реф. Исследование методов повышения пропускной способности в сетях UMTS
.pdfЗАКЛЮЧЕНИЕ
Вмагистерской диссертации были получены следующие результаты:
Выполнен анализ существующих методов повышения пропускной способности в сетях UMTS;
Кратко описана методика расчета пропускной способности в сетях
UMTS;
Проведена оценка эффективности методов повышения пропускной способности при помощи имитационного моделирования в среде
MATLAB;
Проведены основные критерии эффективности методов повышения пропускной способности в сетях UMTS;
Выполнен сравнительный анализ существующих методов повышения пропускной способности в сетях UMTS.
84
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1.Бабков В. Ю., Вознюк М. А., Михайлов П. А. Сети мобильной связи. Частотно-территориальное планирование. Учебное пособие для ВУЗов.
–М: Горячая линия – Телеком, 2007.
2.Holma H. and Toskala A. WCDMA for UMTS. Radio Access for Third Generation Mobile Communications. Third Edition. John Wiley & Sons Ltd.
–2004.
3.Волков А.Н., Аксенов СМ., Зорин Е.С. Оптимизация UTRA алгоритма мягкого хэндовера, ч.1// Электросвязь. – 2007. – № 10.
4.Волков А.Н., Аксенов СМ., Зорин Е.С. Оптимизация UTRA алгоритма мягкого хэндовера, ч.2// Электросвязь. – 2007. – № 10.
5.ETSI 3GPP TR 25.922 version 7.1.0 Release 7.
6.Волков А.Н., Рыжков А.Е., Сиверс М. А. UMTS стандарт сотовой связи третьего поколения 2008.
7.Singh N. P. Performance of Soft Handover Algorithm in Varied Propagation Environments– 2008.
8.Javier Sanchez & Mamadou Tnioune AMR Codec in UMTS – 2008.
9.Кузнецов М. А., Рыжков А. Е. Современные технологии и стандарты подвижной связи – СПб - 2006.
10.Werner M., Vary P. Speech quality improvement in UMTS mode switching
–2008.
11.Yue Chen, Soft Handover Issues in Radio Resource Management for 3G WCDMA Networks – Department of Electronic Engineering Queen Mary, University of London - 2003.
12.ETSI 3GPP TR 25.331 version 7.4.0 Release 7.
13.Esmael D. & Aleksey K. & Sam K., UMTS Radio Interface System Planning and Optimization - 2002.
14.M. C. Fernandez, "Calculation of Soft Handoff Gain for UMTS", 3G Mobile Communication Technologies IEE, PP 42-46, 2002.
85
15.Гультяев А. Визуальное моделирование в среде MatLab. СПБ: Питер,
2000.
16.Kwon Y. W. The Finite Element Method Using MATLAB. – Boca Raton A. O. CRC Press, 1997.
17.Мэтьюз Дж. Г. Численные методы. Использование MATLAB, 2001.
18.J. E. R. Lima, "Comparative Study of Fade Margins with Hard and Soft Handoff in CDMA based Microcellular Systems", IEEE Transaction on Vehicular Communications, 2009.
19.3GPP TS 25.101 version 5.2.0 Release 5.
20.Ногин В.Д. Принятие решений в многокритериальной среде:
количественный подход. 2-е изд., испр. и доп. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. 176 с.
