- •1. Классификация стандартов сотовой связи 3-го поколения.
- •2. Общие представления о стандартах с кодовым разделением каналов
- •3. Общая характеристика стандарта umts
- •Обозначая коды, генерируемые полиномами (3.1) и (3.2) как X(I) и y(I), а n – начальный сдвиг генератора X(I) относительно y(I), получаем n-ую последовательность Голда
- •4. Передача информации по выделенным каналам
- •5. Управление хэндоверами. Мягкий хэндовер в utran.
- •10. Высокоскоростная передача данных в пакетном режиме
- •10.1. Высокоскоростная передача данных вниз в стандарте utra-fdd
- •10.3. Высокоскоростная передача данных в стандарте cdma2000 -
- •4. Системы и стандарты беспроводного доступа
- •4.1. Состояние сетей беспроводного доступа
- •4.4. Стандарт ieee 802.11 (Wi-Fi)
- •1. Переход от umts к lte
- •3.1. Канальный ресурс и его характеристики
- •3.7. Многоантенные технологии (mimo) в lte
- •Стандарт ieee 802.16 ‒ WiMax. Основные характеристики
- •Развитие стандарта WiMax
- •Технологии, используемые в WiMax
- •Стандарт 802.16е. Характеристики физического уровня
- •14. Архитектура построения сети WiMax
- •14.1. Базовая модель сети
5. Управление хэндоверами. Мягкий хэндовер в utran.
В UTRAN в организации хэндоверов участвуют UE, RNC и в качестве подчиненного элемента Node B. Как и в других стандартах сотовой связи, в UMTS осуществляют как хэндоверы, целью которых является сохранения требуемого качества связи (спасающие хэндоверы), так и хэндоверы, оптимизирующие нагрузку в отдельных сотах сети. Хэндоверы в UTRAN разделяют на жесткие и мягкие.
При жестких хэндоверах происходит перерыв в передаче трафика. Возможны следующие варианты жестких хэндоверов:
жесткий хэндовер с сохранением частоты (intra-frequency), например, при перемещении UE в соту, управляемую другим контроллером, когда между SRNC и новым контроллером отсутствует Iur интерфейс;
межчастотный жесткий хэндовер, связанный с переключением на другую частоту,;
межсистемный жесткий хэндовер, между UTRAN и GSM.
Наиболее характерным для UTRAN является мягкий хэндовер, когда в процессе перемещения из соты в соту UE одновременно связана на одной частоте с двумя или тремя BS (рис. 5.5). Активная UE имеет список скремблирующих кодов соседних BS и измеряет мощности их сигналов в канале CPICH. Если эти мощности становятся соизмеримыми с мощностью соответствующих каналов, получаемых от обслуживающей BS, то возможен мягкий хэндовер. Существуют 3 варианта мягких хэндоверов:
мягкий (soft) хэндовер, когда занятыми в нем BS управляет один SRNC,
мягчайший (softer) хэндовер, когда в нем участвуют 2 BS одного Node B (BS соседних секторов). При этом каждая BS своим передатчиком закрывает один сектор, но принимает сигналы как со своего, так и из соседних секторов;
мягкий хэндовер, в осуществлении которого участвуют 2 контроллера, один обслуживающий SRNC и один пассивный DRNC.
В основе всех хэндоверов лежат измерения, которые выполняют UE и активные BS. На основе анализа этих измерений решение о запуске хэндовера может принять сеть (SRNC – Network Evaluated Handover, NEHO) или мобильная станция. Такой хэндовер относят к классу MEHO – Mobile Evaluated Handover, MEHO, однако и в этом случае окончательное решение о запуске хэндовера остается за SRNC, поскольку только он распоряжается управлением канальным ресурсом.
Алгоритм мягкого хэндовера приведен на рис. 5.6. В основе хэндовера лежит процесс анализа измеренной на UE мощности пилотного канала CPICH Pilot-Ec по отношению к суммарному сигналу Iо на входе приемника.
