3. Категории передаваемого трафика и качественные показатели предоставляемых услуг
В сетях 3G специфицированы 4 класса трафика. Основными характеристиками QoS (Quality of Service) являются:
- класс трафика,
- приоритет,
- надежность передачи,
- задержка в доставке,
- скорости передачи.
Классы трафика и их характеристики представлены в табл. 3.1.
Таблица 3.1
|
Приоритет |
Класс трафика |
Задержка |
Надежность (BLER) |
|
1 |
Телефонный |
< 150 мс |
< 0,02 |
|
2 |
Потоковый |
< 1 с |
< 0,01 |
|
3 |
Интерактивный |
статистическая |
10-6 |
|
4 |
Фоновый |
статистическая |
10-6 |
В сетях LTE в соответствии с требованиями QoS все виды предоставляемых услуг поделены на 9 классов и каждому классу присвоен идентификатор QCI (QoS Class Identifier). В свою очередь организуемые для передачи трафика сквозные каналы поделены на 2 группы в зависимости от типа выделяемого ресурса:
- с гарантированной скоростью передачи GBR (Guaranteed Bit Rate),
- не с гарантированной скоростью передачи Non-GBR.
На основе разработанной классификации составлена таблица требований к качественным показателям передач для трафика 9 разных классов (табл.3.2).
Надежность передачи оценивают по относительной величине непринятых пакетов PERL (Packet Error Loss Rate). Обеспечение величины PERL ≤ 10-6 возможно при доставке пакетов по протоколу TCP/IP. Отметим, что наивысшим приоритетом обладает сигнальный трафик. По умолчанию доставка TCP/IP трафика (чтение файлов из Интернета, E-mail, мультимедиа) непривилегированным пользователям идет по классу 9.
Таблица 3.2
|
QCI |
Тип ресурса |
Приоритет |
Задержка (мс) |
PERL |
Примеры услуг |
|
1 |
|
2 |
100 |
10-2 |
Телефония в реальном времени |
|
2 |
GBR |
4 |
150 |
10-3 |
Видеотелефония, видео в реальном времени |
|
3 |
|
3 |
50 |
10-3 |
Игры в реальном времени |
|
4 |
|
5 |
300 |
10-6 |
Видео с буферизацией |
|
5 |
|
1 |
100 |
10-6 |
Сигнализация (IMS) |
|
6 |
|
6 |
300 |
10-6 |
Видео с буферизацией, TPC/IP услуги для приоритетных пользователей |
|
7 |
Non-GBR |
7 |
100 |
10-3 |
Аудио, видео в реальном времени, интерактивные игры |
|
8 |
|
8 |
300 |
10-6 |
Видео с буферизацией, TPC/IPуслуги |
|
9 |
|
9 |
|
|
|
Коэффициент ошибок при приеме цифровых сигналов зависит от отношения сигнал/помеха. В большинстве случаев из-за множества и сложности процессов, формирующих помехи, их можно считать Гауссовыми. Тогда плотности вероятности приема двухпозиционного сигнала: “1” и “0”, описывают две гауссовские кривые (рис. 3.1).
Рис.3.1. К определению коэффициента ошибок
Вероятность ошибочного приема определяют заштрихованные площадки на рис.3.1. Математически коэффициент ошибок
(3.1)
где Ес ‒ энергия символа, N0 – спектральная плотность помехи.
Комплементарная (дополняющая) функция ошибок
,
где
‒
табулированная
функция ошибок.
Переходя
к мощности сигнала на входе приемника
Рс
в
полосе
,
вводя скорость передачи символовВ
и мощность помехи Pпом,
преобразуем (3.1) к виду
. (3.2)
Мощность сигнала на входе приемника
(3.3).
где Pперед – мощность переданного сигнала, L – потери на трассе. Обычно выражение (3.3) представляют в логарифмическом виде:
Рс (дБм) = Рперед(дБм) + k(дБ) – L(дБ) (3.4)
В классической теории распространения радиоволн на открытых трассах
L = ad2f2, (3.5)
где d – расстояние между базовой и мобильной станциями, f – рабочая частота. В реальных условиях при многолучевом распространении радиоволн плотности вероятности уровней сигнала и помехи распределены по логнормальному закону и распределение величины отношения сигнал/помеха aс/п(дБ) описывает выражение
.
(3.6)
В условиях многолучевого распространения радиоволн формула для расчета потерь на трассе приближается к следующей
L = bd4f2 (3.7)
Скорость передачи данных в радиоканале зависит от ширины полосы радиоканала П и от используемых модуляционно-кодирующих схем. Для приема без ошибок должно выполняться условие
Всимв (Мсимв/с) ≤ П (МГц) (3.8)
Скорость передачи данных рассчитывают по формуле
Винф = Всимв×log2(M) ×Rкода (3.9)
В (3.9) M – число символов в алфавите используемого сигнала, Rкода – скорость избыточного кодирования. В сетях 3G и 4G используют сигналы 2-ФМ, 4-ФМ, 8-ФМ (рис. 3.2), 16-КАМ (рис. 3.3) и 64-КАМ (рис.3.4).
Рис. 3.2. Сигнальные созвездия для М-ФМ
Сигналы 4-ФМ, 8-ФМ ,16-КАМ и 64-КАМ относятся к классу квадратурных сигналов:
,
(3.10)
где UI (inphase) – амплитуда синфазной составляющей,
UQ (quadrature) – амплитуда квадратурной составляющей.
Рис.3.3. Созвездие сигнала 16-КАМ
Рис. 3.4. Созвездие сигнала 64-КАМ
Произведем оценку предельных сквозных скоростей передачи данных в сетях разных стандартов при Rкода = 1.
GERAN. Полоса П = 0,2 МГц, модуляция 8-ФМ. В соответствии с (3.9)
Винф = 0,2 × 3 = 0,6 Мбит/с.
UMTS. Полоса П = 3,84 МГц, модуляция 16-КАМ (64-КАМ). В соответствии с (3.9)
Винф = 3,84 × 4 (6) = 14 (21) Мбит/с.
LTE. Полоса П = 18 МГц, модуляция 64-КАМ. В соответствии с (3.9)
Винф = 18 × 6 = 108 Мбит/с.