МАтериалы 2013 / ЦС ОТС КУРСОВОЙ / 3G / ЖУРНАЛ ПО ЛТЕ

				Мнение
тят падение продаж, потому что кли-	ШПД, — это качество обслуживания		батывать неожиданные скопления
енты уже кое-чем успели обзавестись.	абонентов. Последнее складывается		абонентов даже во вполне предсказу-
А тем временем, как показали ис-	из двух составляющих. Во-первых, не-		емых местах.
следования компании Acison, в мо-	обходимо повышение толерантности		Нареканий к качеству связи быва-
бильной сети всего лишь 5% пользо-	персонала в call-центрах и совершен-		ет много — это и постоянные скачки
вателей могут сгенерировать более	ствование бизнес-процессов в або-		в уровне сигнала, отображаемом на
80% трафика, способного привести	нентских службах при работе с жало-		экране мобильного устройства, и не-
к замедлению скоростей и вызвать	бами. Это решается организационно		возможность быстро загрузить web-
коммуникационные проблемы у	путем набора и обучения персонала,		страницу, прерывание разговоров или
остальных абонентов. То есть логика	который умеет выслушивать даже		внезапный выход за зону действия се-
мобильной связи — одна физическая
среда на всех — имеет известные про-	По последним данным, более 200 операторов в 75 странах собираются
блемы, когда «всех» много и у каждого	развертывать сети LTE. По данным Dell’Oro Group на первый квартал
из них постоянно растущий трафик.	2012 года, насчитывалось 60 коммерческих сетей LTE FDD / LTE TDD
Вот лишь несколько примеров из жиз-
ни мобильного ШПД:	рассерженного клиента. Во-вторых,		ти, несмотря на работоспособность
• в сети AT&T трафик данных занял	необходимо повышение качества вос-		телефона. Причинами могут быть
почти всю полосу, причем 3% пользо-	приятия абонентом предоставляемых		проблемы с сетевыми web-ресурса-
вателей iPhone занимают 40% поло-	сервисов. Это решается гораздо более		ми, особенности конкретной модели
сы, качество передачи голоса упало	сложным образом и аппаратно, и ор-		мобильного устройства, неудачное
на 30%;	ганизационно.		сетевое планирование, использова-
• у China Telecom поступали жало-	То есть, помимо роста абонентской		ние «излишне уплотненных» в целях
бы на покрытие от почти 50% опро-	базы, умощнения сетей и перехода на		экономии каналов связи. К примеру,
шенных, а 60% 3G-абонентов имеют	более производительные стандарты,		размер соты сети 3G/UMTS, исполь-
отрицательный опыт при переходе от	в настоящее время операторы сетей		зующей технологию CDMA, «дышит»,
2G к 3G;	связи во всем мире направляют опре-		меняя размеры в зависимости от ко-
• в Великобритании у O2 до 30% ба-	деленные усилия на обеспечение вы-		личества и расположения в ней або-
зовых станций работают с перегруз-	сокого качества предоставления услуг,		нентов. И не всегда (особенно на краю
кой, из-за чего есть ухудшение каче-	в том числе и со стороны абонента		зоны обслуживания) удается это ис-
ства передачи голоса и данных;	(Е2Е — End-to-End). И в наибольшей		править с помощью оптимального
• у New Zealand Telecom сеть «пада-	части это касается как раз мобильных		сетевого планирования, особенно
ла» четыре раза в течение трех меся-	сетей, где идет постоянная борьба за		среди высотных зданий. Окружающая
цев, в результате уволили техническо-	лояльность многомиллионной або-		застройка создает много головной
го директора (о том, как это помогло,	нентской базы. С одной стороны,		боли: только что у вас высвечивалась
правда, не сообщается).	никакой оператор не будет заранее		на экране смартфона 3G/HSPA, за-
Поэтому ведущий тренд мобиль-	создавать сеть с суперизбыточной		шли за угол — и вот уже только 2,5G/
ной связи, и в частности мобильного	абонентской емкостью, чтобы отра-		EDGE. Плохое покрытие 3G поверх 2G
			«крутит мозги» вашему телефону, по-

скольку 3G-связь имеет приоритет и телефон ее то подхватывает, то теряет. Кстати, модели мобильных телефонов неодинаковы с точки зрения технических характеристик: где-то чувствительность получше, где-то максимальная мощность побольше. Ведь размер соты определяется отнюдь не базовой станцией, а мощностью передатчика абонентской станции. Мощностью могут пожертвовать разработчики в угоду снижению энергопотребления, дабы аккумулятор дольше работал без подзарядки. Это особенно актуально для более «прожорливых» смартфонов или для различных подделок «под фирму». Есть и другие отличия в телефонах, поэтому качество получаемых услуг действительно может быть разным. В том числе и для приема различных услуг.

