1. Выбор метода расчета пропускной способности в сетях UMTS;

2. Анализ существующих методов повышения пропускной способности в сетях UMTS;

3. Выбор критериев эффективности методов повышения пропускной способности в сетях umts;

4. Оценка эффективности методов повышения пропускной способности при помощи имитационного моделирования в среде matlab.

2. Анализ методов повышения пропускной способности сети umts

2.1. Применение речевого кодека amr

Многоскоростной речевой кодер (AMR - Adaptive Multi-Rate) – это единый интегрированный речевой кодек с восемью исходными скоростями: 12‚2; 10‚2; 7‚40 (IS-641); 6‚70 (PDS-EFR); 5‚90; 5‚15 и 4‚75 Кбит/с [8].

При использовании AMR кодека можно увеличить пропускную способность при передаче речи в UMTS за счет использования более низкой скорости передачи. Общее число переданных бит пользователя не увеличивается при использовании более низких скоростей передачи AMR – увеличивается число соединений, хотя скорость передачи в битах на пользователя уменьшается. Кодек AMR позволяет создать компромисс между пропускной способностью при передаче речи и качеством в соответствии с потребностями оператора.

Скорости передачи в AMR управляются сетью радиодоступа и не зависят от речевой активности абонента. Для облегчения совместимости с существующими сотовыми системами некоторые из режимов выбраны такими же, что и у существующих сотовых сетей. Речевой кодек AMR со скоростью передачи 12‚2 Кбит/с соответствует кодеку EFR в GSM, со скоростью передачи 7‚4 Кбит/с соответствует речевому кодеку US-TDMA, а со скоростью передачи 6‚7 Кбит/с – Японскому кодеку PDS. Речевой кодер AMR может по команде производить переключение своей скорости передачи в каждом речевом фрейме (кадре) длительностью 20 мс. Для переключения режима AMR выбраны два способа: управление по каналам сети или с использованием выделенного канала.

Кодер AMR работает с речевыми фреймами длительностью 20 мс, что соответствует 160 выборкам при частоте 8000 выборок в секунду. Схема режимов многоскоростного кодирования показано на рис. 2.1. представляет собой так называемый алгебраический метод кодирования и линейного предсказания Algebraic code-excited linear prediction  (ACELP). Многоскоростной кодер ACELP называется MR-ACELP. За каждые 20 мс (160 речевых выборок) речевой сигнал анализируется для извлечения параметров модели CELP (коэффициентов фильтра с линейным предсказанием, адаптивных и фиксированных индексов кодировочной книги и коэффициентов усиления). Биты с параметрами речи, переданные кодирующим устройством речи, перераспределяются в соответствии с их субъективной важностью перед тем, как они передаются по сети.

Фрейм AMR

заголовок

Тип фрейма (4 бита)

Индикатор качества фрейма (1 бит)

дополнительная информация (для режима адаптации и обнаружение ошибок)

Режим запроса (3 бита)

Режим индикации (3 бита)

Значение CRC (8 бита)

Основная часть (речь или комфортный шум)

Класс А

Класс B

Класс C

Рис. 2.1. Структура кадра AMR

Структура кадра AMR показана на рис. 2.1.  Кадра AMR включает три основные части: заголовок, дополнительная информация и основная часть. Заголовок содержит тип фрейма и поле индикатора качества фрейма, который указывает на качество. Тип фрейма указывает использование одного из восьми режимов кодека AMR для этого фрейма, шумовой фрейм или пустой фрейм. Дополнительная информация включает в себя режим запроса, режим индикации и значение CRC.

Характеристики режимов работы AMR – кодеков приведены в таблице 2.1. Режимам AMR с 0 по 7 назначены восемь различных скоростей передачи. Режимы AMR с 8 по 11 применяются для передачи различных типов дескриптора молчания (SID), которые используются для построения кадров комфортного шума. Режимы AMR 12 - 14 зарезервированы для будущего использования, а режим AMR 15 не предназначен для передачи и приема данных [8].

Таблица 2.1

Режимы речевого кодека AMR

Индекс фрейма	Содержание фрейма (Режим AMR, комфортный шум и др.)	Класс А биты	Класс B биты	Класс C 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	-	-	-

Перераспределенные биты затем сортируются с учетом их восприимчивости к ошибкам и делятся на три класса по их важности: A, B и C. Класс А является наиболее уязвимым и в радиоинтерфейсе используется самое мощное канальное кодирование для битов класса А.

Во время обычного телефонного разговора его участники говорят попеременно, так что в среднем каждое направление передачи занято около 50% времени. У AMR имеется три основных функции для эффективного использования прерывистой занятости:

• Детектор речевой активности (VAD - voice activity detector) на передающей стороне

• Оценка фонового акустического шума на передающей стороне для того, чтобы передавать характеристические параметры приемной стороне

• Передача комфортного шумового фона на приемную сторону, что достигается посредством фрейма Дескриптора тишины, который посылается через одинаковые промежутки времени

• Генерация (воспроизведение) комфортного шума на приемной стороне в периоды, когда не принимаются нормальные речевые фреймы.

Система прерывистой передачи речи (DTX) имеет некоторые очевидные положительные стороны: в пользовательском терминале продлевается срок жизни батареи или же при заданной длительности работы может использоваться батарея с меньшей емкостью. Если смотреть с позиции сети, то уменьшается требующаяся скорость передачи битов, что ведет к снижению уровня помех, а, следовательно, к повышению пропускной способности.

Спецификация AMR также содержит механизмы складывания ошибок. Замена фрейма имеет целью скрыть (ослабить) влияние речевых фреймов AMR. Заглушение выходного сигнала при потере нескольких фреймов производится для того, чтобы показать нарушение канала пользователю и избежать возможного возникновения раздражающих звуков в результате процедуры замены фреймов [8]. Речевой кодек AMR может выдерживать вероятность появления ошибок фрейма (FER) для битов класса A до 1% без ухудшения качества речи. Для битов классов B и C допускается более высокое значение FER. Соответствующий коэффициент битовых ошибок (BER) для битов класса A будет около 10^‾4.

Скорость передачи для речевого соединения AMR может управляться с помощью сети радиодоступа в зависимости от нагрузки радиоинтерфейса и качества речевых соединений. При большой нагрузке, например, в ЧНН, можно использовать более низкие скорости передачи битов AMR для повышения пропускной способности за счет некоторого снижения качества речи. Кроме того, если подвижный объект вышел из зоны обслуживания сети и использует максимальную мощность передачи, то может использоваться меньшая скорость передачи AMR для расширения зоны охвата сети. При использовании речевого кодека AMR возможно достижение компромисса между пропускной способностью, зоной охвата и качеством речи в соответствии с требованиями оператора.

Рис. 2.2. Режим кодека AMR при управлении во время разговора