ДонНТУ   Портал магістрів

Красікова Ганна Сергіївна

Факультет комп’ютерних інформаційних технологій та автоматики

Кафедра автоматики і телекомунікацій

Спеціальність “Телекомунікаційні сисеми та мережі”

Дослідження та оптимізація параметрів радіоінтерфейсу в мережах UMTS

Науковий керівник: к.т.н., доц. Воропаєва Вікторія Яківна

Резюме Біографія Реферат

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

• Вступ
• 1. Актуальність теми
• 2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати
• 3. Огляд досліджень та розробок
• 3.1 Огляд міжнародних джерел
• 3.2 Огляд національних джерел
• 3.3 Огляд локальних джерел
• 4. Розробка методу оптимізації коефіцієнта завантаження комірки в мережі UMTS/HSDPA
• Висновки
• Перелік посилань

Вступ

В останні роки користувачі мобільних мереж потребують високі швидкості передачі даних. Однією з причин такої тенденції є Internet. Число інтернет-користувачів зростає в геометричній прогресії протягом останніх років і ця тенденція, ймовірно, продовжиться в найближчі роки. У зв’язку з високим проникненням мобільних телефонів в повсякденне життя багатьох людей стало зрозуміло, що вони можуть бути дуже зручним інструментом для доступу в Internet. Щоб зробити це можливим, швидкості не тільки необхідно збільшити, а й забезпечити необхідну якість обслуговування (QoS) і в той же час, зробити мобільну мережу конкурентоспроможною порівняно з іншими мобільними технологіями. У результаті цього був розроблений стандарт мобільного зв'язку 3-го покоління групою 3GPP, як в Європі отримала назву універсальної мобільної телекомунікаційної системи (UMTS).

На ранніх стадіях розвитку UMTS було прийнято, що трафік передачі даних буде слідувати тенденції, винесеною з досвіду мереж фіксованого зв’язку, в яких частка трафіку IP ставала домінуючою [1].

Через потреби у великих швидкостях і в спектральнії ефективності деякі технології, такі як CDMA-2000 або WiMAX, надають рішення для забезпечення високої швидкості передачі даних. Для того щоб конкурувати з цими технологіями і підтримувати нові потреби, UMTS додала нову технологію під назвою High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) в 3GPP Release 5.

1. Актуальність теми

У ході будівництва мережі UMTS застосовуються різні методи по оптимізації основних параметрів радіоінтерфейсу HSDPA. Необхідність оптимізації передбачає поліпшення якості всієї мережі і дає гарантії того, що всі ресурси використовуються ефективно. Характеристику алгоритмів керування радіоресурсами і їх параметри можна аналізувати, використовуючи основні робочі показники. В алгоритми управління радіоресурсами входять хендовер, управління потужністю, планування передачі пакетів, управління доступом та навантаженням [2].

При виборі виду послуг і моделі радіоканалу існує межа допустимої кількості призначених для користувача каналів. Цю межу встановлює коефіцієнт завантаження комірки, який задає допустимий рівень внутрішньосистемних перешкод від власних та сусідніх комірок. Таким чином, оптимізація коефіцієнта завантаження комірки мережі UMTS грає важливу роль при розподілі повної потужності базової станції з урахуванням різних значень співвідношення сигнал/шум на вході приймачів користувачів.

2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати

Метою дослідження є розробка методу оптимізації основних параметрів мережі UMTS/HSDPA для підвищення ефективності побудови та функціонування системи рухомого зв’язку третього покоління UMTS.

Основні задачі дослідження:

1. Визначити основні енергетико-швидкісні співвідношення для радіоінтерфейсу UMTS.

2. Провести аналіз та дати оцінку параметрам мережі HSDPA.

3. Проаналізувати особливості побудови мережі доступу на базі радіоінтерфейсу HSDPA.

4. Розробка методу оптимізації з урахуванням особливостей енергетичних співвідношень для радіоінтерфейсу HSDPA.

Об’єкт дослідження: радіоінтерфейс High Speed Downlink Packet Access (HSDPA).