Мобильные Телекоммуникации [5’2012]		9

Мнение

	В целом всемирный тренд борьбы	ределения восприятия сервиса або-	ключевых показателей качества и ра-
	за качество имеет три объективных	нентом и является самой важной.	ботоспособности (KQI и KPI) каждые
	причины. Во-первых, обычный мо-	Чисто физически решение имеет	5 минут. В целом оператор получает
	ниторинг работоспособности сете-	относительно простую структуру и	возможность эффективного и макси-
	вых элементов, которым обладают	состоит из набора так называемых	мально информативного мониторин-
	все операторы, не позволяет получить	пробников, устанавливаемых на ли-	га состояния сети и предоставляемых
	представление о реальном качестве	ниях связи и позволяющих выделить	сервисов с двух сторон (Е2Е), включая
	каждой услуги. Вроде бы сеть работа-	необходимую информацию (в том	способность идентифицировать про-
	ет исправно, а недовольных качеством	числе коррелированную) по каждому	блемный сетевой элемент или сетевой
	обслуживания много.	типу сервиса и для каждого пользо-	ресурс от транспорта до доступа и от-
			делять проблемы сети оператора от
	Как показали исследования компании Acison, в мобильной сети всего		проблем других сетей.
			Решение дополнено гибкой и раз-
	лишь 5% пользователей могут сгенерировать более 80% трафика, спо-
			ноплановой аналитикой, которая су-
	собного привести к замедлению скоростей и вызвать коммуникацион-
	ные проблемы у остальных абонентов		щественно ускоряет и упрощает ре-
			акцию операторских служб на те или
	Во-вторых, это логичное желание	вателя, а также мощного серверного	иные проблемы или жалобы, снижает
	создать новые конкурентные пре-	ядра («облака») со специализирован-	операционные расходы и повышает
	имущества в сложившейся во многих	ным ПО, где осуществляется запись и	лояльность абонентов. В частности,
	странах ситуации насыщения рынка	обработка всего сигнального обмена	можно проводить анализ по каче-
	при ограниченной абонентской базе.	в интерфейсах, а также формируется	ству сервиса у отдельных абонентов
	В-третьих, к детальному контролю	различная аналитическая информа-	(к примеру, забредших к вам VIP-
	качества теперь стали готовы отдель-	ция для оценки работоспособности	персон), по группам абонентов, по
	ные поставщики оборудования, со-	сети, для оценки качества сервиса и	используемым терминалам и пр. для
	здавшие к 2012 году соответствующие	для оценки удовлетворенности кли-	улучшения понимания наиболее цен-
	коммерческие продукты. Правда, пока	ента. Собственно, можно обойтись и	ных услуг и потребительских ниш,
	они не затрагивают LTE (но это обяза-	без пробников, но тогда без претен-	чтобы именно туда направить основ-
	тельно будет, и весьма скоро) и рабо-	зий на мультивендорность.	ные усилия. Можно дифференциро-
	тают с линейкой стандартов 3GPP —	В результате SmartCare с помощью	вать абонентские терминалы разных
	GSM/UMTS/HSPA.	несложной визуализации оперативно	производителей на предмет лучшей
	Серьезной задачей, стоящей перед	дает в руки оператору много важной	работы в вашей сети. Можно опреде-
	современными операторами (осо-	информации (с различной детализа-	лить ключевые точки для инвестиций
	бенно крупными), является необходи-	цией, в том числе географической)	в модернизацию сети и оптимизи-
	мость оптимизации своего «сетевого»	о реальной ситуации с сервисами на	ровать капитальные затраты. Можно
	роста относительно эффективности	его сети. В процессе мониторинга	производить поведенческий анализ
	использования инвестиций в сетевую	осуществляется фиксация и запись	абонентов на предмет наличия фро-
	модернизацию. Для этого необходи-
	мо реально оценивать это использо-
	вание. И лучшим инидикатором здесь
	является именно качество сервисов,
	доступных абонентам в самых «узких»
	сетевых местах. К тому же качество не

может быть локальным, а решение по его обеспечению — лоскутным. Одним из подобных продуктов является мультивендорное решение SmartCare производства компании Huawei, алгоритм работы которой можно рассмотреть в качестве примера.

В целом миссию систем типа SmartCare можно охарактеризовать как «верхнюю точку» развития систем OSS/BSS, которая базируется на трех уровнях сетевого мониторинга: NPM (Network Performance Management), SQM (Service Quality Management) и CEM (Customer Experience Management). Последняя опция оп-

