|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Архитектура базовой сети SAEСтр 1 из 3Следующая ⇒
Введение Эволюция развития технологий сетей радиодоступа стала возможной благодаря постоянной работе человеческого разума. Каждое следующее поколение сетей мобильной связи характеризуется принципиально новыми технологическими возможностями, значительно расширяющими спектр услуг конечным пользователям. Зная прошлый и текущий уровень развития сетей мобильной связи и потребности абонентов, интересно заглянуть в ближайшее будущее и понять, что нас ожидает. За сравнительно короткий период сети мобильной связи третьего поколения IMT/UMTS стали реальностью и показали явное преимущество перед сетями предыдущих поколений. Наиболее динамично развиваются сети связи европейского стандарта IMT/UMTS. Основными причинами их динамичного развития являются возрастающая потребность пользователей в высокоскоростных услугах, а также снижение капитальных затрат на передачу единицы трафика. Мировая мобильная экосистема к началу 2010 г. включала инфраструктуру сетей второго и третьего поколений мобильной связи, обслуживающую 4 млрд. абонентов, из которых более 600 млн. — это абоненты сетей 3G (UMTS). Более 290 операторов развернули сети UMTS в 129 странах мира (более 150 сетей в Европе), включая Россию, в которой в 83 регионах развернуты 164 сети IMT/UMTS трех операторов «большой тройки»: ОАО «МТС», ОАО «ВымпелКом» и ОАО «МегаФон». Парк мобильных терминалов 3G насчитывает более 1500 различных типов устройств от более чем 130 компаний-производителей. Пользователями услуг мобильного широкополосного доступа HSPA являются уже более 450 млн. абонентов. В ближайшем будущем основными факторами, влияющими на развитие технологий мобильной связи и беспроводного широкополосного доступа, станут рост числа пользователей услуг и соответственно растущая потребность в доступных для развития полосах частот. Сети UMTS (версий до Release 5 включительно) позволяют обеспечить пиковую скорость передачи данных до 2, 048 Мбит/с. Радиоинтерфейс сети UMTS, основанный на технологии множественного доступа с кодовым разделением каналов (W-CDMA), имеет ряд отличий от радиоинтерфейса сети GSM. Главная особенность этого радиоинтерфейса заключается в ярко выраженном динамическом характере изменения энергетико-скоростных соотношений в сети радиодиодоступа UTRAN со сбалансированным энергетическим ресурсом. Дальнейшее развитие сетей UMTS в направлении повышения скорости передачи данных и минимизации задержек передачи данных за счет использования протоколов плоскостей пользователя и управления сети определило разработку технологий HSPA (HSDPA/HSUPA), в которых нашли применение многопозиционные сигналы с квадратурной амплитудной манипуляцией 16QAM, 64QAM. Особое внимание в этих технологиях для минимизации указанных задержек уделено модернизации протокола доступа к физической среде передачи (MAC). Появление более совершенных технологий модуляции и формирования сигналов с ортогональный частотной манипуляцией (OFDMA) стало причиной того, что Партнерский проект по сетям третьего поколения (3GPP) и Европейский институт стандартизации электросвязи (ETSI) осуществил разработку новой версии системы UMTS Release 8, включающей сеть радиодоступа E-UTRAN и базовую сеть SAE, и получившей название LTE (Long Term Evolution). Использование новой технологии OFDMA существенно повысило спектральную эффективность систем WiMAX (IEEE 802.16e), что заставило обратить на нее пристальное внимание специалистов Международного союза электросвязи (МСЭ/ITU), и в 2007 г. в состав семейства из пяти радиоинтерфейсов 3G был введен новый радиоинтерфейс OFDMA, получивший обозначение IMT Advanced. Таким образом, технический бум, вызванный использованием сигналов OFDM в сетях WiFi/WiMAX, не обошел стороной и сети мобильной сотовой связи. Разработка технологии высокоскоростного доступа с ортогональной частотной манипуляцией и пакетной коммутацией (HSOPA) обусловила развитие концепции длительной эволюции системы LTE в направлении LTE Advanced (Release 9, 10). Главными целями эволюции систем 3G в направлении LTE является дальнейшее улучшение качества предоставления услуг и уменьшение расходов пользователей, а также эксплуатационных расходов операторов. Программа долгосрочного развития системы LTE была окончательно определена Партнерским проекта 3GPP в сентябре 2007 г. и одобрена Генеральной Ассамблеей ETSI в ноябре 2007 г. В настоящее время рабочие группы Партнерского проекта 3GPP завершили начальную стадию разработки сети радиодоступа E-UTRAN и архитектуры базовой сети высокого уровня SAE (System Architecture Evolution) системы LTE. Результаты работы изложены в технических спецификациях Release 8. Рабочие группы 3GPP приступили к созданию технических спецификаций Release 9, направленных на улучшение параметров системы LTE до уровня LTE Advanced (Release 10) [ 1 ]. В данной дипломной работе будут рассмотрены ключевые особенности и характеристики, присущие сетям стандарта LTE, а также будет проведено проектирование сети LTE на примере г. Самары.
