ВКР_Разработка_Радиотрактов_BTS_Петренко_Ю.А

Динамическое распределение ресурсов (Dynamic Resource Allocation Scheduler) отвечает за планирование очередности передачи пакетов данных и поз-

воляет динамически выделять и перераспределять ресурсы сети радиодосту-

па, включая канальные ресурсы, мощность излучения базовых станций, ре-

сурсы буферизации и приоритет обработки пакетов данных с учетом пара-

метров QoS.

Протокол распределения ресурсов (RCP) плоскости управления C-Plane си-

стемы управления ресурсами (RRC)[9] обеспечивает:

Передачу информации поставщика в соответствие с протоколами,

относящимися к группам протоколов «уровня с доступом» (AccessStratum – AS) и «уровня без доступа» (Non – AccessStratum – NAS);

Обслуживаниеносимого устройства;

Установление, поддержание и закрытие служб передачи данных в радиоканале (Radio Bearers) типа «точка-точка» и «точка-

многоточка» в соответствие с заданными параметрами QoS;

Обеспечение мобильности абонентских носимых устройств.

Кроме того, системаRRC поддерживает выполнение ряда других функций.

Протокол сходимости пакетных данных (Packet Data Convergence Protocol – PDCP) плоскостей U-plane и C-plane обеспечивает устранение избыточности

(сжатие) служебной информации, объем которой может быть соизмерим с объемом полезной информации, передаваемой в пакетах данных, а также шифрование/дешифрование данных.

Протокол управления радиоканалом (Radio Link Control - RLC) производит:

Сегментацию и сборку информационных пакетов протоколов вы-

сокого уровня (Protocol Data Unit – PDU) переменной длины в блоки более низкого уровня (Packet Unit – PU); размер PUопреде-

ляется в зависимости от скорости передачи информации в канале;

Конкатенацию коротких пакетов PDU верхнего уровня;

31

Заполнение остатка поля данных блока PU, если объединениене представляется возможным;

Передачу данных пользователя с подтверждением и без подтвер-

ждения приема в соответствии с установленными оператором-

поставщиком настройками системы контроля качества обслужи-

вания QoS;

Исправление ошибок методом автоматического запроса на по-

вторную передачу (Automatic Repeat Request – ARQ) пакетов с ин-

формацией;

Сохранение на высоком уровне порядка доставки пакетов при пе-

редаче информации с подтверждением приема;

Обнаружение повторяющихся пакетов для однократной доставки их на высокий уровень;

Контроль скорости передачи информационных пакетов;

Досмотр и коррекция порядковых номеров пакетов данных.

2.2.Архитектура базовой сети EPC

Базовая сеть ЕРС [1, стр. 79 - 90, 9], содержит такие модули (узлы), как HSS, MME, S-GW, P-GW, PCRF, и является PS-доменом сети LTE, предоставляю-

щим голосовые и неголосовые услуги связи, к примеру доступ в Интернет,

передачу факсов и данных, а также передачу голоса через LTE (VoLTE). В

основу построения базовой сети ЕРС положена концепция «всё через IP/всё по Интернету» (all – IP или AIPNALL over IP Network) и возможность до-

ступа к сети ЕРС через сети мобильной сотовой связи второго и третьего по-

колений (сети UTRAN, GERAN, сети GSM 800/900/1800/1900 и т.п.) и через сети связи, не проектируемые и/или не принадлежащие 3GPP, например сети,

проектируемые организацией IEEE, напримерWi-Fi, WiMAX, а также через проводные сети связи, например, сети ADSL+, FTTH и другие. Эталонная ар-

32

хитектура [9] базовой сети ЕРС с указанием интерфейсов взаимодействия с внешними сетями показана на рисунке 1.3.

Рис. 2.2 – Архитектура базовой сети EPC

Рассмотрим функциональное назначение элементов (узлов) базовой сети ЕРС.