86
|
|
|
|
|
|
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 |
|
|
|
Основные термины сокращения |
|
||||
3GGP |
The 3rd Generation Partnership Project - объединение по разработке стандартов мобильной |
||||||
|
связи 3-го поколения |
|
|
|
|
|
|
16QAM |
16-Quadrature Amplitude Modulation - 16-позиционная квадратурная амплитудная модуляция |
||||||
64QAM |
64-Quadrature Amplitude Modulation - 64-позиционная квадратурная амплитудная модуляция |
||||||
БС |
Базовая станция |
|
|
|
|
|
|
МС |
Мобильная станция |
|
|
|
|
|
|
ЧНН |
час наибольшей нагрузки |
|
|
|
|
|
|
AMR |
Adaptive Multi-Rate - адаптивный многоскоростной |
|
|
|
|||
AMR-FR |
Adaptive Multi-Rate Full Rate - адаптивный многоскоростной – полная скорость |
|
|||||
AMR-HR |
Adaptive Multi-Rate Half Rate - адаптивный многоскоростной – половинная скорость |
||||||
ACELP |
Algebraic code-excited linear prediction - алгебраическое кодирование и линейное |
||||||
|
предсказание |
|
|
|
|
|
|
BER |
Bit Error Rate - коэффициент ошибок по битам |
|
|
|
|
||
BLER |
Block Error Rate - коэффициент ошибок блока |
|
|
|
|
||
BPSK |
Binary Phase-Shift Keying - двоичная фазовая манипуляция |
|
|
|
|||
CDMA |
Code Division Multiple Access - многостанционный доступ с кодовым разделением каналов |
||||||
CPICH |
Common Pilot Channel - общий контрольный канал |
|
|
|
|||
DTX |
Discontinuous Transmission - прерывистая передача (речи) |
|
|
|
|||
EDGE |
Enhanced Data rate for GSM Evolution - повышенная скорость передачи данных для |
||||||
|
эволюции GSM |
|
|
|
|
|
|
eNB |
базовая станция стандарта UMTS/LTE |
|
|
|
|
||
EFR |
Enhanced Full Rate (channel) полноскоростной канал повышенной эффективности |
|
|||||
ETSI |
European |
Telecommunication |
Standards |
Institute |
- |
европейский |
институт |
|
телекоммуникационных стандартов |
|
|
|
|
|
|
FDD |
Frequency Division Duplex - дуплексный режим передачи с частотным разделением каналов |
||||||
FL |
Factor Load |
- коэффициент нагрузки |
|
|
|
|
|
GERAN |
GSM/EDGE Radio Access Network |
- сеть радиодоступа GSM с поддержкой технологии |
|||||
|
EDGE |
|
|
|
|
|
|
GSM |
Global System for Mobile Communications - глобальная система мобильной связи |
|
|||||
HHO |
Hard Handover - жесткий хэндовер |
|
|
|
|
|
|
HSPA |
High Speed Packet Access - высокоскоростная пакетная передача данных |
|
|||||
HSDPA |
High Speed Downlink Packet Access - высокоскоростная пакетная передача данных |
|
|||||
IMS |
IP Multimedia Subsystem - подсистема предоставления мультимедийных услуг на основе |
||||||
|
протоколов IP |
|
|
|
|
|
|
ISDN |
Integrated Service Data Network - цифровая сеть с интеграцией услуг |
|
|||||
LTE |
Long Term Evolution - долговременная эволюция: стандарт пакетной сотовой связи 4G E- |
||||||
|
UTRAN |
|
|
|
|
|
|
MAC |
Medium Access Control - управление доступом к среде передачи данных (подуровень DL) |
||||||
MGW |
Media gateway - медиашлюз |
|
|
|
|
|
87
MIMO |
Multiple Input Multiple Output - технология передачи данных с помощью N антенн и их |
||||||
|
приема M антеннами |
|
|
|
|
|
|
MMS |
Multimedia Messaging Service - служба мультимедийных сообщений |
|
|||||
MTP3 |
Message Transfer Point 3 - подсистема (часть) передачи сообщений номер 3 |
|
|||||
NR |
Noise rise - увеличение помех |
|
|
|
|
||