	10		www.mobilecomm.ru

Мнение

да. Можно проводить более глубокие
исследования качества обслуживания
групп абонентов, которым «запуска-
ют» в телефоны выбранной группы
клиентов так называемого «тонкого
клиента», после чего идет мониторинг
и статистическая обработка всего мо-
бильного действа по доставке серви-
сов. Восприятие, кстати, оказалось не
таким уж простым делом — серьезно
этим занимаются уже не связисты,
а психологи. Ведь чужая душа, как и
любовь к поставщику сервисов, — по-
темки, и разные люди относятся к по-
лучению разных сервисов по-разному.
Все мы знаем, что встречаются люди
невозмутимые в любых обстоятель-
ствах, есть нервные, но встречаются
и параноики, помешанные на все-
возможных жалобах на то, что было
и чего не было. И где есть истинное	тывают сервисы, чтобы облегчить ва-	Или вот недавно китайские ученые
качество — без психолога не разбе-	шу работу или развлечь вас, миллионы	телепортировали фотоны на сотню
решься. Хорошо, что мониторинг	программистов реализуют эти серви-	километров без всяких видимых ли-
качества производится дистанцион-	сы на сетях связи, сотни мобильных	ний связи. Правда, речь не идет о пе-
но и жизни исследователей ничто не	операторов охватывают связью по-	ремещении материи, а лишь об ин-
угрожает. И не исключено, что где-то	верхность планеты и контролируют	формации о ее нахождении. А ведь
нужны даже психиатры. Вот кто, по	качество сервиса, сотни тысяч тру-	какие горизонты открываются — се-
вашему мнению, любит всех людей,	жеников отрасли микроэлектроники	годняшние мобильные сети будут сов-
вне зaвисимости от цветa кожи и ве-	разрабатывают все более производи-	сем не нужны! И не исключено, что за-
роисповедaния? Оптимисты скaжут,	тельные и миниатюрные чипы, не-	втра выяснится, что в самом человеке
что Господь, пессимисты — крокодил.	прерывно воюя с законом Мура. А ведь	природой заложен механизм подоб-
Впрочем, самое главное — отнюдь	еще есть миллионы энергетиков, под-	ной информационной телепортации.
не установка систем комплексного	держивающих работоспособность	И когда-нибудь мы все освободимся
контроля качества на мобильной се-	всего вышеуказанного, не говоря уже	от этих надоевших нам своими услуга-
ти связи. Ведь получив множество раз-	о бухгалтерах и финансистах, подсчи-	ми операторов и станем генерировать
нообразной информации от системы	тывающих прибыли и зарплату. Рабо-	и передавать услуги сами. И начнется
комплексного мониторинга качества,	той все они обеспечены надолго, ибо	такое... А ведь всего лишь каких-то 25
оператор должен как-то ею распоря-	модернизация мобильной связи не	лет назад не было никакой мобильной
диться. Сама по себе эта информация	завершится никогда. Потому что ин-	связи — и какое было спокойствие...
не дает никаких преимуществ или	новационный процесс — это непре-	Впрочем, и тут не все потеряно. Од-
экономии CAPEX и OPEX, пока не бу-	рывное действо. И, разумеется, после	на хорошая вспышка на Солнце, кото-
дет имплементирована в бизнес-про-	4G жизнь не закончится.	рые, как считают ученые, происходят
		в среднем раз в 100—150 лет, и вот
Плохое покрытие 3G поверх 2G «крутит мозги» вашему телефо-		уже никакая микроэлектроника не-
ну, поскольку 3G-связь имеет приоритет и телефон ее то подхва-		работоспособна, все электростанции
тывает, то теряет		мертвы, никакие разработчики, серви-
		сные креативщики и програмимисты
цессы компании-оператора, и в этом	Появляются новые технологии мо-	вместе с продавцами и маркетологами
направлении операторам предстоит	бильных интерфейсов — вот уже раз-	не нужны. Даже финансовый дирек-
работать в обозримом будущем.	работчики всерьез заинтересовались	тор — как простой инженер... И кли-
Ну а теперь представим наше счаст-	феромонами. Только представьте себе:	енту будет интересна лишь буржуйка
ливое будущее в лице этакого «мо-	услугу подали — от клиента запахло.	на даче недалеко от леса, где есть дичь
бильного коммунизма», когда любая	Многостанционный доступ: у каждо-	и дрова.
услуга доступна любому в любом ме-	го сервиса — свой запах, у каждого	Смысл жизни, как и смысл анекдо-
сте и в любом объеме. (говорят, насто-	абонента — свой оттенок. В общем,	та — если не чувствуешь в них юмора,
ящий хаос — это когда одновременно	полное наслаждение от сочетания	то видишь одно сплошное недоразу-
сбываются все мечты и у всех сразу).	приятного с полезным. А с хакерами	мение. А печечку-то на даче неплохо
Миллионы «придумщиков» разраба-	борются при помощи «Шанель №5».	было бы установить заранее...

Мобильные Телекоммуникации [5’2012]		11

Технология LTE

Анализ производительности беспроводных сетей нового

поколения

Константин ЛЕГКОВ, к.т.н.

Современный российский транспорт находится в стадии модернизации, что совершенно необходимо для повышения безопасности и эффективности перевозок. Для достижения этого требуется современная система, способная автоматически управлять имеющимися ресурсами и оперативно принимать решения на соответствующем уровне. Работоспособность данной системы будет определяться качеством оперативно-тех- нической связи на транспорте. В статье рассмотрен ключевой вопрос выбора наиболее качественной технологии с повышенной производительностью для применения на транспорте.

Все современные технологии беспроводной связи в настоящее время развиваются в од-

ном направлении: к системам на базе OFDM-MIMO и далее к системам четвертого поколения (или IMT-advanced в терминологии ITU).

У сотовых технологий одна четкая тенденция: миграция в сторону LTE, стандарта 3GPP (рис. 1). У систем широкополосного беспроводного доступа (ШБД) — а WiMax является единственным представителем ШБДтехнологий семейства IMT-2000 —

Рис. 1. Эволюция технологий сотовой связи

два пути: мигрировать в сторону LTE или развиваться в направлении IEEE 802.16m.

Если сравнивать диапазоны частот WiMax и LTE, то можно заметить полное совпадение в диапазоне 2,3 ГГц и частичное — в 2,5 ГГц; диапазон 3,5 ГГц для FDD и TDD будет стандартизован в 3GPP Rel. 10. Таким образом, с точки зрения спектра имеются предпосылки миграции WiMax в сторону LTE.

Немаловажным фактором успеха новой технологии является наличие

иразнообразие абонентских терминалов. Уже сейчас имеются производители абонентского оборудования LTE, причем производители чипсетов

итерминалов TD-LTE есть как в нише 3GSM, так и в нише WiMax. Ввиду схожести технологий WiMax и LTE для производителей WiMax не представит сложности создание двухрежимных терминалов WiMax/TD-LTE. Таким образом, имеются все предпосыл-

	12		www.mobilecomm.ru

Технология LTE

Рис. 2. Ресурсные блоки частотного канала LTE

Рис. 3. Процедура HARQ

ки для создания единой экосистемы 3GSM-WiMax.