Архитектура сети LTE Создание конкурентной технологии построения сетей мобильной связи на основе сети мобильной связи WiMAX (стандарт IEEE 802.16е) активизировало усилия участников проекта 3GPP (3rd Generation Partnership Project), по разработке на основе технологии OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) эволюционного варианта сети UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), названного LTE (Long Term Evolution). Сеть LTE состоит из двух важнейших компонентов: сети радиодоступа E-UTRAN (Evolved UTRAN), и базовой сети SAE (System Architecture Evolution), (рисунок 1.1). [1].
Рисунок 1.1 – Компоненты сети LTE
Основными требованиями проекта 3GPP к сети SAE были: максимально возможное упрощение структуры сети и исключение дублирующих функций сетевых протоколов, характерных для системы UMTS. Сеть радиодоступа E-UTRAN рассмотрена в ряде технических спецификаций, согласно которым она состоит только из базовых станций eNB (Evolved Node-B). Базовые станции eNB являются новыми элементами полносвязной сети E-UTRAN и соединены между собой по принципу «каждый с каждым» при помощи интерфейса Х2. Интерфейс Х2 поддерживает хэндовер мобильного терминала в состоянии LTE_ACTIVE. Каждая базовая станция имеет интерфейс S1 c базовой сетью SAE, построенной по принципу коммутации пакетов. Базовая сеть SAE, иногда называемая сетью EPC, содержит узлы MME/UPE (Mobility Management Entity/User Plane Entity), состоящие из логических элементов ММЕ и UPE. Логический элемент ММЕ отвечает за решение задач управления мобильностью абонентского терминала и взаимодействует с базовыми станциями eNB сети E-UTRAN с помощью протоколов плоскости управления C-plane (интерфейс Sl-С). Логический элемент UPE отвечает за передачу данных пользователей согласно протоколам плоскости пользователя U-plane и взаимодействует с eNB посредством интерфейса S1-U. Благодаря интерфейсу S1 базовые станции соединены с несколькими узлами MME/UPE, что позволяет более гибко использовать сетевой ресурс. Такой интерфейс называют Sl-flex. Сеть LTE имеет следующие функциональные отличия от сети UMTS: 1) Базовые станции eNB выполняют функции управления радиоресурсами: управление радиоканалами, управление доступом, управление мобильностью, динамическое распределение ресурсов. Таким образом, в сети радиодоступа E-UTRAN базовые станции eNB управляют протоколами радиоинтерфейса, комбинируя выполнение функций базовых станций Node В и большинство функций контроллера RNC (Radio Network Controller) сети UMTS. 2) Сетевой элемент управления мобильностью ММЕ отвечает за распределение сообщений вызова к базовым станциям eNB. Кроме того, ММЕ управляет протоколами плоскости управления: назначения идентификаторов абонентских терминалов, обеспечения безопасности сети, проверки подлинности сообщений абонентов и управления роумингом. 3) Сетевой элемент плоскости пользователя UPE выполняет сжатие заголовков IP-протоколов, шифрование потоков данных, терминацию пакетов данных плоскости пользователя, коммутацию пакетов данных при обеспечении мобильности пользователя. Кроме того, UPE управляет протоколами пользовательского уровня, например, хранением текущего статуса абонентского терминала, прерыванием состояния LET_JDLE на уровне абонентских терминалов. Основные протоколы интерфейса S1 плоскостей C-plane и U-plane сети LTE представлены на рисунке 1.2.
