оптимальный значения пропускной способности. Основной характеристикой данного алгоритма в том, что решении при диспетчеризации принимается на основании как текущего состояния канала связи так и от очередей. Хотя трудно найти оптимальное значение параметра ?i для каждого типа трафика, алгоритм M-LWDF может удовлетворять требования к задержке.

Алгоритм M-LWDF основан на экспоненциальном законе для обеспечения наилучшего обслуживания при использовании обычных и чувствительных к задержке сервисов различными пользователями. Различие состоит в том, чтобы использовать различные веса для различных видов услуг. Функцию приоритетов, можно выразить следующим образом:




где U_i(n) – значение приоритета для i-го пользователя;

Каждое значение U_i(n) рассчитывается по экспоненциальному закону, включая задержку на обслуживание в очереди.

D_i(n) - задержка а обслуживание в очереди для i-го пользователя в n-й момент времени;

T_i(n) - приемлемое значение скорости для i-го пользователя в n-й момент времени;

T_i¯ – среде значение T_i(n);

a_i=-(log ?_i)/?_i, ?_i - требуемая вероятность потери пакета для пользователя i;

?_i – максимальная задержка обслуживания в очереди.

¯ aD(n)¯можно рассчитать по формуле:




где N – количество пользователей использующих потоковые приложения.


Пропускная способность считается наиболее важным критерием для сервисов негарантированной доставки (best effort service), а задержка -для потоковых сервисов. При расчете с использоваием экспоненциального закона удовлетворяются требования QoS для сервисов чувствительных к задержке.

Предлагается использовать алгоритм адаптации, представленный на рис.1.



Рис.1 Блок схема алгоритма адаптации канала

Алгоритм основан на пересчете уровня CQI(индикатора состояния канала), с помощью матрицы LAM, вычисление которой основано а применении обратной связи с использованием квитации NACK/ACK. Пошаговый алгоритм должен выполняться параллельно для всех пользователей. WINsize- объем взвешивающего окна окна или количество передач, в ходе которого подсчитывается BLER(block error rate) . Трудно определить величину окна, потому что вполне возможно, что некоторые пользователи могли не осуществлять передачу данных в течении последнего взвешивающего окна. Поэтому, период расчета определяться как последнее значение WINsize для конкретного пользователя.LOWerr и HIGHerr - пороги для определения уровня BLER

На основе данного математического аппарата создана модель в пакете Matlab, с помощью которой будет оценена эффективность применения предложенных алгоритмов.

Список источников:

1.Абилов А. В. Распространение радиоволн в сетях подвижной связи [Текст]: Теоретический материал и задачи для практических занятий.- Ижевск: ИжГТУ, 2001. – 24 с.

2. Farooq Khan, LTE for 4G Mobile Broadband, Cambridge[Текст]: Cambridge Univercity Press, 2009 – 509 с

К началу