OFDM |
Orthogonal Frequency Division Multiplexing - технология мультиплексирования с |
||||||
|
ортогональным частотным разделением каналов |
|
|
|
|||
QoS |
Quality of Service - качество обслуживания |
|
|
|
|
||
QPSK |
Quadrature Phase Shift Keying – квадратурная фазовая манипуляция |
|
|||||
RNK |
Radio Network Controller - контроллер базовых станций в UTRAN |
|
|||||
RSCP |
Received signal code power - мощность кода принимаемого сигнала |
|
|||||
SCH |
Shared Channel – транспортный канал с разделением пользователей |
|
|||||
SID |
Silence Descriptor - дескриптор молчания |
|
|
|
|
||
SF |
Spreading factor - коэффициент расширения спектра |
|
|
|
|||
SHO |
Soft handover – мягкий хэндовер |
|
|
|
|
||
SDMA |
space division multiple access - многостанционный доступ с пространственным разделением |
||||||
|
каналов |
|
|
|
|
|
|
SS7 |
Signaling System 7 – система сигнализации №7 |
|
|
|
|
||
SID |
дескриптора молчания |
|
|
|
|
|
|
TDD |
дуплекс с временным разделением направлений |
|
|
|
|||
UMTS |
Universal |
Mobile |
Telecommunications |
System |
– |
универсальная |
мобильная |
|
телекоммуникационная система |
|
|
|
|
||
UTRAN |
Universal Terrestrial Radio Access Network - наземная сеть радиодоступа стандарта UMTS |
||||||
VAD |
voice activity detector - |
детектор активности речи |
|
|
|
||
VoIP |
Voice over IP - интернет телефония |
|
|
|
|
||
WCDMA |
широкополосный множественный доступ с кодовым разделением каналов |
|
|||||
WiMAX |
Worldwide Interoperability for Microwave Access - общемировая совместимость |
||||||
|
широкополосного беспроводного доступа |
|
|
|
|
||
WiFi |
Wireless Fidelity - беспроводная Точность |
|
|
|
|
88
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
%=========================================================================
Оценка пропускной способности соты при использовании AMR-кодека в восходящем канале
==============================================================
% Исходные данные |
|
|
|
|
|
|
|
ebn0 = 5; |
% |
отношение Eb/N0 |
|
|
|
|
W = 3840; |
% |
чиповая скорость |
в сети UMTS |
|
|
|
R1 = 12.2; |
% |
скорость передачи речи AMR 12.2 |
|||
|
R2 = 7.4; |
% |
скорость передачи речи AMR 7.4 |
|||
|
R3 = 4.75; |
% |
скорость передачи речи AMR 4.75 |
|||
|
N = 0:5:50; |
% |
число пользователей в соте |
|
||
|
v = 0.67; |
% |
коэффициент активности абонентов |
|||
|
i = .55; |
% |
отношение помех от других сот |
|
||
% Расчет коэффициента |
нагрузки и увеличения помех |
при AMR 12.2 |
||||
figure(1); |
|
|
|
|
|
|
qul1 = (ebn0./(W./R1)).*N.*v.*(1+i); % |
коэффициент нагрузки UL |
|||||
NR1 = |
1./(1-qul1); |
|
|
% |
увеличение помех |
|
NRdb1 |
= -10*log10(1-qul1); |
% |
увеличение помех в дБ |
|||
plot (N,NRdb1,'*g-','LineWidth',2) |
|
|
|
|||
hold on; |
|
|
|
|
|
|
% Расчет коэффициента |
нагрузки и увеличения помех |
при AMR 7.4 |
||||
qul2 = (ebn0./(W./R2)).*N.*v.*(1+i); % |
коэффициент нагрузки UL |
|||||
NR2 = |
1./(1-qul2); |
|
|
% |
увеличение помех |
|
NRdb2 |
= -10*log10(1-qul2); |
% |
увеличение помех в дБ |
|||
plot (N,NRdb2,'*r-','LineWidth',2) |
|
|
|
|||
hold on; |
|
|
|
|
|
|
% Расчет коэффициента |
нагрузки и увеличения помех |
при AMR 4.75 |
||||
qul3 = (ebn0./(W./R3)).*N.*v.*(1+i); % |
коэффициент нагрузки UL |
|||||
NR3 = |
1./(1-qul3); |