Ключевые особенности радиоинтерфейса WiMax 16e и LTE Rel.8

Обе технологии базируются на одном и том же радиоинтерфейсе MIMOOFDM. Для определения имеющихся между ними различий необходимо углубленно рассмотреть принципы организации радиоинтерфейса.

1.  Многостанционный доступ

На линии вниз технологии LTE и линиях вверх и вниз технологии WiMax используется OFDMA — многостанционный доступ на базе ортогонального частотного мультиплексирования

(OFDM), в LTE на линии вверх было решено использовать технологию SC-FDMA — мультиплексирование на одной несущей. Сигнал SC-FDMA обладает меньшим пик-фактором, в результате чего усилитель может работать в более эффективном режиме и с более высоким КПД.

2.  Организация канальных ресурсов

При использовании MIMO в технологии WiMax ресурсы выделяются пользователям слотами, формируемыми из поднесущих и символов OFDM. В LTE пользователям выделяются ресурсные блоки по 12 соседних поднесущих х 1 субкадр (рис. 2). 1 ресурсный блок = 12 поднесущих x 14 символов OFDM = 168 ресурсных

элементов. Тот факт, что в пределах одного ресурсного блока (180 кГц) поднесущие коррелированы, позволяет сократить количество пилот-под- несущих для оценки канала на приемной стороне. На линии вниз в режиме MIMO 2x2 в каждом ресурсном блоке под пилоты резервируется 16 позиций из доступных 168 (доля пилотов — 9,5%). На линиях вверх и вниз размеры ресурсного блока совпадают — 168 ресурсных элементов. На линии вверх под пилоты выделяются 36 позиций (доля пилотов — 21,4%). Таким образом, доля пилот-поднесущих в LTE в 1,5 раза меньше, чем в WiMax.

3.  Диспетчеризация частотных ресурсов

ВWiMax диспетчеризация ресурсов в частотной области осуществляется по принципу frequency diversity scheduling, поднесущие, выделяемые пользователю, распределены по всему спектру канала.

ВLTE реализована другая техника борьбы с частотно-селективными замираниями: частотно-селективная диспетчеризация ресурсов frequency selective scheduling.

4.  Гибридная процедура повторной передачи по запросу

В обеих системах используется процедура повторной передачи HARQ (Hybrid Automatic Repeat reQuest) (рис. 3). Благодаря упрощенной архитектуре LTE (в радиоподсистеме WiMax, как правило, имеется контроллер базовых станций, а в LTE он отсутствует) сократилось время на обработку пакетов до 10 мс, против 30 мс в WiMax.

5.  Адаптация системы к характеристикам канала

В LTE доступны 29 схем MCS, для связи выбирается та, которая в данных условиях распространения радиоволн обеспечивает максимальную пропускную способность. Точность настройки на канал в зависимости от отношения сигнал/ шум составляет 1—2 дБ. При высоком отношении сигнал/шум может использоваться скорость кодирования, близкая к 1. В WiMax число схем MCS в несколько раз меньше, точность настройки на канал более грубая — 2—3 дБ.

Мобильные Телекоммуникации [5’2012]		13

Технология LTE

			серая зона). Пользователям на краях сот
			выделяются ресурсы только из опреде-
			ленных поддиапазонов. Таким образом,
			для каждой соты известно, в каком под-
			диапазоне концентрируются помехи
			на ее границах. Положение UE, на краю
			соты или вблизи базовой станции, иден-
			тифицируется по периодическим отче-
			там UE об уровнях сигналов соседних
			сот (для поддержки хэндовера).
			8.  Схемы MIMO
			В LTE реализуется схема MIMO с
			обратной связью CL-MIMO (Closed
			Loop MIMO). В приемнике после оце-
			нивания канала выбирается соответ-
			ствующая прекодирующая матрица,
			а номер оптимальной прекодирую-
			щей матрицы PMI (Precoding Matrix
			Indicator) посылается передатчику.
			Обратная связь в схеме MIMO WiMaх
	Рис. 4. Коэффициент переиспользования частот в сетях WiMAX и LTE		не предусмотрена.
			Различаются в этих системах схемы
			канального кодирования, предшест-
	6.  Управление мощностью	7.  Коэффициент переиспользова-	вующего обработке MIMO. В WiMaх —
	В классическом алгоритме мощ-	ния частот	последовательное кодирование, а в
	ность излучения пользовательских	Базовая схема переиспользования	LTE — параллельное (рис. 5).
	сигналов должна устанавливаться	частот WiMax строится на трех ча-	Алгоритм параллельного кодиро-
	такой, чтобы уровни сигналов раз-	стотных каналах. При трехсекторной	вания называется алгоритмом после-
	личных пользователей поступали	конфигурации сайтов в каждом из	довательного исключения демодули-
	на вход приемника базовой станции	секторов используется один из трех	рованных компонент SIC (Successive
	с отношением сигнал/шум, равным	частотных каналов (рис. 4). Коэффи-	Interference Cancellation). При после-
	некоторому пороговому значению.	циент переиспользования частот в	довательном канальном кодирова-
	Именно такой алгоритм использует-	данном случае равен 3.	нии, как в WiMax, этот алгоритм не-
	ся в WiMax.	Работа сети LTE осуществляется с	реализуем.
	В LTE применяется модифициро-	коэффициентом переиспользования
	ванный алгоритм — частичное управ-	частот 1, то есть все базовые станции	Оценка радиопокрытия
	ление мощностью FPC (Fractional	работают на одной несущей. Внутри-	Анализ радиопокрытия для двух си-
	Power Control). Пороговое отношение	системные помехи в данной системе	стем проводился для конфигурации
	сигнал/шум меняется для пользовате-	минимизируются благодаря частотно-	оборудования: трехсекторная распре-
	лей в зависимости от их положения	селективной диспетчеризации, коор-	деленная базовая станция, абонент-
	внутри соты: чем ближе UE к базовой	динации помех между сотами, гибкому	ский терминал — компьютер (карта
	станции, тем выше порог отношения	частотному плану. Для пользователей в	PCMCIA) (рис. 6). Исходные данные
	сигнал/шум как критерий регулиров-	центре любой соты могут выделяться	для сравнения приведены в табл. 1.
	ки мощности.	ресурсы из всей полосы канала (рис. 4 —	Как для LTE, так и для WiMax (из-
			за большого дисбаланса мощно-
			сти передатчиков UE и базовой
			станции ~20 дБ) ограничивающей