Рисунок 1.2 – Протоколы интерфейса S1 сети LTE
Одной из важнейших задач управления в сети LTE является максимально эффективное использование радио-ресурсов. Данная задача решается с помощью совокупности функций управления радио-ресурсами RRM (управление радиоресурсами сети E-UTRAN, управление службой передачи данных в радиоканале, управление мобильностью, управление доступом, динамическое распределение ресурсов) и с помощью протокола управления радио-ресурсами RRC. Требования к функциям управлению радио-ресурсами приведены в TR 25.913. Управление радиоресурсами сети E-UTRAN обеспечивает управление ресурсами группы сот в целях повышения эффективности использования частотного спектра и минимизации помехового взаимного влияния абонентских терминалов и базовых станций, а также поддержку мобильности. Управление службой передачи данных в радиоканале реализовано в базовых станциях eNB сети E-UTRAN и обеспечивает установление, поддержание и освобождение радиоканалов передачи данных с заданными параметрами в сети E-UTRAN. Основными задачами являются контроль и управление всеми активными сессиями передачи данных с учетом параметров качества услуг (QoS), выделение ресурсов для вновь активируемых сессий. Управление мобильностью позволяет выбирать обслуживающую базовую станцию eNB для мобильного терминала, передавать обслуживание мобильного терминала от одной базовой станции eNB (хэндовер) к другой. Выбор обслуживающей eNB осуществляется мобильным терминалом на основе собственных измерений в состоянии RRC_CONNECTED и сравнения полученных измерений с установленными пороговыми значениями. Хэндовер реализован на основе анализа измерений, как мобильного терминала, так и базовой станции eNB, а также текущей загрузки обслуживающей и соседних сот, политикой оператора по регулированию трафика. Поддержку мобильности абонентского терминала в сети SAE обеспечивает логический элемент ММЕ. Основными функциями ММЕ являются: - управление мобильностью абонентского терминала, находящегося в состоянии RRC_JDLE; - управление безопасностью мобильной связи в соответствии с протоколами, относящимися к группе протоколов «уровня без доступа» и обеспечивающими, например, аутентификацию пользователей, управление ключами шифрования данных; - управление службой передачи данных сети SAE. Параметры функций управления радиоресурсами сети E-UTRAN, управления службой передачи данных в радиоканале и управления мобильностью могут быть изменены в соответствии с требованиями оператора. Основной задачей управления доступом является формирование решений о предоставлении доступа мобильному терминалу к сети E-UTRAN. Данная задача решается на основе многокритериального анализа загрузки сети радиодоступа, требований мобильного терминала к параметрам QoS. Динамическое распределение ресурсов отвечает за планирование очередности передачи пакетов данных и позволяет динамически выделять и перераспределять ресурсы сети радиодоступа, включая канальные ресурсы, мощность излучения базовых станций, ресурсы буферизации при обработке пакетов данных с учетом параметров QoS. Протокол управления радио-ресурсами RRC (Radio Resourse Control), плоскости C-plane обеспечивает: - вещание служебной информации в соответствии с протоколами, относящимися к группам протоколов «уровня с доступом» и «уровня без доступа» (соответственно AS — Access Stratum и NAS — Non-Access Stratum); - пейджинг мобильного терминала; - установление, поддержание и закрытие RRC-соединений между абонентским терминалом и сетью E-UTRAN; - управление ключами шифрования; - установление, поддержание и закрытие служб передачи данных в радиоканале (Radio Bearers) типа «точка-точка» и «точка-многоточка» с заданными параметрами QoS; - мобильность абонентских терминалов. Протокол сходимости пакетных данных PDCP (Packet Data Convergence Protocol) 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 RLC обеспечивает: - сегментацию и компоновку пакетов данных протоколов более высокого уровня переменной длины в меньшие блоки полезной нагрузки; размер блока PU (Packet Unit) определяется в соответствии со скоростью передачи информации в радиоканале; - конкатенацию (сочленение) коротких пакетов PDU (Protocol Data Unit) верхнего уровня; - заполнение остатка поля данных блока PU, если сочленение неприемлемо; - передачу данных пользователя с подтверждением и неподтверждением приема в соответствии с параметрами QoS; - исправление ошибок методом повторной передачи ARQ пакетов данных; - сохранение на более высоком уровне порядка доставки пакетов PDU при передаче данных с подтверждением приема; - обнаружение дублирования пакетов PDU для доставки их на более высокий уровень только один раз; - управление скоростью передачи данных; - контроль порядковых номеров пакетов. Радиотехнология OFDM Основной целью использования технологии OFDM является устранение влияния помех, вызванных многолучёвым распространением сигнала. LTE использует OFDM для формирования нисходящего канала, т.е. канала от базовой станции к мобильному устройству. OFDM отвечает требованиям LTE к спектральной гибкости и позволяет создавать эффективные по затратам решения для широкополосных несущих с высокими пиковыми скоростями передачи данных. Это хорошо проработанная технология, о чем свидетельствует целый спектр стандартов, таких, как IEEE 802.11a/b/g. 802.16, HIPERLAN-2, DVB и DAB. OFDM использует большое количество узкополосных поднесущих для обеспечения передачи. Базовый нисходящий канал LTE на физическом уровне можно рассматривать, как частотно-временную решетку. В частотной области, промежутки между поднесущими, дельта f, составляют 15 кГц. Кроме того, продолжительность " символа" OFDM составляет 1/дельта f + префикс цикличности. Префикс цикличности используется для обеспечения ортогональности между поднесущими даже в условиях радиоканала с дисперсией по времени. Один ресурсный элемент формируется модуляцией QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), 16QAM или 64QAM. В случае если используется модуляция 64QAM, каждый ресурсный элемент обеспечивает передачу 6 бит информации. Символы OFDM сгруппированы в ресурсные блоки. Ресурсные блоки имеют размер в 180 кГц в частотном измерении и 0.5 мс во временном измерении. Каждый временной интервал передачи TTI (Transmission Time Interval) состоит из двух слотов. Каждому пользователю присваивается некоторое количество так называемых ресурсных блоков в частотно-временной решетке. Чем больше ресурсных блоков назначается пользователю, и чем более высокая степень модуляции используется в формировании ресурсных элементов, тем более высокий обеспечивается бит-рейт. Какие ресурсные блоки будут назначены, и сколько их получит пользователь в данный момент времени, зависит от усовершенствованного механизма составления частотно-временного расписания. Механизм составления расписания, используемый в LTE, похож на тот, что применяется в HSPA (High-Speed Packet Access) и обеспечивает оптимальное функционирование различных услуг в различных условиях. В восходящем канале, LTE использует пре-кодированную версию OFDM под названием SC-FDMA. Это предпринято для того, чтобы компенсировать расходы на OFDM, который отличается очень высоким отношением пиковой мощности к средней мощности радиосигнала PARP. Реализация высоких значений PARP требуют использования дорогих и неэффективных усилителей мощности, предъявляющих высокие требования к линейности, что сказывается на росте стоимости терминалов и быстроте разряда батарей. SC-FDMA позволяет решить проблему за счет объединения ресурсных блоков таким образом, что сокращаются требования к линейности, а также к потребляемой мощности усилителя. Низкие значения PARP кроме того улучшают покрытие и производительность соты. Применение антенн MIMO Дальнейшее повышение пропускной способности и качества услуг в сетях LTE связано с технологией MIMO (Multiple Input Multiple Output). Технология MIMO позволяет уменьшить число ошибок при радиообмене данными без снижения скорости передачи в условиях множественных переотражений сигналов. При этом многоэлементные антенные системы обеспечивают: - расширение зоны покрытия радиосигналами и сглаживание в ней «мертвых» зон; - использование нескольких путей распространения сигнала, что повышает вероятность работы по трассам, на которых меньше проблем с замираниями, переотражениями и т.