Домашний сервер базы данных пользователей HSS [9] (Home Subscriber Server) представляет собой базу данных обо всех активных абонентах сети. В ней

33

содержатся информационный профиль абонента (IMEI устройства и другие коды и номера, подключенные услуги, сумма на счете абонента и т.п.). Ин-

формация об абоненте поступает в HSS,как только он заключит договор с оператором-поставщиком услуг и последний подключит его к сети. Суще-

ствует два типа информации, содержащейся в информационных профилях базы данных HSS: постоянная и переменная.

Постоянная информация об абоненте никогда не меняется, кроме случаев об-

новления политик безопасности оператора-поставщика, пересмотра условий контракта и изменения личных идентификационных данных клиента. Посто-

янная информация об абоненте содержит следующую основную информа-

цию:

Международный идентификатор абонента мобильной связи IMSI,

который однозначно идентифицирует абонента сети;

Мобильный международный номер абонента в сети ISDN – номер

MSISDN;

Данные о роуминге;

Остаток средств на счете (баланс счета);

Перечень и параметры доступных услуг связи;

Ключи аутентификации и шифрования.

Переменная информация об абоненте содержит данные о регистрации и те-

кущем местонахождении абонентского устройства, об обслуживающем узле управления мобильностью MME, переменные идентификаторы абонента

(GUTI, GUMMEI, M- TMSI, S- TMSI).

Домашний сервер базы данных пользователей HSS выполняет следующие функции[1,стр. 83-90]:

Предоставление системе управления мобильностью ММЕ инфор-

мации об аутентификации и данных абонентов при управлении мобильностью, при предоставлении доступа к услугам связи, пе-

редачи данных и доступа в Интернет;

34

Предоставление серверам управления услугами информации об аутентификации и данных об абонентах сети;

Взаимодействие с расчетной системой «досмотра оказываемых услуг» (serviceprovisioning).

Всовременных релизах 3GPP домашний сервер базы данных пользователей

(HSS) является частью архитектуры универсальной конвергентной базы дан-

ных (UDC), состоящей из единого хранилища пользовательских данных

(UDR), выполняющего функции «заднепланового» доступа BE (Back End), и

элементов доступа «переднего плана» FE (Front-End). В качестве FE высту-

пают HSSFE, а также AAAFE, SPR/PCRFFE.

Узел управления мобильностью ММЕ (Mobility Management Entily) разреша-

ет задачи по управлению мобильностью мобильного устройства и взаимо-

действует с базовыми станциями eNB сети радиодоступа E-UTRAN с помо-

щью протоколов плоскости управления (C- Plane) интерфейса S1MME.

Узел ММЕ реализует:

• управление мобильностью пользователей: регистрация пользователей (register/deregister), обновление данных о местоположениях абонентского мо-

бильного устройства в зоне покрытия сети (Tracking Area Update — TAU);

•управление списками зон местоположения абонентских устройствво всем покрытии сети (Tracking Area List — TAL);

•управление внутрисетевым хэндовером при переключении узла ММЕ;

•управление межсетевым хэндовером и взаимодействие по интерфейсу S3 с

узлом SGSN при передаче обслуживания абонентского терминала в

сети стандартов прошлых поколений;

•выбор обслуживающих сервисного и пакетного шлюзов (соответственно S- GW и P-GW);

•управление роумингом и взаимодействие по интерфейсу S6a с базой данных HSS визитного абонента, находящегося во внутреннем роуминге;

•аутентификацию и авторизацию абонентов сети;

•управление службами обмена данными;

35

•взаимодействие с сетями 3GPP2 для обеспечения доступа абонентов к сети ЕРС посредством сети радиодоступа CDMA2000 (HRPD);

•поддержку технологии голосовых вызовов CSFB;

•классификацию служб передачи данных на службы передачи голосовой ин-

формации и неголосовой информации остальных видов (например, текст или видео);

• хэндовер служб передачи неголосовой информации (Non-voiceBearer) в сеть

UMTS/GPRS при выполнении процедуры CSFB;

• передачу трафика спецслужбам по требованию.