Предмет дослідження: коефіцієнт завантаження комірки в мережі UMTS/HSDPA.

У рамках магістерської роботи планується розробка методу оптимізації коефіцієнта завантаження комірки, який задає допустимий рівень внутрішньосистемних перешкод і впливає на якість обслуговування користувачів мережі.

3. Огляд досліджень та розробок

Дослідження та розробки з даної теми почалися ще в кінці 90-х років [3].

3.1 Огляд міжнародних джерел

В Європі питаннями мереж 3G займався Європейський інститут стандартизації в електрозв’язку (ETSI), в Японії і США – Міжнародний союз електрозв’язку. У 1992–1995 роках проектна група MoNet, що працювала в рамках програми зі створення удосконаленої системи зв’язку для Європи (RACE), запропонувала метод моделювання, що описує розподіл функцій радіодоступу та базової частини мережі. У 1995–1998 роках дослідницьку роботу в області систем 3G продовжила проектна група FRAMES в рамках програми зі створення удосконалених засобів зв’язку і послуг (ACTS). Перші роки роботи цієї групи були присвячені вибору і обробці відповідної технології багатостанційного доступу, при цьому в основному розглядалися варіанти багатостанційного доступу з тимчасовим поділом (TDMA) і з кодовим поділом (CDMA).

А з 1998 року дослідження в цій області почалися в рамках групи 3GPP, яка забезпечує розробку компромісних стандартів з урахуванням політичних, промислових і комерційних впливів, що виходять від місцевих органів стандартизації:

– ETSI (Європейський інститут стандартизації в електрозв’язку), Європа;

– ARIB (Асоціація радіопромисловості та підприємництва), Японія;

– CWTS (Група стандартизації бездротового зв’язку), Китай;

– TI (Комітет по стандартизації в електрозв’язку), США;

– ТТА (Асоціація телекомунікаційних технологій), Корея;

– ТТС (Комітет телекомунікаційних технологій), Японія [1].

Оптимізацією параметрів для мережі UMTS займалися Jaroslaw Lacki [4], Salvador Luna [5], Anis Masmoudi, Djamal Zeghlache, Sami Tabbane [6], Amin Abdel Khalek, Lina Al-Kanj, Zaher Dawy, George Turkiyyah [7].

3.2 Огляд національних джерел

У Вінницькому національному технічному університеті Семеновою О.О., Семеновим А.О., Возняком О.В. активно розробляються методи управління доступом до UMTS мереж за допомогою фазо-нейронних технологій, які дають можливість уникнути перевантаження в мережі [8]. Ведута В.О. запропонував в своїй роботі метод оптимізації систем цифрового зв’язку з кодовими каналами [9]. Застосування методів багатокритеріальної оптимізації при плануванні мереж мобільного зв’язку було запропоновано Безрук В.М. і Чеботарьовою Д.В.(Харківський національний університет радіоелектроніки) [10]. Безрук В., Тихонов В., Кудрявцев Н., Чеботарьова Д. продемонстрували опис математичної моделі мережевого трафіку мобільного зв’язку третього покоління в [11].

3.3 Огляд локальних джерел

У Донецькому національному технічному університеті активно вивчається технологія мобільного зв’язку третього покоління. Зокрема Бельковим Д.В. і Едемською Е.Н. був проведений статистичний аналіз трафіку мережі з бездротовим доступом [12]. У даній роботі представлені результати статистичного аналізу часових рядів затримки в мережі з GPRS-доступом на стороні відправника і UMTS-доступом з боку одержувача. Велика кількість магістрантів ДонНТУ в своїх випускних магістерських роботах приділяють увагу технології UMTS.

4. Розробка методу оптимізації коефіцієнта завантаження комірки в мережі UMTS/HSDPA

UMTS (англ. Universal Mobile Telecommunications System – Універсальна Мобільна Телекомунікаційна Система) – технологія третього покоління мобільного зв’язку, яка розроблена Європейським Інститутом Стандартів Телекомунікацій (ETSI).