Рис. 5. Схемы MIMO в системах WiMax и LTE

Рис. 6. Конфигурация оборудования

	14		www.mobilecomm.ru

Технология LTE

Параметр	LTE	WiMax
Стандарт	3GPP Release 8	IEEE 802.16е
Дуплекс	TDD	TDD
Диапазон частот	2,3 ГГц	2,3 ГГц
Соотношение TDD, DL /UL	1:1	3:2
Системная полоса	15 МГц	15 МГц
Переиспользование частот	1	3
Число секторов BTS	3	3
Полоса на сектор	15 МГц	5 МГц
Схема MIМО на линии вниз	2x2	2x2
Схема MIМО на линии вверх	Разнесенный прием	Разнесенный прием
Высота антенны базовой станции	25 м	25 м
Высота UE	1,5 м	1,5 м
Сервис	Передача данных	Передача данных
Таблица 1. Исходные данные для сравнения систем LTE и WiMax

	Параметр	LTE		WiMAX	Примечание
	Скорость передачи данных,	144 кбит/с		144 кбит/с	На краю соты обычно не гарантируют высокой
	гарантируемая на краю соты				пропускной способности
	Число ресурсных блоков/	3 ресурсных		5 субканалов	Среднее количество передач в HARQ:
	субканалов	блока		PUSC	1.5 – в LTE; 2 – в WiMax
	Используемая полоса	510 кГц		1313 кГц
	Модуляция и кодирование	QPSK. 0.66		QPSK 0.5	Используется MCS с высокой
					помехоустойчивостью
	Отношение С/Ш в приемнике	2,3	дБ	4,0 дБ	Зависит от алгоритмов цифровой обработки
					сигналов
	Коэффициент шума приемника	2,5	дБ	2,5 дБ	Записи от характеристик входных РЧ-цепей
	Чувствительность приемника	–111,9 дБм		–106,3 дБм	Разница из-за различий в полосе принимаемого
					сигнала и отношении сигнал/шум
	Усиление антенны	18,0	дБн	18,0 дБн
	Потери в фидерном тракте	0,5	дБ	0,5 дБ
	Вероятность радиопокрытия	95%		95%
	Стандартная	8,0	дБ	8,0 дБ
	девиация потерь на затенение
	Запас на затенение	8,7	дБ	8,7 дБ
	Выигрыш от хэндовера	3,6	дБ	3.6 дБ
	Потери на проникновение в	17 дБ		17 дБ	Зависят от типа застройки: DU – 20дБ,
	помещение				UR – 17дБ; SU – 14дБ; RU – 8дБ
	Запас на помехи	3,0	дБ	3,0 дБ
	ЭИИМ UE	23,0 дБм		23,0 дБм
	MAPL	127,4 дБ		121,8 дБ	Из-за разницы в чувствительности приемников
	Радиус соты по городу (UR)	0,56 км		0,39 км	Используется модель распространения
					радиоволн COST231-HATA
	Таблица 2. Энергетический бюджет для условий средней городской застройки (UR)

	Параметр	LTE/3GPP Rel.8	WiMAX/IEEE 802.16е
		15 МГц, коэф. переисп. частот 1,	15 МГц, коэф. переисп. частот 3,
	Конфигурация сети	ширина канала в секторе 15 МГц.	ширина канала в секторе 5 МГц,
		соотношение TDD 1:1, MIМО 2x2	соотношение TDD 3:2, MIMO 2x2
	Средняя пропускная способность	11,8 Мбит/с (пиковая – 60 Мбит/с)	5 Мбит/с (пиковая – 13,5 Мбит/с)
	соты на линии вниз
	Средняя пропускная способность	4,8 Мбит/с (пиковая – 20 Мбит/с)	1,5 Мбит/с (пиковая – 5 Мбит/с)
	соты на линии вверх
	Таблица 3. Средняя пропускная способность соты

линией по дальности связи в большинстве случаев является линия вверх, поэтому расчет энергетического бюджета или максимально допустимых потерь на линии MAPL (Maximum Allowable Path Loss) выполнен для линии вверх. Энергетический бюджет рассчитывается для UE на краю соты и излучающего сигнал на максимальной мощности. Результаты расчета приведены в табл. 2.

