ВКР_Разработка_Радиотрактов_BTS_Петренко_Ю.А
..pdfДинамическое распределение ресурсов (Dynamic Resource Allocation Scheduler) отвечает за планирование очередности передачи пакетов данных и поз-
воляет динамически выделять и перераспределять ресурсы сети радиодосту-
па, включая канальные ресурсы, мощность излучения базовых станций, ре-
сурсы буферизации и приоритет обработки пакетов данных с учетом пара-
метров QoS.
Протокол распределения ресурсов (RCP) плоскости управления C-Plane си-
стемы управления ресурсами (RRC)[9] обеспечивает:
Передачу информации поставщика в соответствие с протоколами,
относящимися к группам протоколов «уровня с доступом» (AccessStratum – AS) и «уровня без доступа» (Non – AccessStratum – NAS);
Обслуживаниеносимого устройства;
Установление, поддержание и закрытие служб передачи данных в радиоканале (Radio Bearers) типа «точка-точка» и «точка-
многоточка» в соответствие с заданными параметрами QoS;
Обеспечение мобильности абонентских носимых устройств.
Кроме того, системаRRC поддерживает выполнение ряда других функций.
Протокол сходимости пакетных данных (Packet Data Convergence Protocol – PDCP) плоскостей U-plane и C-plane обеспечивает устранение избыточности
(сжатие) служебной информации, объем которой может быть соизмерим с объемом полезной информации, передаваемой в пакетах данных, а также шифрование/дешифрование данных.
Протокол управления радиоканалом (Radio Link Control - RLC) производит:
Сегментацию и сборку информационных пакетов протоколов вы-
сокого уровня (Protocol Data Unit – PDU) переменной длины в блоки более низкого уровня (Packet Unit – PU); размер PUопреде-
ляется в зависимости от скорости передачи информации в канале;
Конкатенацию коротких пакетов PDU верхнего уровня;
31
Заполнение остатка поля данных блока PU, если объединениене представляется возможным;
Передачу данных пользователя с подтверждением и без подтвер-
ждения приема в соответствии с установленными оператором-
поставщиком настройками системы контроля качества обслужи-
вания QoS;
Исправление ошибок методом автоматического запроса на по-
вторную передачу (Automatic Repeat Request – ARQ) пакетов с ин-
формацией;
Сохранение на высоком уровне порядка доставки пакетов при пе-
редаче информации с подтверждением приема;
Обнаружение повторяющихся пакетов для однократной доставки их на высокий уровень;
Контроль скорости передачи информационных пакетов;
Досмотр и коррекция порядковых номеров пакетов данных.
2.2.Архитектура базовой сети EPC
Базовая сеть ЕРС [1, стр. 79 - 90, 9], содержит такие модули (узлы), как HSS, MME, S-GW, P-GW, PCRF, и является PS-доменом сети LTE, предоставляю-
щим голосовые и неголосовые услуги связи, к примеру доступ в Интернет,
передачу факсов и данных, а также передачу голоса через LTE (VoLTE). В
основу построения базовой сети ЕРС положена концепция «всё через IP/всё по Интернету» (all – IP или AIPNALL over IP Network) и возможность до-
ступа к сети ЕРС через сети мобильной сотовой связи второго и третьего по-
колений (сети UTRAN, GERAN, сети GSM 800/900/1800/1900 и т.п.) и через сети связи, не проектируемые и/или не принадлежащие 3GPP, например сети,
проектируемые организацией IEEE, напримерWi-Fi, WiMAX, а также через проводные сети связи, например, сети ADSL+, FTTH и другие. Эталонная ар-
32
хитектура [9] базовой сети ЕРС с указанием интерфейсов взаимодействия с внешними сетями показана на рисунке 1.3.
Рис. 2.2 – Архитектура базовой сети EPC
Рассмотрим функциональное назначение элементов (узлов) базовой сети ЕРС.
