реф. Исследование методов повышения пропускной способности в сетях UMTS

Рис. 2.7. Расположение МС в соте

Теоретически источниками интерференции между сотами являются все БС, находящиеся вокруг обслуживающей. В моделируемой системе рассматриваются только БС, попавшие в первый и второй ряды окружения

(рис. 2.7.), так как принимаемая энергия от БС, находящихся далее второго ряда окружения, пренебрежимо мала. В первый и второй ряд окружения входят 18 БС (рис. 2.7.).

Рис. 2.8. Структура кластера сети UMTS

Из выражения (2) видно, что интерференция внутри соты зависит от

расстояния до обслуживающей БС – r1 , но не зависит от 1 . Интерференция

между сотами зависит не только от r1 , но и от 1 , т.к. расстояние от МС до

БС (например, БСi) – ri является функцией r1 и 1 (4). 44

где R – радиус соты.

Очевидно, что интерференция в нисходящем канале тесно связана с местоположением МС. Предполагая, что загруженность системы постоянна

во времени и общая излучаемая мощность всех БС одинакова и равна PT ,

выражение (3) можно записать в следующем виде:

где величина χ показывает отношение inter-cell интерференции к общей излучаемой энергии БС. Очевидно, что χ зависит от положения МС. Для выбора траекторий движения МС при моделировании можно построить распределение χ в зависимости от местоположения МС внутри шестиугольной соты [4]. По осям х, у указывается местоположение МС, по оси z –распределены значения χ.

Интерференция между сотами зависит не только от дистанции r1 и

угла 1 , и что увеличение дисперсии нормального распределения медленных замираний увеличивает относительное значение интерференции между сотами.

2.2.2.4. Модель системы и движения МС

Для упрощения моделирования системы можно взять идеальную структуру сети как это показано в [4], состоящую из 19 макросот,

размерностью кластера один и одинаковой мощностью всех БС. Такая система представлена на рис. 2.9. Соты условно изображены в виде шестиугольников.

45

Рис. 2.9. Маршрут движения МС

Осуществим имитационное моделирование движения МС, проходящую через середину стороны соты. Примем условие, что при протяжении движения МС есть активное соединение с какой-либо БС. Результаты моделировании будут ведены в третей главе.

В качестве измеряемой величины для проверки выполнения условий хэндовера использовалось отношение Eb / N0 канала CPICH i-й БС на входе приемника МС без учета тепловых шумов в дБ:

где PCPICH – мощность канала CPICH в Вт, SF – коэффициент расширения спектра, υ – коэффициент активности.

Из рис. 2.10. понятно, что сеть с такой схемой построения является интерференционно-ограниченной по емкости, так как большую часть времени движения МС в соседнем наборе количество БС близко к максимально возможному (в соответствии с принятой моделью в соседнем наборе может быть максимум 18 сот). Но чем ближе к центру соты, тем сильнее мощность сигнала БС этой соты, и он подавляет сигналы от других,

46

поэтому минимальное количество БС в соседнем наборе будет соответствовать времени, когда МС находится вблизи какой-либо БС, а

максимальное – когда МС располагается на границах соты.

Назначение мощностей базовых станций тесно связано с местоположением МС и является очень важной процедурой в сетях CDMA.

Общая передаваемая БС мощность состоит из двух частей:

Первая - для нисходящих общих каналов управления – таких, как общий пилотный канал (CPICH -Common Pilot Channel) и канал синхронизации (SCH - Synchronization Channel);

Вторая - назначается для абонентов, как выделенные нисходящие каналы (dedicated downlink channels). Обычно мощность для общих каналов управления составляет около 20-30% от общей излучаемой БС мощности [2].

Для минимизации интерференции и расходования радио-ресурсов система старается выделить минимально возможную мощность на каждый выделенный канал для каждого пользователя в зависимости от требуемого

QoS. Чтобы управлять мощностью, для всех мобильных станций применяются отношения сигнал/шум Eb / N0 . Когда МС соединена с одной БС, для нее активен только один выделенный канал, но как только МС находится в статусе мягкого хэндовера, как минимум, две БС вовлекаются в процедуру управления мощностью.

Взяв за основу вышеописанную модель системы и траектории движения МС, можно рассчитать формулу необходимой мощности выделенного канала данных вниз.

Без мягкого хэндовера в каждый момент времени МС соединена только с одной i-й БС. Поэтому при приеме на МС величина определяется выражением:

j 1 j i

47

где W – чиповая скорость, R – скорость передачи информационных бит, ν –

коэффициент (доля времени) активности для данного типа услуги.

Таким образом, для поддержания требуемого качества обслуживания необходима мощность Ps [Вт] нисходящего канала в соответствии с формулой:

со значениями BER (Bit Error Rate – количество ошибочно принятых бит к общему числу переданных). Типовые значения ( Eb / N0 )t составляют: 5 дБ для речи, 1,5 дБ для услуг реального времени со скоростью 144 кбит/с, 1 дБ для услуг передачи данных со скоростью 384 кбит/с [19].

Когда МС находится в состоянии мягкого хэндовера, все БС в активном ряду должны особым образом назначать мощности для данного конкретного соединения с МС.

