реф. Исследование методов повышения пропускной способности в сетях UMTS

РЕФЕРАТ

Тема магистерской диссертации: « Исследование методов повышения пропускной способности в сетях UMTS ».

Пояснительная записка содержит 100 страниц, 40 рисунок, 18

таблиц.

Ключевые слова: пропускная способность, стандарт UMTS, речевой кодек AMR, отношение Eb / N0 , многолучевое распространение,

коэффициент нагрузки , увеличение помех Noise_Rise, предельная пропускная способность, пакет прикладного программирования MATLAB.

Рассмотрены технические характеристики стандарта UMTS. Кратко описаны два метода повышения пропускной способности в сети UMTS.

Проведен алгоритм мягкого хэндовера в сети UMTS. Рассчитана пропускная способность в сети UMTS при разных скоростях речевого кодека AMR, а

также при изменении состава оборудования.

4

СОДЕРЖАНИЕ

2.АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ

3.ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ

3.2. Оценка пропускной способности соты при использовании AMR-

3.2.1.Расчет предельной пропускной способности восходящего канала62

3.2.2.Расчет предельной пропускной способности нисходящего канала

3.2.1.Расчет предельной пропускной способности восходящего канала68

3.2.2.Расчет предельной пропускной способности нисходящего канала

6

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время большинство сетей мобильной связи в России и во всем мире являются интегральными и работают в двух стандартах и трех частотных диапазонах (GSM-900/1800/UMTS-2100). Несмотря на то, что в последние годы пользователи мобильных сетей нуждаются в высоких скоростях передачи данных и появление нового стандарта LTE,

ориентированного только на передачу пакетного трафика, речевой трафик является преобладающим. При этом количество абонентов продолжает неуклонно расти.

В связи с этим возникает задача повышения пропускной способности и более эффективного использования ресурсов существующих сетей мобильной связи.

Данная магистерская диссертация посвящена проблеме повышения пропускной способности сети UMTS. Этот стандарт мобильной связи 3-го поколения был разработан группой 3GPP и получил название универсальной мобильной телекоммуникационной системы (UMTS - Universal Mobile Telecommunication system).

Пропускная способность зависит от количества и параметров оборудования, выделенного частотного ресурса, распределения абонентов по зоне обслуживания, от фактора распределения (spreading factor, определяет количество каналов связи, закодированных в один поддиапазон).

На пропускную способность сети UMTS также влияют алгоритмы управления радиоресурсами. Следовательно, настройка параметров процедуры хэндовера, управления мощностью, а также управления доступом

инагрузкой является мощным инструментом оптимизации радиосети UMTS.

Втоже время необходимо помнить, что для операторов сетей мобильной связи наиболее важным критерием эффективности сети является прибыль, а следовательно, стоимость реализации при выборе методов повышения пропускной способности должна учитываться не в последнюю очередь.

7

Таким образом, исследование методов повышения пропускной способности является нетривиальной задачей, требующей всестороннего рассмотрения.

Пояснительная записка состоит из 3- глав.

Первая глава посвящена состоянию сетей UMTS. Проведен анализ принципов построения и функционирования сетей мобильной связи 3-го поколения. Рассмотрена архитектура современной сети мобильной связи.

Приведены основные технические характеристики стандарта UMTS, описаны процедуры обеспечения мобильности абонентов в сети. Дано определение пропускной способности и описаны факторы, влияющие на нее.

Во второй главе проведен анализ методов повышения пропускной способности в сетях UMTS. Описаны метод применения речевых кодеков

AMR и метод перераспределения ресурсов радиоканала в сетях UMTS.

Приведен алгоритм и настройки параметров мягкого хэндовера. Разработаны модель радиоканала и модель многолучевого распространения. Приведены основные критерии эффективности методов повышения пропускной способности в сетях UMTS.

В третьей главе даны обоснования для расчета пропускной способности стандарта UMTS. Кратко описана методика расчета пропускной способности для восходящего и нисходящего канала. Основные расчеты произведены с учетом всех действующих физических каналов. Выполнена оценка пропускной способности соты при применении речевых кодеков

AMR, а также при изменении состава оборудования. Проведен сравнительный анализ эффективности методов повышения пропускной способности в сетях UMTS.

8

1. АНАЛИЗ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ

СЕТЕЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ 3-ГО ПОКОЛЕНИЯ

Современный этап развития телекоммуникаций характеризуется не только непрерывным увеличением числа пользователей, но и возрастающими требованиями к спектру услуг связи. В настоящее время возросла необходимость в обеспечении высоко-скоростного информационного обмена между абонентами без ограничения свободы их перемещения, обеспечении передачи информации любого формата: обычный телефонный разговор,

компьютерные файлы, факсимильные, мультимедийные и аудиовизуальные сообщения, Internet-пакеты, электронная почта и др.

Внедрение сетей UMTS позволило обеспечить пиковую скорость передачи данных до 2,048 Мбит/c. Главным отличием сети UMTS от

GSM/EDGE/GPRS стало использование широкополосных сигналов с полосой

5 МГц.