Домашний сервер базы данных пользователей HSS [9] (Home Subscriber Server) представляет собой базу данных обо всех активных абонентах сети. В ней
33
содержатся информационный профиль абонента (IMEI устройства и другие коды и номера, подключенные услуги, сумма на счете абонента и т.п.). Ин-
формация об абоненте поступает в HSS,как только он заключит договор с оператором-поставщиком услуг и последний подключит его к сети. Суще-
ствует два типа информации, содержащейся в информационных профилях базы данных HSS: постоянная и переменная.
Постоянная информация об абоненте никогда не меняется, кроме случаев об-
новления политик безопасности оператора-поставщика, пересмотра условий контракта и изменения личных идентификационных данных клиента. Посто-
янная информация об абоненте содержит следующую основную информа-
цию:
Международный идентификатор абонента мобильной связи IMSI,
который однозначно идентифицирует абонента сети;
Мобильный международный номер абонента в сети ISDN – номер
MSISDN;
Данные о роуминге;
Остаток средств на счете (баланс счета);
Перечень и параметры доступных услуг связи;
Ключи аутентификации и шифрования.
Переменная информация об абоненте содержит данные о регистрации и те-
кущем местонахождении абонентского устройства, об обслуживающем узле управления мобильностью MME, переменные идентификаторы абонента
(GUTI, GUMMEI, M- TMSI, S- TMSI).
Домашний сервер базы данных пользователей HSS выполняет следующие функции[1,стр. 83-90]:
Предоставление системе управления мобильностью ММЕ инфор-
мации об аутентификации и данных абонентов при управлении мобильностью, при предоставлении доступа к услугам связи, пе-
редачи данных и доступа в Интернет;
34
Предоставление серверам управления услугами информации об аутентификации и данных об абонентах сети;
Взаимодействие с расчетной системой «досмотра оказываемых услуг» (serviceprovisioning).
Всовременных релизах 3GPP домашний сервер базы данных пользователей
(HSS) является частью архитектуры универсальной конвергентной базы дан-
ных (UDC), состоящей из единого хранилища пользовательских данных
(UDR), выполняющего функции «заднепланового» доступа BE (Back End), и
элементов доступа «переднего плана» FE (Front-End). В качестве FE высту-
пают HSSFE, а также AAAFE, SPR/PCRFFE.
Узел управления мобильностью ММЕ (Mobility Management Entily) разреша-
ет задачи по управлению мобильностью мобильного устройства и взаимо-
действует с базовыми станциями eNB сети радиодоступа E-UTRAN с помо-
щью протоколов плоскости управления (C- Plane) интерфейса S1MME.
Узел ММЕ реализует:
• управление мобильностью пользователей: регистрация пользователей (register/deregister), обновление данных о местоположениях абонентского мо-
бильного устройства в зоне покрытия сети (Tracking Area Update — TAU);
•управление списками зон местоположения абонентских устройствво всем покрытии сети (Tracking Area List — TAL);
•управление внутрисетевым хэндовером при переключении узла ММЕ;
•управление межсетевым хэндовером и взаимодействие по интерфейсу S3 с
узлом SGSN при передаче обслуживания абонентского терминала в
сети стандартов прошлых поколений;
•выбор обслуживающих сервисного и пакетного шлюзов (соответственно S- GW и P-GW);
•управление роумингом и взаимодействие по интерфейсу S6a с базой данных HSS визитного абонента, находящегося во внутреннем роуминге;
•аутентификацию и авторизацию абонентов сети;
•управление службами обмена данными;
35
•взаимодействие с сетями 3GPP2 для обеспечения доступа абонентов к сети ЕРС посредством сети радиодоступа CDMA2000 (HRPD);
•поддержку технологии голосовых вызовов CSFB;
•классификацию служб передачи данных на службы передачи голосовой ин-
формации и неголосовой информации остальных видов (например, текст или видео);
• хэндовер служб передачи неголосовой информации (Non-voiceBearer) в сеть
UMTS/GPRS при выполнении процедуры CSFB;
• передачу трафика спецслужбам по требованию.