Сервисный и пакетный шлюзы(S-GW и P-GW соответственно) отвечают за передачу данных пользователей согласно протоколам плоскости пользовате-

ля (U-Plane) [1, стр. 83 –90]. Сервисный узел S-GW взаимодействует с базо-

вой станцией eNB посредством интерфейса S1-U. Базовые станции eNB сети

E-UTRAN можно присоединять посредством интерфейса SI (Sl-MME, S1-U)

одновременно к нескольким узлам ММЕ и реализовывать так называемый интерфейс Sl-Flex. В этом случае ММЕ объединяются в пулы: ММЕ Pool, S- GWPool. Интерфейс Sl-Flex позволяет более гибко использовать сетевой ре-

сурс.

Сервисный шлюз S-GW (ServingGateway) выполняет следующие основные функции:

• начало процедуры выделения сетевых ресурсов абонентскому носимому устройству и выделения сеанса связи в соответствии с заданными операто-

ром-поставщиком требованиями QoS;

• маршрутизацию и передачу пакетов информации в соответствии с требова-

ниями QoS по направлению к пакетному шлюзу P-GW для линии передачи

(uplink)и к базовой станции eNB для линии приема (downlink);

• функции обслуживающего узла или точки «отстоя» (Mobility Anchor Point)

при хэндоверах абонентского мобильного устройства между базовыми стан-

циями eNB, обеспечивающего переоснастку сетевой службы передачи пакет-

36

ных данных в целях маршрутизации пакетов по направлению к искомой станции eNB;

• функции обслуживающего узла или точки «отстоя» при хэндоверах або-

нентского терминала между сетью LTE и сетями UMTS/GPRS;

•взаимодействие с узлом учета использованного трафика и взимания за него платы PCRF;

•передачу трафика на узел спецслужб по их требованию.

Пакетный шлюз P-GW (PDN Gateway) выполняет следующие основные функции:

• взаимодействие с узлом тарификации, учета использованного трафика и взимания за него платы PCRF для назначения сеанса идентификатора каче-

ства QCI (QoS Class ID) и выделение ресурсов абонентскому устройству для сеанса связи;

•«глубокий» досмотр информационных пакетов пользователей (Deep Packet Inspection) по протоколу применения политик доступа и тарификации PCEF;

•назначение устройству IP-адреса с помощью протоколов автоподстройки

DHCPv4 и DHCPv6;

•взаимодействие с сервером доменных имен DNS для преобразования имен ресурсов, запрашиваемых абонентскими терминалами, в IP-адреса;

•маршрутизацию и передачу пакетов данных согласно правилам QoS к па-

кетному шлюзу оператора-поставщика, подсистеме IMS или сервис-

подсистемам для линии передачи (uplink) и по направлению к шлюзу S-GW

для линии приема (downlink);

• обмен данными с непрерывной системой распределения расчетов

(OnlineChargingSystem — OCS) с использованиемпротокола DIAMETER;

• формирование и передача отчетов (Call Detail Record — CDR) в автоном-

ную систему распределения расчетов (Offline Charging System - OFCS);

• маршрутизация трафикаи обмен данными между «домашней» сетью и се-

тями других операторов;

37

• передачу трафика абонентов на узел оперативных служб при особом требо-

вании последних (например, для выявления подозреваемого).

Узел управления тарификацией, учета использованного трафика сети и взи-

мания платы за него с конкретных абонентов PCRF (Policy and Charging Rules Function) взаимодействует с сетевыми элементами применения сетевых политик PCEF пакетного шлюза P-GW и позволяет управлять качеством предоставления услуг передачи данных путем назначения идентификатора

QCI для запрашиваемой абонентом услуги (сеанса связи), управлять тарифи-

кацией путем выдачи ключа (идентификатора) тарификации (Charging Key) в

соответствии с параметрами, заданными оператором-поставщиком услуг свя-

зи. Для поддержки роуминга узел PCRF подразделяется на два логических элемента:

•узел PCRF домашней сети H-PLMN (H-PCRF);

•узел PCRF визитной сети V-PLMN (V-PCRF).