У даний час для UMTS визначено три основні технології доступу:

– широкосмуговий багатостанційний доступ з кодовим поділом каналів WCDMA і його варіанти. Варіанти дуплексної роботи з частотним поділом ЧРД найбільш частіше використовуються в UMTS. Крім того, система WCDMA посилена технології високошвидкісного пакетного доступу в низхідному напрямі HSDPA і технологіями доступу, що використовують її в інших комбінаціях;

– радіодоступ глобальної системи мобільного зв’язку з передачею даних GSM/EDGE, що з’явився в процесі еволюції GSM і послужив основою для стандарту 3GPP R99;

– додатковий доступ – доступ по бездротовій локальній обчислювальній мережі WLAN [1].

Технологія HSDPA належить до сімейства рішень, що використовують пакетну передачу даних. Фізично, HSDPA є “надбудовою” до мереж UMTS/WCDMA, тому нерідко її називають 3,5 G. “Половинка” в цій назві обгрунтована ще й тим, що пропускна здатність HSDPA в стартовому варіанті склала 1,8 Мбіт/с, а теоретичний максимум складає 14,4 Мбіт/с. Для досягнення високої пропускної здатності, зниження часу затримки та викидів інтенсивності система доступу HSDPA використовує адаптивні методи модуляції та кодування AMC і гібридну автоматичну систему повторення запитів HARQ, в поєднанні зі швидкісним плануванням та процедурою зміни сот [13].

Визначимо основні особливості технології HSDPA:

– Наявність низхідного високошвидкісного каналу HS-РDSCH (High Speed Downlink Shared Channel), який має фіксований коефіцієнт розширення спектра сигналу (SF=16), що потенційно може забезпечити до 15 каналів для користувачів і один контрольний канал. Крім маніпуляції QPSK в каналі при хорошій його якості використовується адаптивна модуляція більш високого рівня 16QAM (16-позиційна квадратурна амплітудна маніпуляція). Дані користувача мультиплексуються за часом на укороченому інтервалі передачі TTI=2 мс (TTI – Transmission Time Interval) і далі на кожному TTI піддається кодовому мультиплексуванню (рис. 1).

Рисунок 1 – Візуалізація мультиплексування даних користувача в каналі HS-PDSCH

(анімація: 9 кадрів, затримка між кадрами 1 с, кількість циклів відтворення 7, розмір 88 Кбайт, Easy GIF Animator)

– Постійність потужності випромінювання базової станції через відсутність її динамічного регулювання.

– Відсутність хендовера.

– Обмеженість доступних канальних кодів для організації необхідних службових каналів високошвидкісного режиму HS-SCCH (High Speed Shared Control Channel) і каналів DPCH.

Енергетико-швидкісними співвідношеннями на етапі попереднього планування для радіоінтерфейсу UMTS/HSDPA займався Скринніков В.Г. в [14]. У своїй роботі він показав динамічний характер зміни енергетико-швидкісних співвідношень в радіомережі UMTS зі збалансованим енергетичним ресурсом, отримав залежність каналів користувачів в радіоінтерфейсі HSDPA від повної потужності базової станції:

1. Коефіцієнт завантаження комірки повинен приймати значення від 0 до 1.
2. Мінімальна повна потужність базової станції – 5 Вт. Причиною цього є значне скорочення радіусу обслуговування станції і сильне зменшення кількості призначених для користувача каналів. Так при радіусі комірки рівному 2 км значення каналів для користувачів:

   – при η_DL=0,9 кількість каналів користувачів дорівнює 0;

   – при η_DL=0,75 кількість каналів користувачів дорівнює 1;

   – при η_DL=0,5 кількість каналів користувачів дорівнює 2;

   – при η_DL=0,2 кількість каналів користувачів дорівнює 3.

   Згідно енергетичного бюджету трафікового низхідного каналу для HSDPA максимальна повна потужність базової станції становить 43 дБм 20 Вт.

3. Мінімальне значення співвідношення сигнал/шум – 3 Вт. При модуляції 16QAM ймовірність помилки становить 0,4, що є поганим показником якості обслуговування абонентів.