MAPL в системе LTE на 5,6 дБ больше, чем в системе WiMax, то есть LTE обеспечивает лучшее радиопокрытие.

Оценка емкости

Анализ пропускной способности соты проводился путем статистического моделирования. В табл. 3 представлены результаты вычисления средней пропускной способности в сети, по конфигурации, близкой к полученной

нами в процессе радиопланирования

впредыдущем разделе, специфицируемой NGMN как сценарий 1: расстояние между сайтами — 500 м, в среднем десять активных пользователей в соте, потери на проникновение в здание — 20 дБ, характеристики оцениваются для кластера из 19 трехсекторных сайтов, имитируются шесть окружающих зеркальных кластеров для учета помех

вграничных сотах.

По результатам приведенных в табл. 3 результатов можно сделать вывод, что пропускная способность соты LTE на линиях вниз и вверх выше, чем пропускная способность WiMAX.

Вывод

Как видно из анализа, технологии LTE

иWiMAX для мобильной связи предназначены для разных рынков, хотя

ииспользуют схожие радиотехнологии. Для применения на транспорте первая имеет небольшое преимущество: исходя из результатов проведенного анализа двух широкополосных стандартов четвертого поколения можно сделать вывод о том, что характеристики радиопокрытия и емкости сети LTE значительно выше характеристик WiMax.

Литература

1.Stefania Sesia, Issam Toufik, Matthew Baker. LTE — The UMTS Long Term Evolution. From Theory to Practice. John Wiley & Sons Ltd, 2009, 611 с.

2.Донченко А.А., Легков К.Е. Беспроводные городские сети: анатомия стандартов IEEE 802.16. Сборник трудов СКФ МТУСИ, 2009, Ростов-на-До- ну: СКФ МТУСИ, 2009, с. 46—49.

3.Легков К.Е., Донченко А.А., Садовов

В.В.Современные технологии беспроводного широкополосного доступа 802.16е и LTE: перспективы внедрения на транспорте. Телекоммуникации и транспорт. 2010, №2, с. 30—33.

4.Тихвинский В.О., Терентьев С.В., Юрчук А.Б. Сети мобильной связи LTE: технологии и архитектура. М.: ЭкоТрендз, 2010, 284 с.

5.Варукина Л.А., Координация помех в сетях LTE. Радиочастотный спектр. 2010, №2, с. 30—33.

6.Варукина Л.А., Технология MIMO в системах LTE. Электросвязь. 2009, №11, с. 52—55.

Мобильные Телекоммуникации [5’2012]		15

Технология LTE

Методы оптимизации мобильного интернеттрафика

Юлия ЗАЙЦЕВА,

аспирант ФГОБУ ВПО МТУСИ

Рынок услуг беспроводных широкополосных сетей передачи данных (БШПД) развивается стремительными темпами. Среди пользователей наблюдается активный интерес к ресурсам сетей БШПД, причем основным видом трафика для данных сетей является интернет-трафик, что не удивительно, так как мобильные устройства на данном уровне развития позволяют комфортно использовать ресурсы сети Интернет.

	связи с бурным ростом инте-	устройства для передачи
	реса абонентов к мобильно-	голоса в мультифункци-
	Вму Интернету у операторов,	онального интеллек-
	кроме очевидных преимуществ, по-	туального помощника,
	явились и новые проблемы. Стреми-	позволяющего получить
	тельное увеличение количества або-	доступ практически к
	нентов, а следовательно и потока тра-	любому контенту, а ско-
	фика, провоцирует большие нагрузки	рость доступа в Интернет
	на беспроводные сети. Решение дан-	через сотовые сети связи
	ных проблем за счет увеличения про-	возросла в десятки раз,
	пускной способности сети является	мобильные абоненты
	трудновыполнимым, так как требует	превратились в таких же
	увеличения частотного диапазона. На	пользователей Интерне-
	сегодняшний день стоимость 1 МГц	та, как и традиционные
	частотного ресурса может достигать	пользователи: они про-	Рис. 1. Число абонентов фиксированных и мобильных сетей
	нескольких миллионов долларов. По-	сматривают почту, поль-
			передачи данных2
	этому оптимизации мобильного ин-	зуются ресурсами по-
	тернет-трафика за счет технологий,	исковых систем, совершают покупки в		Казалось бы, для операторов насту-
	применяемых на разных уровнях се-	электронных супермаркетах, слушают		пила пора небывалого увеличения
	тевого взаимодействия, может прине-	и загружают музыку и видео, пользу-		доходов, ведь спрос на их услуги зна-
	сти значительную выгоду для операто-	ются социальными сетями. Круг воз-		чительно возрос. Но вместе с поло-
	ров беспроводной связи.	можностей все больше расширяется,		жительным эффектом от увеличения
	Согласно исследованию компании	упираясь только в доступную ско-		абонентского спроса на услуги связи
	Ericsson, число подписчиков мобиль-	рость, предоставленную оператором.		для операторов появились и новые
	ного ШПД будет увеличиваться на 60%	И в данном случае возможности сетей		проблемы.
	в год и вырастет с 900 млн в 2011 году	БШПД, которые активно развивают-		Операторы, которым необходимо
	до почти 5 млрд в 2016 году1.	ся и предоставляют вкупе с высокими		вкладывать огромные финансовые
	Еще несколько лет назад данная	скоростями доступа практически без-		ресурсы в строительство новых и
	категория пользователей Интернета	граничные возможности для пользо-		поддержку старых сетей, не получа-
	не могла в той же мере пользовать-	вания Интернетом, становятся все бо-		ют значительного увеличения дохода
	ся ресурсами сети, как и пользова-	лее привлекательными для абонентов.		от возросшего трафика, как хотелось
	тели традиционного проводного	В последние годы благодаря появле-		бы, так как под давлением абонентов
	Интернета, так как предоставляемая	нию огромного количества смартфо-		в условиях жесткой конкуренции
	беспроводными операторами связи	нов, обладающих широким функци-		постоянно должны снижать свои
	скорость доступа была гораздо мень-	оналом и позволяющих комфортно		тарифы и расширять набор предо-
	ше скорости проводного доступа.	осуществлять доступ к различным		ставляемых сервисов. Трафик же, ге-
	Кроме того, большинство сайтов не	приложениям, мобильный трафик		нерируемый абонентами, оказывает
	были адаптированы для мобильных	возрос в несколько раз и по прогно-		огромную нагрузку на сеть. В некото-
	устройств.	зу ведущих мировых аналитиков уже		рых случаях, при знаковых событи-
	На сегодняшний день, когда мо-	обгоняет трафик, генерируемый тра-		ях мире, когда количество запросов
	бильный телефон превратился из	диционными ПК (рис. 1).		пользователей превышает допусти-