Узлы H-PCRF и V-PCRF домашней и визитных сетей взаимодействуют друг

сдругом по интерфейсу S9.

3.Архитектура и частотный план BTS.

3.1.1. Передающий тракт

Для формирования сигнала применяют две основные архитектуры тракта пе-

редачи: с прямой модуляцией (с нулевой ПЧ) и с непрямой модуляцией (с

преобразованием частоты вверх с применением ПЧ).

Для формирования широкополосного OFDM-сигнала архитектура тракта пе-

редачи с прямой квадратурной модуляцией более предпочтительна, по срав-

нению с непрямой модуляцией.

Рассмотрим архитектуру тракта передачи с непрямой модуляцией (рис. 3.1).

Тракт передачи содержит опорный генератор, буферный усилитель, ПЧ ГУН и РЧ ГУН (на основе которых построены синтезаторы частот), квадратурный модулятор, смеситель, полосовые фильтры, усилитель мощности. Частоты

ПЧ и РЧ ГУНов стабилизируются через петли автоподстройки под частоту

38

опорного генератора. В такой схеме сигнал формируется на промежуточной частоте при помощи квадратурного модулятора. Сигнал с ПЧ ГУНа поступа-

ет на фазовращатель квадратурного модулятора. На модуляционные IQ вхо-

ды квадратурного модулятора поступают информационные последователь-

ности, сформированные в цифровых узлах из исходного информационного потока с помощью последовательно-параллельного преобразования. На вхо-

ды смесителя поступают сигнал от РЧ ГУНа второго синтезатора частот и модулированный сигнал промежуточной частоты из квадратурного модуля-

тора. Полосовой фильтр на выходе смесителя выделяет сигнал рабочей частоты fС=fПЧ+fРЧ.

Рис. 3.1. Архитектуры тракта передачи с непрямой модуляцией К основным преимуществам этой схемы можно отнести удобство формиро-

вания сигнала и отсутствие затягивания частоты ГУНов. Но у такой архитек-

туры имеется ряд недостатков. По сравнению с прямой архитектурой в такой схеме требуется два синтезатора частот и две петли фазовой автоподстройки частоты, смеситель, а также ПЧ и РЧ фильтры высокого порядка. Все это не позволяет выполнить радиочастотный блок в виде полностью интегрирован-

ного узла.

Такая архитектура имеет существенные недостатки при формировании ши-

рокополосного сигнала с множеством несущих. Преобразование частоты приводит к появлению на выходе смесителя комбинационных составляющих

39

между частотой гетеродина и каждой из полезных поднесущих OFDM-

сигнала, часть из которых попадет в область спада спектра сигнала, а другая часть – внутрь самого спектра сигнала, причем, зачастую с попаданием на близко расположенные несущие. Полосовой фильтр, который ставится после смесителя, не сможет подавить или ослабить комбинационные составляю-

щие, попавшие внутрь спектра широкополосного сигнала.

Также большое количество поднесущих в OFDM сигнале фактически делает эту модуляцию весьма чувствительной к фазовым шумам, так как каждая из

N поднесущих будет модулироваться фазовым шумом гетеродина (рис. 3.2).

Отказ от преобразования частоты снимает эту проблему.

Рис. 3.2. Модуляция OFDM поднесущих фазовым шумом гетеродина Рассмотрим архитектуру с прямой квадратурной модуляцией (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Архитектура с прямой квадратурной модуляцией В структурной схеме на рис. 3.3 изображены кварцевый генератор, управля-

емый напряжением (VTCTXO), буферный усилитель (БУ), генератор управ-

ляемый напряжением (ГУН) синтезатора частот, делитель частоты на два,

квадратурный модулятор, полосовой фильтр и усилитель мощности (УМ).

При такой архитектуре в квадратурном модуляторе высокочастотный сигнал

40