|
|
% |
увеличение помех |
|
NRdb3 |
= -10*log10(1-qul3); |
% |
увеличение помех в дБ |
|||
plot (N,NRdb3,'*b-','LineWidth',2) |
|
|
|
|||
grid on; |
|
|
|
|
|
|
legend('AMR 12.2','AMR 7.4', 'AMR 4.54'); |
|
|||||
xlabel('No. of AMR users'); |
|
|
|
|||
ylabel('UL Noise Rise(dB)'); |
|
|
|
|||
title('UL Noise Rise vs. number of AMR |
users'); |
|
89
% Расчет предельной пропускной способности при различных скоростях AMR
clc |
|
|
|
|
|
format |
short |
|
|
|
|
% Исходные данные |
|
|
|
||
ebn01 =0:1:15;% |
отношение Eb/N0 |
|
|||
W |
= 3840; |
% |
чиповая скорость в сети UMTS |
||
R1 |
= 12.2; |
% |
скорость передачи речи |
AMR 12.2 |
|
R2 |
= 7.4; |
% |
скорость передачи речи |
AMR 12.2 |
|
R3 |
= 4.75; |
% |
скорость передачи речи |
AMR 12.2 |
|
v |
= 0.67; |
% |
коэффициент активности |
абонентов |
|
i |
= .55; |
% |
отношение помех от других сот |
% Расчет выигрыша от обработки при различных скоростях AMR
Gop1 = 10*log10(W./R1); |
% выигрыша от обработки |
AMR 12.2 |
|||
Gop2 = 10*log10(W./R2); |
% выигрыша |
от |
обработки |
AMR |
7.4 |
Gop3 = 10*log10(W./R3); |
% выигрыша |
от |
обработки |
AMR |
4.75 |
% Расчет предельной пропускной способности при |
различных |
скоростях AMR figure (1)
Npr1 = (1+(Gop1./(ebn01.*v))).*(1+i); %пропускная способность AMR 12.2
Npr12 = (1+(Gop2./(ebn01.*v))).*(1+i); %пропускная способность AMR 7.4
Npr13 = (1+(Gop3./(ebn01.*v))).*(1+i); %пропускная способность AMR 4.75
%plot(ebn01,Npr1,'b*-','LineWidth',2)
plot(ebn01,Npr1,'r*-',ebn01,Npr12,'b*-',ebn01,Npr13,'g*- ','LineWidth',2)
legend('AMR 12.2','AMR 7.4', 'AMR 4.75'); grid
title('Number of connections vs. Eb/N0'); xlabel('Eb/N0 , dB');
ylabel('Number of connections');
90
% ==========================================================================
Оценка пропускной способности соты при использовании AMR-кодека в нисходящем канале
==============================================================
% Исходные |
данные |
|
|
|
|
ebn0 |
= 5; |
% отношение Eb/N0 |
|
|
|
W = 3840; |
% чиповая скорость в сети UMTS |
||||
R1 |
= |
12.2; |
% скорость передачи речи |
AMR |
12.2 |
R2 |
= |
7.4; |
% скорость передачи речи |
AMR |
7.4 |
R3 |
= |
4.45; |
% скорость передачи речи |
AMR |
4.75 |
N = 0:5:50; |
% число пользователей в соте |
|
|||
v = 0.67; |
% коэффициент активности |
абонентов |
|||
i = 0.55; |
% отношение помех от других сот |
||||
fj = |
.6; |
% коэффициент ортогональности |
|
% Расчет коэффициента нагрузки и увеличения помех при AMR 12.2 figure(1);
qul1 = (ebn0./(W./R1)).*N.*(1-fj+i); % коэффициент нагрузки DL
NR1 = 1./(1-qul1); |
% |
увеличение |
помех |
|
|
NRdb1 = -10*log10(1-qul1); |
% |
увеличение |
помех |
в дБ |
|
plot |
(N,NRdb1,'*g-','LineWidth',2) |
|
|
|
|
hold |
on; |
|
|
|
|
% Расчет коэффициента нагрузки и увеличения помех при AMR 7.4 qul2 = (ebn0./(W./R2)).*N.*(1-fj+i); % коэффициент нагрузки DL
NR2 = 1./(1-qul2); |
% |
увеличение |
помех |
|
|
NRdb2 = -10*log10(1-qul2); |
% |
увеличение |
помех |
в дБ |
|
plot |
(N,NRdb2,'*r-','LineWidth',2) |
|
|
|
|
hold |
on; |
|
|
|
|
% Расчет коэффициента нагрузки и увеличения помех при AMR 4.75 qul3 = (ebn0./(W./R3)).*N.*(1-fj+i); % коэффициент нагрузки DL
NR3 = 1./(1-qul3); |
% |
увеличение |
помех |
|
|
NRdb3 = -10*log10(1-qul3); |
% |
увеличение |
помех |