Расширение базы сигнала осуществляется путем введения частотной избыточности, которая и придает радиосигналу UMTS определенные положительные свойства: высокую помехоустойчивость, устойчивость к воздействию многолучевости. Кроме того, использование широкополосных сигналов позволило реализовать новый метод разделения каналов в сети — кодовый (CDMA).

Важная особенность алгоритма доступа, используемого UMTS для кодового разделения каналов CDMA заключается в его чувствительности к мощности принимаемых радиосигналов. Поэтому в UMTS реализовано быстрое управление мощностью излучения. Другими особенностями UMTS

являются [2]:

гибкое распределение радиоресурсов сети радиодоступа UTRAN;

управление качеством услуг в цепочке (конечный пользователь — конечный пользователь), QoS Bearer Service;

увеличение эффективности использования физической среды передачи путем введения нового типа каналов — транспортных;

9

оптимизация трафика опорной сети Core Network путем внедрения медиашлюзов MGW и Soft Switch и максимальное расширение использования в сети протокола IP;

широкое разнообразие адаптивных речевых кодеков (AMR-NB, AMRWB, AMR-WB+);

конвергенция с сетями фиксированной связи (использование SS7

поверх MTP3 или Sigtran);

возможность реализации VoIP.

Дальнейшее развитие UMTS в целях повышения скоростей передачи

данных и минимизации задержек передачи данных при использовании протоколов плоскостей пользователя и управления (User-plane, Control-plane)

определило разработку технологий HSPA (HSDPA/HSUPA), в которых нашли свое применение многопозиционные сигналы с квадратурной амплитудной манипуляцией 16QAM, 64QAM. Особое внимание в этих технологиях в целях минимизации указанных задержек уделено модернизации протокола доступа к физической среде передачи MAC.

Технический бум вызванный использованием сигнала OFDM в

беспроводных сетях передачи данных WiFi/WiMAX не обошел стороной и сети сотовой связи. Начавшийся путь разработки технологии HSOPA (High Speed OFDM Packet Access) вылился в концепцию длительной эволюции LTE (Long Term Evolution) системы UMTS. Совершенствование технологий сетей радиодоступа UTRAN/HSPA в направлении LTE

1.1.Архитектура современной сети мобильной связи

Всвязи с тем, что новые технологии внедряются постепенно,

существующие сейчас сотовые сети связи являются совокупностью нескольких поколений мобильной связи. Структурная схема комбинированной сети представлена на рис. 1.1.

При организации таких сетей необходимо обеспечить интерфейсы с существующими сетями и сигнализацию на участках соприкосновения.

Данные новшества должны быть введены таким образом, чтобы:

10

все процедуры выполнялись, как это было при отсутствии нового фрагмента;

качество предоставляемой связи было не ниже того, которое было в нерасширенной сети;

внедрение нового участка не влияло на обеспечение мобильности абонента;

PSTN, ISDN

Рис 1.1. Схема комбинированной сети GERAN-UTRAN/IMS

11

В составе схемы комбинированной сети GERAN-UTRAN/IMS входят

слдедующие элементы:

A.MS (Mobile Station) мобильная станция.

B.BSS (Base Station System) подсистема базовой станции состоит из :

BTS - (Base Transceiver Station) базовая станция;

BSC - (Base Station Controller) контроллер базовых станций;

PCU - (Packet Control Unit) устройство контроля пакетной передачи;

EGPRS TRU - (Enhanced GPRS).

C.UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) наземная сеть радиодоступа стандарта UMTS состоит из:

SGSN - (Serving GPRS Support Node) узел поддержки услуг

GPRS;

GGSN - (Gateway GPSR Support Node) шлюзовой узел GPRS;

E.PLMN (Public land mobile network) зоны обслуживания мобильной сети.

F.LTE RAN (Long Term Evolution - Radio access network) – долгосрочное

развитие сети радиодоступа состоит из:

12

EPC - (Evolved Packet Core);

MME - (Mobility Management Entity) узел управления мобильностью;

Node B - Базовая станция сетей UMTS/LTE.

G.IMS (IP Multimedia Subsystem) – мультимедийная IP-подсистема состоит из:

AS – (application servers) сервер приложений;

CSCF - (Call session control functions) функция управления вызовами и сеансами;

P-CSCF – (Proxy CSCF) посредник для взаимодействия

с абонентским терминалами;

I-CSCF – (Interrogating CSCF) посредник для взаимодействия с внешними сетями;

HSS – (Home Subscriber Server HSS) Домашний сервер пользовательских данных.

Внешние интерфейсы:

Um – интерфейс между абонентским оборудованием и BSS; Uu – интерфейс между абонентским оборудованием и Node B;

LTE-Uu – интерфейс между абонентским оборудованием и LTE RAN;

A – интерфейс между подсистемой базовой станции (BSS) и CN;

Gb – интерфейс между подсистемой базовой станции BSS (PCU) и SGSN;

Iu CS, Iu PS – интерфейсы между UTRAN и базовой сетью (CN);

Gp – интерфейс между зонам обслуживания мобильной сети и CN;

Gm – интерфейс между CN и мультимедийной IP-подсистемой (IMS); S3/S4 – интерфейсы между сетью LTE и базовой сетью пакетной передачи GERAN

SGi/S6 – интерфейс между LTE RAN и мультимедийной IP-

подсистемой (IMS);

13