Сервисный и пакетный шлюзы(S-GW и P-GW соответственно) отвечают за передачу данных пользователей согласно протоколам плоскости пользовате-
ля (U-Plane) [1, стр. 83 –90]. Сервисный узел S-GW взаимодействует с базо-
вой станцией eNB посредством интерфейса S1-U. Базовые станции eNB сети
E-UTRAN можно присоединять посредством интерфейса SI (Sl-MME, S1-U)
одновременно к нескольким узлам ММЕ и реализовывать так называемый интерфейс Sl-Flex. В этом случае ММЕ объединяются в пулы: ММЕ Pool, S- GWPool. Интерфейс Sl-Flex позволяет более гибко использовать сетевой ре-
сурс.
Сервисный шлюз S-GW (ServingGateway) выполняет следующие основные функции:
• начало процедуры выделения сетевых ресурсов абонентскому носимому устройству и выделения сеанса связи в соответствии с заданными операто-
ром-поставщиком требованиями QoS;
• маршрутизацию и передачу пакетов информации в соответствии с требова-
ниями QoS по направлению к пакетному шлюзу P-GW для линии передачи
(uplink)и к базовой станции eNB для линии приема (downlink);
• функции обслуживающего узла или точки «отстоя» (Mobility Anchor Point)
при хэндоверах абонентского мобильного устройства между базовыми стан-
циями eNB, обеспечивающего переоснастку сетевой службы передачи пакет-
36
ных данных в целях маршрутизации пакетов по направлению к искомой станции eNB;
• функции обслуживающего узла или точки «отстоя» при хэндоверах або-
нентского терминала между сетью LTE и сетями UMTS/GPRS;
•взаимодействие с узлом учета использованного трафика и взимания за него платы PCRF;
•передачу трафика на узел спецслужб по их требованию.
Пакетный шлюз P-GW (PDN Gateway) выполняет следующие основные функции:
• взаимодействие с узлом тарификации, учета использованного трафика и взимания за него платы PCRF для назначения сеанса идентификатора каче-
ства QCI (QoS Class ID) и выделение ресурсов абонентскому устройству для сеанса связи;
•«глубокий» досмотр информационных пакетов пользователей (Deep Packet Inspection) по протоколу применения политик доступа и тарификации PCEF;
•назначение устройству IP-адреса с помощью протоколов автоподстройки
DHCPv4 и DHCPv6;
•взаимодействие с сервером доменных имен DNS для преобразования имен ресурсов, запрашиваемых абонентскими терминалами, в IP-адреса;
•маршрутизацию и передачу пакетов данных согласно правилам QoS к па-
кетному шлюзу оператора-поставщика, подсистеме IMS или сервис-
подсистемам для линии передачи (uplink) и по направлению к шлюзу S-GW
для линии приема (downlink);
• обмен данными с непрерывной системой распределения расчетов
(OnlineChargingSystem — OCS) с использованиемпротокола DIAMETER;
• формирование и передача отчетов (Call Detail Record — CDR) в автоном-
ную систему распределения расчетов (Offline Charging System - OFCS);
• маршрутизация трафикаи обмен данными между «домашней» сетью и се-
тями других операторов;
37
• передачу трафика абонентов на узел оперативных служб при особом требо-
вании последних (например, для выявления подозреваемого).
Узел управления тарификацией, учета использованного трафика сети и взи-
мания платы за него с конкретных абонентов PCRF (Policy and Charging Rules Function) взаимодействует с сетевыми элементами применения сетевых политик PCEF пакетного шлюза P-GW и позволяет управлять качеством предоставления услуг передачи данных путем назначения идентификатора
QCI для запрашиваемой абонентом услуги (сеанса связи), управлять тарифи-
кацией путем выдачи ключа (идентификатора) тарификации (Charging Key) в
соответствии с параметрами, заданными оператором-поставщиком услуг свя-
зи. Для поддержки роуминга узел PCRF подразделяется на два логических элемента:
•узел PCRF домашней сети H-PLMN (H-PCRF);
•узел PCRF визитной сети V-PLMN (V-PCRF).