	16		www.mobilecomm.ru

			Технология LTE
мое, сети не справляются с нагрузкой	Существует несколько алгоритмов	кола ТСР и его служебных запросов.
и «падают».	сжатия заголовков, наиболее извест-	Решения в рамках данного подхода
Очевидным решением такой про-	ные — это метод сжатия заголовков	основываются на проблемах самого
блемы для операторов связи было бы	TCP/IP Ван Якобсона и метод сжатия	протокола ТСР, которые он имеет в
увеличение пропускной способности	заголовков ROHC.	беспроводных сетях ПД.
сети. Но только не в случае беспро-	Первый из этих методов был разра-	Протокол ТСР на сегодняшний день
водной сети, так как отличительной	ботан Ван Якобсоном еще в 90-х годах	является наиболее часто используе-
особенностью данного вида сетей	и предназначался для традиционных	мым протоколом в большинстве со-
является то, что передача инфор-	проводных соединений при выходе	временных сетей передачи данных,
мации осуществляется по беспро-	в Интернет. Посредством этого ме-	однако разрабатывался он для работы
водному каналу связи, пропускная	тода можно уменьшить стандартные	в проводных сетях, не имеющих про-
способность которого напрямую	40-байтные TCP/IP заголовки при-	блем, которые присущи беспровод-
зависит от доступного радиочастот-	мерно до 3—4 байт в лучшем случае.	ным сетям вследствие беспроводной
ного ресурса (РЧР). А как известно,	Это достигается за счет запоминания	природы канала связи, являющегося
РЧР является ограниченным ресур-	состояния ТСР-соединения на обоих	средой передачи сигнала. Работа про-
сом на данном уровне достигнутого	концах соединения и передачи толь-	токола ТСР основывалась на том, что
научно-технического прогресса, и	ко изменившихся полей заголовков	нижележащие уровни (L1 и L2 уровни
на данной площади территории его	протоколов.	модели OSI) полагались надежны-
использования3, стоимость 1 МГц	Позднее был разработан метод	ми и стабильными. Вследствие этого
которого может достигать несколь-	сжатия заголовков ROHC, который	предполагалось, что потеря пакетов
ких миллионов долларов4. По этой	позволяет работать не только с про-	может происходить только из-за пе-
причине оптимизация мобильного	токолом IPv4, но и с IPv6, где длина	регрузки сети, и поэтому необходимо
интернет-трафика, способная увели-	заголовка составляет уже 60 байт.	принимать меры по устранению этих
чить спектральную эффективность	Этот метод позволяет ужимать заго-	перегрузок. Однако в беспроводных
систем беспроводной связи, а следо-	ловки TCP/IP/UDP/RTP-пакетов при-	сетях ПД потеря пакетов крайне ред-
вательно и снизить стоимость владе-	мерно до 1—3 байт для IPv4 за счет	ко происходит из-за перегрузок, чаще
ния необходимым количеством РЧР	применения компрессора и деком-	причиной потери становится неста-
хотя бы на несколько процентов, на	прессора. Данный метод эффективен	бильность канала связи вследствие его
сегодняшний день является насущ-	для передачи данных в беспроводных	беспроводной природы.
ной проблемой в индустрии беспро-	сетях связи, где может быть большая	Первый метод оптимизации про-
водной связи.	потеря пакетов.	токола ТСР и его служебных запросов
Существует несколько методов,	Данные решения позволяют суще-	предложен в 1988 году и называется
позволяющих решать данную задачу,	ственно снизить избыточность слу-	TCP Tahoe. Для работы данного ре-
но в основном все эти решения изна-	жебных заголовков, тем самым сни-	шения использовался алгоритм «мед-
чально предназначались для традици-	жая объем трафика в целом.	ленного старта» (slow start) и прин-
онного трафика, генерируемого поль-	Следующим подходом к оптимиза-	цип «окна перегрузки» (CWND) для
зователями проводного Интернета, и	ции трафика на сетевом уровне яв-	изменения пропускной способности
специфика беспроводного доступа не	ляется оптимизация самого прото-	сети. Далее алгоритмы совершенство-
учитывалась.
Если для классификации методов
оптимизации интернет-трафика в ка-
честве основы использовать семиуров-
невую модель OSI, то основные реше-
ния по оптимизации трафика можно
разделить на несколько категорий: оп-
тимизация трафика на транспортном
и сетевом уровне; оптимизация трафи-
ка на прикладном уровне (специализи-
рованная обработка протоколов HTTP,
POP3 и т.д.); использование специаль-
ных клиент-серверных программ сжа-
тия трафика и комплексные решения
по оптимизации трафика.
Первым из подходов к оптимизации
интернет-трафика на уровне сетево-
го взаимодействия является сжатие
заголовков протоколов сетевого и
транспортного уровней.