В случай хэндовера в двух и трех направлениях когда БC1 и БС2

являются обслуживающими, тогда на МС полезный сигнал от этих двух станций складывается. При этом могут использоваться различные схемы сложения сигналов, однако, проанализировав результаты предыдущих работ,

широко описанных в литературе, применим схему оптимального сложения сигналов. На приеме МС в этом случае величина Eb / N0 вычисляется, как

48

мощности для управления мощностью в процессе передачи – внешняя и внутренняя замкнутая петля. При хэндоверах МС всегда выполняет команды той БС, которая требует снижать мощность ее передатчика. Что касается БС,

то RNC устанавливает границы возможных изменений мощности отдельных каналов передачи.

Система управления мощностью применяется для уменьшения излучаемой мощности и стабилизации системы в целом. В идеальном случае

Таким образом, общая мощность в дБ, необходимая для поддержки этой МС, рассчитывается по следующей формуле:

49

Подобно анализу хэндовера в двух направлениях, для МС в состоянии мягкого хэндовера в трех направлениях, принимаемое как Еb/N0, равно:

Общая мощность, необходимая для обеспечения нужного качества обслуживания этой МС, сразу переведенная в дБ, составляет

Исходя из принципа уменьшения уровня интерференции в системе, за критерий оптимальности мягкого хэндовера можно принять минимум суммарной мощности выделенного канала передачи, который необходим МС для обеспечения надлежащего качества обслуживания.

50

2.3.Критерии эффективности методов повышения пропускной способности

1 - Пропускная способность.

Нехватка пропускной способности (емкости) приводит к блокированию вызовов, к обрывам при хэндовере БС, к ухудшению слышимости, снижению скорости передачи данных. Достаточность емкости особенно критична в местах большого скопления абонентов – в офисных центрах и ТРЦ, на площадях, стадионах.

2- Затраты на реализацию метода.

При выборе метода повышения пропускной способности необходимо

минимизировать финансовые затраты оператора. При использовании жестких методов увеличатся капитальные расходы (CAPEX), применение мягких методов позволит ограничиться операционными расходами (OPEX).

3 - Сложность реализации.

При оценке сложность реализации методов повышения пропускной способности необходимо учитывать трудоемкость монтажа и демонтажа нового оборудования, время на переоборудование сети, трудозатраты и компетентность технического персонала.

Баланс критериев: При выборе метода необходимо руководствоваться соображениями баланса критериев эффективности. Данный баланс может быть обеспечен за счет применения методов многокритериальной оптимизации.

51

2.4.Выводы

Проведенный анализ методов повышения пропускной способности в

сетях UMTS показывает что:

1. Применение речевого кодека AMR позволяет увеличить пропускную

способность сети UMTS за счет использования более низкой скорости

передачи, только для этого требуются финансовые затраты, чтобы установить многоскоростные речевые кодеки на базовых станциях а также на мобильных терминалах радиосети;

2. Внедрение речевых кодеков AMR в сети UMTS оборудование

позволяет осуществлять динамическое управление качеством передачи голоса и контроль ошибок для обеспечения приемлемого качества передачи голоса даже в плохих условиях, это приводит к увеличению пропускной

позволяет уменьшить среднюю общую мощность, необходимую для МС,

находящихся на границе сот и повышает количество, обслуживаемых пользователей, при этом финансовые затраты в отличие от метода применения речевых кодеков AMR ниже, так как требуется только перераспределение ресурсов радиосети;

4. Мягкий хэндовер позволяет уменьшить границы замирания сигнала отдельных соединений как в нисходящем, так и в восходящем каналах, а

также снижает ухудшения качества обслуживания QoS.

Во второй главе был выполнен анализ существующих методов повышения пропускной способности в сетях UMTS и определены критерии эффективности методов. Далее необходимо провести количественную оценку выигрыша в пропускной способности при использовании различных методов а также сравнить их эффективность.

52

3. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ

СПОСОБНОСТИ В СЕТЯХ UMTS

В UMTS все соты системы используют одну и ту же частоту, поэтому пропускная способность (емкость) данной системы ограничена помехами.

Следовательно, допустимая емкость системы не должна приводить к росту внутрисистемных помех выше заданного уровня.

3.1. Методика расчета пропускной способности

Задача расчета пропускной способности радиолиний это оценка максимальных допустимых одновременных соединений на трассе. Зная значение отношения Eb/N0, и используя подходящую модель распространения можно вычислить допустимых одновременных соединений.

Результатом расчета является максимальное количество разрешенных одновременных соединений (число пользователей) на трассе.

Основной параметр, использующийся в расчете, отношение Eb/N0

средней энергии бита к спектральной плотности шума. Требуемое отношение

Eb/N0 зависит от типа сервиса, скорости передвижения абонента и радиоканала.

суммарная мощность полученная от обслуживающей соты (исключая собственный сигнал); -суммарная мощность полученная от других сот;

α - коэффициент ортогональности; R - скорость передачи; W - полоса частотного канала; Pn – мощность шума.

Значения требуемого отношения Eb/N0 определено спецификациями

3GPP(3GPP 25.101) [19] для различных типов условий (типов радиоканала).

Данные требования c учетом параметров оборудования Nokia Flexi UMTS

BTS представлены в таблице 3.1:

53