в дБ |
|
plot |
(N,NRdb3,'*b-','LineWidth',2) |
|
|
|
|
grid |
on; |
|
|
|
|
legend('AMR 12.2','AMR 7.4', 'AMR 4.54');
xlabel('No. of AMR users'); ylabel('UL Noise Rise(dB)');
title('UL Noise Rise vs. number of AMR users');
91
% Расчет предельной пропускной способности при различных
скоростях AMR
clc
format short
% Исходные |
данные |
|
|
|
|
ebn01 =0:1:15;% |
отношение Eb/N0 |
|
|||
W = 3840; |
% |
чиповая скорость в сети UMTS |
|||
R1 |
= |
12.2; |
% |
скорость передачи речи |
AMR 12.2 |
R2 |
= |
7.4; |
% |
скорость передачи речи |
AMR 12.2 |
R3 |
= |
4.75; |
% |
скорость передачи речи |
AMR 12.2 |
v = 0.67; |
% |
коэффициент активности |
абонентов |
||
i = .55; |
% |
отношение помех от других сот |
|||
f = .67; |
% |
коэффициент ортогональности |
% Расчет выигрыша от обработки при |
различных скоростях AMR |
||||||
Gop1 = 10*log10(W./R1); |
% |
выигрыша от обработки AMR 12.2 |
|||||
Gop2 |
= |
10*log10(W./R2); |
% |
выигрыша |
от |
обработки |
AMR 7.4 |
Gop3 |
= |
10*log10(W./R3); |
% |
выигрыша |
от |
обработки |
AMR 4.75 |
% Расчет предельной пропускной способности |
при различных скоростях AMR |
figure (1) |
|
Npr1 = (1+(Gop1./(ebn01.*v))).*(1-f+i); % |
пропускная способность AMR 12.2 |
Npr12 = (1+(Gop2./(ebn01.*v))).*(1-f+i); % |
пропускная способность AMR 7.4 |
Npr13 = (1+(Gop3./(ebn01.*v))).*(1-f+i); % |
пропускная способность AMR 4.75 |
%plot(ebn01,Npr1,'b*-','LineWidth',2) |
|
plot(ebn01,Npr1,'r*-',ebn01,Npr12,'b*-',ebn01,Npr13,'g*-…','LineWidth',2) grid
legend('AMR 12.2','AMR 7.4', 'AMR 4.75');
title('Number of connections vs. Eb/N0'); xlabel('Eb/N0 , dB');
ylabel('Number of connections');
92
% ==========================================================================
Оценка пропускной способности соты при изменении состава оборудования в восходящем канале
==============================================================
Исходные |
данные |
|
|
ebn0 |
= 5; |
% отношение Eb/N0 |
|
W = 3840; |
% чиповая скорость в сети UMTS |
||
R = 12.2; |
% скорость передачи речи AMR |
||
N = 0:5:60; |
|
||
v = 0.67; |
% коэффициент активности абонентов |
||
i1 |
= |
.15; |
% отношение помех для пикосота |
i2 |
= |
.3; |
% отношение помех для микросота |
i3 |
= |
.45; |
% отношение помех для макросот |
% Расчет коэффициента нагрузки и увеличения помех для пикосота figure(1);
qul1 = (ebn0./(W./R)).*N.*v.*(1+i1); % коэффициент нагрузки UL
NR1 = 1./(1-qul1); |
% |
увеличение |
помех |
|
|
NRdb1 = -10*log10(1-qul1); |
% |
увеличение |
помех |
в дБ |
|
plot |
(N,qul1,'*g-','LineWidth',2) |
|
|
|
|
hold |
on; |
|
|
|
|
% Расчет коэффициента нагрузки и увеличения помех микросота
qul2 = (ebn0./(W./R)).*N.*v.*(1+i2); % коэффициент нагрузки UL
NR2 = 1./(1-qul2); |
% |
увеличение |
помех |
|
|
NRdb2 = -10*log10(1-qul2); |
% |
увеличение |
помех |
в дБ |
|
plot |
(N,qul2,'*r-','LineWidth',2) |
|
|
|
|
hold |
on; |
|
|
|
|
% Расчет коэффициента нагрузки и увеличения помех для макросота qul3 = (ebn0./(W./R)).*N.*v.*(1+i3); % коэффициент нагрузки UL
NR3 = 1./(1-qul3); |
% |
увеличение |
помех |
|
|
NRdb3 = -10*log10(1-qul3); |
% |
увеличение |
помех |
в дБ |
|
plot |
(N,qul3,'*b-','LineWidth',2) |
|
|
|
|
grid |
on; |
|
|
|
|
legend('Picocell','Microcell', 'Macrocell'); xlabel('No. of users');
ylabel('Load FactorUL (dB)');
93