Мобильные Телекоммуникации [5’2012]		17

Технология LTE

вались, появился принцип избегания
перегрузки, учитывалось обнаруже-
ние множественных потерь пакетов,
сокращалось время повторной пере-
дачи потерянных пакетов, появились
функции выборочного подтвержде-
ния. В современных методах оптими-
зации ТСР применяется новый алго-	Рис. 2. Принцип работы интернет-«ускорителя»
ритм управления окном перегрузки,
основанный на оценке потока дан-
ных. Примерами модифицированных
алгоритмов могут служить TCP Reno,
TCP Vegas, TCP New-Reno, TCP SACK,
TCP Westwood+.
Если рассматривать методы обра-
ботки трафика выше по уровням мо-
дели OSI, то следующей категорией
решений будут методы оптимизации
интернет-трафика на прикладном	Рис. 3. Принцип работы Proxy-сервера
уровне, работа которых основана
на решении проблем, которые име-
ет протокол НТТР в сетях БШПД,	нарных ПК, так и среди пользователей	компании Opera Software. Браузер
а именно:	мобильного Интернета. Данный вид	Opera mini был разработан компанией
• веб-страницы не оптимизированы	программ работает по принципу об-	Opera для мобильных телефонов. Его
для передачи по беспроводному кана-	ыкновенного архиватора: на устрой-	работа основана на том, что запросы
лу, имеющему ограниченную полосу	ство пользователя устанавливается	абонента отсылаются не напрямую
пропускания;	программа, которая отслеживает	на необходимый сайт, а проходят че-
• пользовательские устройства со-	весть НТТР-трафик, и, когда пользо-	рез прокси-сервера компании Opera
вершают множество запросов на DNS-	ватель запрашивает некоторую ин-	Software, на которых происходит сжа-
сервер, чтобы разрешить ссылки URL	формацию с сайта, запрос сначала	тие и обработка данных и перефор-
в IP адреса;	отправляется на прокси-сервер, кото-	мирование веб-страниц в формат,
• лишь небольшой процент серве-	рый, в свою очередь, делает запрос на	подходящий для воспроизведения
ров контента в Интернете способны	необходимый сайт, затем сжимает по-	на небольших экранах телефонов и
распознавать мобильные устройства	лученную информацию и отправляет	смартфонов.
и адаптировать контент соответству-	ее на устройство пользователя.	Специалисты компании Opera ут-
ющим образом.	Наиболее популярные про-	верждают, что трафик посредством
С учетом этих проблем оптимиза-	граммы по сжатию трафика —	использования браузера Opera mini
ции НТТР в сетях БШПД осуществля-	TrafficCompressor и Toonel (см. рис. 2).	может сжимается более чем на 90%,
ется следующим образом:	Прокси-сервера могут использо-	что в 2000 годах, когда данный бра-
• текстовые данные сжимаются;	ваться для различных целей, однако	узер впервые был представлен поль-
• просмотр рекламы предоставляет-	в рамках задачи оптимизации интер-	зователям, было просто революци-
ся по запросу;	нет-трафика можно выделить два ос-	онным, учитывая, какие скорости мог
• обращение браузера мобильного	новных вида прокси — кэширующие	предоставлять GPRS5.
устройства к серверу DNS минимизи-	и перенаправляющие.	Браузер Opera mini оказал значи-
руется по возможности;	Кэширующие прокси (например,	тельное влияние на мобильный Ин-
• аудио- и видеоданные оптимизи-	Squid, HandyCache, CoolProxy) опти-	тернет, поскольку позволил владель-
руются (перекодируются в формат,	мизируют интернет-трафик за счет	цам телефонов комфортно пользо-
который занимает меньше места при	эффективного кэширования загру-	ваться ресурсами сети, не отставая
передаче данных).	жаемых веб-страниц и уменьшают	от пользователей традиционных ПК.
В рамках данного подхода можно	объем трафика для сегмента сети. Пе-	Данный подход применяется сегодня
выделить следующие методы и соот-	ренаправляющие прокси (например,	многими операторами связи, позво-
ветствующие им прикладные решения.	Ziproxy) оптимизируют трафик за	ляя предоставлять более высокие ско-
Пользовательские оптимиза-	счет сжатия текста в формат gzip, сжа-	рости доступа в Интернет за меньшие
торы интернет-трафика, или,	тия изображений наиболее действен-	деньги (см. рис. 4).
как их часто называют, интернет-	ным способом, а также оптимизации	GPRS оптимизаторы. Согласно од-
«ускорители», которые получили	HTML/CSS/JS (см. рис. 3).	ному из определений, которые пред-
большое распространение как среди	Отдельным примером работы прок-	лагают производители оборудования,
пользователей традиционных стацио-	си-сервера может служить решения	GPRS-оптимизатор — программно-

	18		www.mobilecomm.ru