Рис. 5.5. Варианты мягкого хэндовера.
На рис. 5.6 показаны 3 перехода.
Переход 1А (Event 1A – подключение соседней BS).
Переход 1B (Event 1B – отключение одной из BS).
Переход 1C (Event 1C) – замещение одной активной BS другой.
Рис. 5.6. Алгоритм мягкого хэндовера.
10. Высокоскоростная передача данных в пакетном режиме
10.1. Высокоскоростная передача данных вниз в стандарте utra-fdd
Высокоскоростная передача данных вниз (HSDPA – High Speed Downlink Packet Access) и вверх (HSUPA - High Speed Uplink Packet Access) во многом близка к пакетной передаче данных, реализуемой в стандарте GSM с использованием технологии GPRS/EDGE. Передачу ведут отдельными пакетами, применяя в зависимости от состояния трассы различные модуляционно-кодирующие схемы и повторную передачу непринятых пакетов. Технологию HSDPA используют практически на всех развертываемых сетях UMTS.
Организацию соответствующих каналов при HSDPA поясняет рис. 10.1. В HS-DSCH отсутствуют две основные особенности CDMA, а именно, изменяемый коэффициент расширения спектра (variable SF) и быстрое управление мощностью; они заменены на адаптивную модуляцию и кодирование: Adaptive Modulation and Coding (AMC), короткий размер пакета, мультикодовый режим и автоматический повтор запроса L1 Hybrid Automatic repeat request (HARQ). Замена быстрого управления мощности на AMC дает эффективный выигрыш в мощности благодаря исключению расходов на управление мощностью. Коэффициент расширения спектра зафиксирован на SF=16, что дает хорошее разрешение скорости. Для того чтобы увеличить канальную скорость адаптации и эффективность AMC, размер пакета был уменьшен с 10-20 мс до 2 мс, что соответствует трем TS. Для уменьшения задержек в управлении каналом, выполнение части функций на уровне MAC для HS-DSCH перенесено в Node B.
Для получения высоких пиковых скоростей используют модуляцию 16-КАМ (рис. 10.2). При сочетании 16-КАМ и канального кодирования со скоростью Rкод = 3/4 достигают пиковой скорости передачи данных 712 кбит/с на код (SF =16). В наиболее помехозащищенном варианте передачи используют 4-ФМ со скоростью кодирования 1/4, но при этом скорость передачи данных падает до 119 кбит/с на код. Комбинация модуляции и кодирования определяет транспортный формат (transport format) совместно с канальным ресурсом (resource combination ─ TFRC). Пять возможных вариантов TFRC показаны в табл. 10.1.
Для повышения скорости передачи одному абоненту можно выделять несколько кодов (каналов), максимально 15: Cch,16,1…. Cch,16,15. Ветвь Cch,16,0 для канала HS-DSCH не занимают; в ней размещены вещательные, общие каналы управления и вспомогательные каналы, необходимые для реализации HSDPA.
Рис. 10.1. Кодовое дерево для организации высокоскоростного доступа
Рис. 10.2. Созвездие сигнала при модуляции 16-КАМ
При выделении 15 кодов одному пользователю можно достичь пиковой скорости 10,7 Мбит/с (14,4 Мбит/с) Это максимальная скорость, которую можно получить при исключительно благоприятных условиях приема и при наличии соответствующей мобильной станции.
