САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ
им. проф. М. А. БОНЧ-БРУЕВИЧА
Факультет: Радиосвязи, телевидения и мультимедийных технологий (РС, ТВ и МТ) Кафедра: Радиопередающих устройств и средств подвижной связи (РПдУ и СПС)
Магистерская диссертация
на тему:
«Исследование методов повышения пропускной способности в сетях UMTS»
Выполнил студент гр. Р714м |
Аль-амери Х. А. |
Руководитель доцент кафедры РПдУ и СПС |
Никитина А. В. |
Санкт-Петербург
2013
1
Цель и задачи диссертационной работы
•Цель: повышение пропускной способности в сетях UMTS.
•Задачи:
Анализ существующих методов повышения пропускной способности в сетях UMTS;
Выбор метода расчета пропускной способности в сетях UMTS;
Выбор критериев эффективности методов повышения пропускной способности в сетях UMTS;
Оценка эффективности методов повышения пропускной способности при помощи имитационного моделирования в среде MATLAB.
2
Основные технические характеристики стандарта UMTS
Метод радиодоступа
Синхронизация базовой станции
Скорость передачи чипов Сетка частот, кГц
Ширина частотного канала, МГц
Максимальная мощность передатчика МС, дБм
Максимальная мощность передатчика БС, дБм
Коэффициент расширения Одночастотный хэндовер
Межчастотный хэндовер
Модуляция данных |
Downlink |
|
Uplink |
||
|
||
Скремблирующий код, мс |
||
Длина расширяющего кода |
||
Длина кадр, мс |
||
Суперкадр, мс |
||
Управление |
Скорость, кбит/с |
|
мощностью |
Шаг упр., дБ |
|
DS-CDMA FDD 
DS-CDMA TDD Асинхронная работа
3,84 Мчип/с
200
5
24
43
1-512 SHO
HHO с сжатием на передаче 
HHO
QPSK
BPSK 10
1 символ
10
720
1.6
1
3
Методы повышения пропускной способности
•Структурно-функциональные (жесткие) методы:
Изменение состава оборудования; Применение речевых кодеков AMR; Оптимизация транспортной сети; Применение многоантенных систем МІМО; Повышение энергетики радиолинии; Использование большего числа несущих;
•Параметрические (мягкие) методы :
Динамическое планирование сети; Распределение ресурсов радиосети; Перераспределение трафика;
Управление качеством обслуживания (QoS);
4
Метод применения речевых кодеков AMR
Режимы речевого кодека
AMR
Индекс |
Содержание фрейма |
Класс А |
Класс B |
Класс C |
фрейма |
(Режим AMR, комфортный шум и др.) |
биты |
биты |
биты |
0 |
AMR 4.75 Кбит/с |
42 |
53 |
0 |
1 |
AMR 5.15 Кбит/с |
49 |
54 |
0 |
2 |
AMR 5.90 Кбит/с |
55 |
63 |
0 |
3 |
AMR 6.70 Кбит/с |
58 |
76 |
0 |
4 |
AMR 7.40 Кбит/с |
61 |
87 |
0 |
5 |
AMR 7.95 Кбит/с |
75 |
84 |
0 |
6 |
AMR 10.2 Кбит/с |
65 |
99 |
40 |
7 |
AMR 12.2 Кбит/с |
81 |
103 |
60 |
8 |
AMR SID |
- |
- |
- |
9 |
GSM EFR SID |
- |
- |
- |
10 |
TDMA EFR SID |
- |
- |
- |
11 |
PDC EFR SID |
- |
- |
- |
12-14 |
Future usage |
- |
- |
- |
15 |
No data to transmit/receive |
- |
- |
- |
5
Метод распределения ресурсов радиосети |
|||||||||||
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Eb/N0 BS1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Eb/N0 BS2 |
|
|
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Eb/N0 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
0.2 |
0.4 |
0.6 |
0.8 |
1 |
1.2 |
1.4 |
1.6 |
1.8 |
2 |
|
|
|
|
|
|
d, Km |
|
|
|
|
|
Eb / N0
6
Методика расчета пропускной способности
Параметр
1 Коэффициент нагрузки
2 Увеличение помех
3Предельная
пропускная
способность
Восходящий канал |
Нисходящий канал |
|
||||||||||||||||||||
N |
|
1 |
|
|
|
|
|
N |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
UL |
|
|
|
|
|
|
|
(1 i) |
DL |
|
|
|
|
|
|
|
|
(1 i) |
||||
|
|
|
W |
|
|
|
|
|
|
W |
|
|
||||||||||
k 1 1 |
|
|
|
|
|
|
|
k 1 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
p |
R |
v |
|
|
p |
R |
v |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
i |
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
i |
|
|
|
|
|
|
||
Noise _ Rise |
|
1 |
|
Noise _ Rise |
|
1 |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
1 |
|
1 |
DL |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
UL |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NпрUL (1 |
|
Gобр |
1) (1 |
i) |
NпрDL (1 |
|
|
Gобр |
1) (1 |
|
i) |
|||||||||||
(Eb / N0 ) |
|
|
||||||||||||||||||||
|
(Eb / N0 ) |
|||||||||||||||||||||
|
|
v |
|
|
|
v |
|
|
|
|||||||||||||
7
Оценка пропускной способности соты при использовании AMR-кодека
1 |
|
|
|
|
|
|
|
0.7 |
|
|
|
|
|
|
|
0.9 |
|
|
|
|
AMR 12.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
AMR 12.2 |
|
|
|
|
|
AMR 7.4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
AMR 7.4 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
0.6 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
AMR 4.75 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
AMR 4.75 |
|
||
0.8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.7 |
|
|
|
|
|
|
|
0.5 |
|
|
|
|
|
|
|
0.6 |
|
|
|
|
|
|
|
0.4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.4 |
|
|
|
|
|
|
|
0.3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.3 |
|
|
|
|
|
|
|
0.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.1 |
|
|
|
|
|
|
|
0.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
0 |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
16 |
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
AMR |
12.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
AMR 12.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
AMR |
7.4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
AMR 7.4 |
|
14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
AMR |
4.75 |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
AMR 4.75 |
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
35 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
8 15 |
Оценка пропускной способности соты при изменении состава оборудования
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.9 |
|
|
|
|
|
|
|
Sexsector |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Threesector |
|
|
||
0.8 |
|
|
|
|
|
|
|
Twosector |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
|
10 |
|
20 |
30 |
|
40 |
|
50 |
60 |
16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Twosector |
|
|
14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Threesector |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Sexsector |
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
45 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
0.8 
Open country
0.7 
Suburb
City
Dense buildings
0.6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
|
10 |
|
20 |
30 |
|
40 |
50 |
|
60 |
|
13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Open country |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Suburb |
|
|
||
11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
City |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Dense buildings |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
Оценка пропускной способности соты при изменении параметров хэндовера
L1 L2
C1 C2
где L1, L2 - нагрузка на БС1 и БС2 соответственно (Эрл);
C1,C2 - емкость сот БС1 и БС2 (Эрл).
Nаб |
L, Эрл. |
1 |
0,02 |
2 |
0,04 |
3 |
0,06 |
4 |
0,08 |
5 |
0,10 |
6 |
0,12 |
7 |
0,14 |
8 |
0,16 |
9 |
0,18 |
10 |
0,20 |
11 |
0,22 |
12 |
0,24 |
13 |
0,26 |
14 |
0,28 |
15 |
0,30 |
10