Узлы H-PCRF и V-PCRF домашней и визитных сетей взаимодействуют друг
сдругом по интерфейсу S9.
3.Архитектура и частотный план BTS.
3.1.1. Передающий тракт
Для формирования сигнала применяют две основные архитектуры тракта пе-
редачи: с прямой модуляцией (с нулевой ПЧ) и с непрямой модуляцией (с
преобразованием частоты вверх с применением ПЧ).
Для формирования широкополосного OFDM-сигнала архитектура тракта пе-
редачи с прямой квадратурной модуляцией более предпочтительна, по срав-
нению с непрямой модуляцией.
Рассмотрим архитектуру тракта передачи с непрямой модуляцией (рис. 3.1).
Тракт передачи содержит опорный генератор, буферный усилитель, ПЧ ГУН и РЧ ГУН (на основе которых построены синтезаторы частот), квадратурный модулятор, смеситель, полосовые фильтры, усилитель мощности. Частоты
ПЧ и РЧ ГУНов стабилизируются через петли автоподстройки под частоту
38
опорного генератора. В такой схеме сигнал формируется на промежуточной частоте при помощи квадратурного модулятора. Сигнал с ПЧ ГУНа поступа-
ет на фазовращатель квадратурного модулятора. На модуляционные IQ вхо-
ды квадратурного модулятора поступают информационные последователь-
ности, сформированные в цифровых узлах из исходного информационного потока с помощью последовательно-параллельного преобразования. На вхо-
ды смесителя поступают сигнал от РЧ ГУНа второго синтезатора частот и модулированный сигнал промежуточной частоты из квадратурного модуля-
тора. Полосовой фильтр на выходе смесителя выделяет сигнал рабочей частоты fС=fПЧ+fРЧ.
Рис. 3.1. Архитектуры тракта передачи с непрямой модуляцией К основным преимуществам этой схемы можно отнести удобство формиро-
вания сигнала и отсутствие затягивания частоты ГУНов. Но у такой архитек-
туры имеется ряд недостатков. По сравнению с прямой архитектурой в такой схеме требуется два синтезатора частот и две петли фазовой автоподстройки частоты, смеситель, а также ПЧ и РЧ фильтры высокого порядка. Все это не позволяет выполнить радиочастотный блок в виде полностью интегрирован-
ного узла.
Такая архитектура имеет существенные недостатки при формировании ши-
рокополосного сигнала с множеством несущих. Преобразование частоты приводит к появлению на выходе смесителя комбинационных составляющих
39
между частотой гетеродина и каждой из полезных поднесущих OFDM-
сигнала, часть из которых попадет в область спада спектра сигнала, а другая часть – внутрь самого спектра сигнала, причем, зачастую с попаданием на близко расположенные несущие. Полосовой фильтр, который ставится после смесителя, не сможет подавить или ослабить комбинационные составляю-
щие, попавшие внутрь спектра широкополосного сигнала.
Также большое количество поднесущих в OFDM сигнале фактически делает эту модуляцию весьма чувствительной к фазовым шумам, так как каждая из
N поднесущих будет модулироваться фазовым шумом гетеродина (рис. 3.2).
Отказ от преобразования частоты снимает эту проблему.
Рис. 3.2. Модуляция OFDM поднесущих фазовым шумом гетеродина Рассмотрим архитектуру с прямой квадратурной модуляцией (рис. 3.3).
Рис. 3.3. Архитектура с прямой квадратурной модуляцией В структурной схеме на рис. 3.3 изображены кварцевый генератор, управля-
емый напряжением (VTCTXO), буферный усилитель (БУ), генератор управ-
ляемый напряжением (ГУН) синтезатора частот, делитель частоты на два,
квадратурный модулятор, полосовой фильтр и усилитель мощности (УМ).
При такой архитектуре в квадратурном модуляторе высокочастотный сигнал
40