Таблица 10.1
TFRC |
Модуляция |
Эфф. скорость кода |
Скорость данных (1 код) |
Скорость данных (5 кодов) |
Скорость данных (15 кодов) |
1 |
4-ФМ |
1/4 |
119 кбит/с |
0,6 Мбит/с |
1,8 Мбит/с |
2 |
4-ФМ |
1/2 |
237 кбит/с |
1,2 Мбит/с |
3,6 Мбит/с |
3 |
4-ФМ |
3/4 |
356 кбит/с |
1,8 Мбит/с |
5,3 Мбит/с |
4 |
16-КАМ |
1/2 |
477 кбит/с |
2,4 Мбит/с |
7,2 Мбит/с |
5 |
16-КАМ |
3/4 |
712 кбит/с |
3,6 Мбит/с |
10,7 Мбит/с |
Выбор скорости передачи (TFRC) и числа кодов для конкретного абонента BS производит, анализируя сообщения, поступающие от UE по выделенным каналам управления HS-DPCCH. Между BS и всеми UE работает канал обратной связи в реальном времени. UE постоянно измеряют отношение сигнал/помеха (Es/N0), меняющееся во времени из-за перемещения абонента и замираний сигнала, и сообщает BS, исходя из возможностей самой станции, о максимально допустимой скорости передачи информации вниз. На рис. 10.3 верхняя кривая – результат измерения отношения (Es/N0) в UE. Нижняя кривая – соответствующий этим измерениям TFRC, с которым UE готова принимать пакеты. BS выбирает для передачи пакетов конкретной UE моменты наилучших условий приема, что повышает общую пропускную способность сети и снижает задержки при передаче.
Рис. 10.3. Адаптивное управление изменением скорости передачи
Зависимость между доступной скоростью передачи данных и мгновенным значением ES/N0, а также динамический диапазон AMC показаны на рис. 10.4. На графиках учтен выигрыш от быстрого HARQ, который значительно улучшает пропускную способность при малых значениях ES/N0.
Рис. 10.4. Динамический диапазон HSDPA AMC (Rake приемник, скорость 3 км/ч)
Для организации передачи в системе используют специальный планировщик, поддерживающий пропорционально справедливый алгоритм планирования.
HSDPA поддерживает два алгоритма повторной передачи данных:
- возрастающую избыточность (incremental redundancy, IR).
- повторение попытки (chase combining, CC).
Мобильное оборудование с поддержкой HSDPA делят на категории в соответствии с теми возможностями, которые оно поддерживает на физическом уровне. Всего существует 12 категорий UE, при этом 11 и 12 категории являются низкими, так как станции, к ним относящиеся, работает только с модуляцией 4-ФМ (табл. 10.2).
Таблица 10.2
Категория UE в режиме HSDPA |
Максимальное число используемых кодов |
Минимальный интервал между субкадрами; тип ARQ при максимальной скорости |
Максимальное число бит в HS-DSCH транспортном блоке одного 2 мс субкадра |
Максимальная скорость передачи данных, Мбит/с |
Категория 1 |
5 |
3; CC |
7168 |
1,2 |
Категория 2 |
5 |
3; IR |
7168 |
1,2 |
Категория 3 |
5 |
2; CC |
7168 |
1,8 |
Категория 4 |
5 |
2; IR |
7168 |
1,8 |
Категория 5 |
5 |
1; CC |
7168 |
3,6 |
Категория 6 |
5 |
1; IR |
7168 |
3,6 |
Категория 7 |
10 |
1; CC |
14411 |
7,2 |
Категория 8 |
10 |
1; IR |
14411 |
7,2 |
Категория 9 |
12 |
1; CC |
17237 |
10,2 |
Категория 10 |
15 |
1; IR |
25558 |
14,4 |
Категория 11 |
5 |
2; CC |
3319 |
0,9 |
Категория 12 |
5 |
1; CC |
3319 |
1,8 |
Как следует из табл. 10.2, станции отличаются максимальным числом одновременно обрабатываемых кодов, скоростью передачи и минимальным интервалом между субкадрами. Если он равен 1, то станция способна принимать непрерывный поток субкадров; при 2 и 3 между принимаемыми субкадрами необходим промежуток в 1 и 2 субкадра соответственно. Заметим, что категории 3-4, 5-6, 7-8 отличаются между собой типом ARQ при максимальной скорости передачи. У станций категорий 3, 5 и 7 объем буфера недостаточен для поддержки алгоритма IR при максимальной скорости передачи.