п.; - увеличение пропускной способности каналов связи за счет формирования систем обработки сигналов, основанных на физически различных принципах (пространственное разнесение сигналов, кодовое разнесение с помощью ортогональных кодов, частот, поляризационное разнесение). Простейшая антенная система MIMO — это система из двух несимметричных вибраторов (монополей), ориентированных, например, под углом ±45° относительно вертикальной оси. Такой угол поляризации ставит оба канала в равные условия, поскольку при горизонтально-вертикальной ориентации излучателей одна из поляризационных составляющих неизбежно получила бы большее затухание при распространении вдоль земной поверхности. Сигналы, излучаемые независимо каждым монополем, поляризованы взаимно ортогонально с достаточно высокой взаимной развязкой по кросс-поляризационной составляющей (не менее 20 дБ). Аналогичная антенная система используется и на приемной стороне. Этот подход позволяет одновременно передавать сигналы с одинаковыми несущими, модулированными различным образом. Принцип поляризационного разделения обеспечивает удвоение пропускной способности линии радиосвязи по сравнению со случаем одиночного монополя (в идеальных условиях прямой видимости при идентичной ориентации приемных и передающих антенн). Преимущества от использования MIMO: - улучшается работа нисходящих линий связи, что проявляется в виде более стабильной и более надежной передачи данных в условиях сильного рассеивания радиоволн. Для восходящих линий связи улучшений нет. - увеличивается пропускная способность MIMO за счет возможности использования схем модуляции более высокого уровня при одновременной передаче нескольких независимых потоков, что дает рост пропускной способности примерно на 30% по отношению к системам обычной сотовой связи. - увеличивается стабильность рабочих характеристик MIMO систем, особенно при перемещениях абонента. Недостатки: - ухудшаются качественные характеристики в случае отсутствия переотражений, например, в районах неплотной застройки, вдоль автомагистралей, рядом с рекой и т.п. 2 Проектирование сети LTE на примере г. Самары Существуют два основных варианта планирования сетей: с целью формирования максимальной площади покрытия или с целью обеспечения требуемой емкости. Эти задачи порой противоречат друг другу. Например, в городских условиях при высокой плотности абонентов зоны обслуживания базовых станций (БС) по площади гораздо меньше максимально возможной, но оптимизированы по пропускной способности. В сельской местности зачастую ситуация – противоположная, плотность абонентов - невысокая, и базовые станции устанавливаются на максимальном удалении друг от друга так, чтобы закрыть каждой БС максимальную территорию. Но и в том и другом случае оценивают как радиопокрытие, так и емкость сети для того, чтобы выявить в проекте сети факторы, ограничивающие ее характеристики. Анализ радиопокрытия начинают с вычисления энергетического бюджета, или максимально допустимых потерь на линии (МДП). Принцип расчета иллюстрируется на Рис. 2.1, МДП рассчитывается как разность между эквивалентной изотропной излучаемой мощностью (ЭИИМ) передатчика и минимально необходимой мощностью сигнала на входе приемника сопряженной стороны, при которой с учетом всех потерь в канале связи обеспечивается нормальная демодуляция сигнала в приемнике.
Рисунок 2.1 – Принцип расчета энергетического бюджета Рассмотрим примеры расчета энергетического бюджета для систем LTE c частотным и временным дуплексом, работающих в диапазоне 2600 МГц [2]. Причем для системы с временным дуплексом рассмотрим два варианта конфигураций кадра 1 и 2, формат специального субкадра – 7. Системная полоса для всех систем рассматривается равной 20 МГц, т.е. в случае FDD системная полоса будет разделяться на два канала по 10 МГц для линии вверх (UL) и линии вниз (DL), а в случае TDD вся полоса 20 МГц будет использоваться как на UL, так и на DL. Рассмотрим БС, РЧ - блок (радиочастотный блок) каждого сектора которой оснащен двумя приемопередатчиками, выходная мощность передатчиков 20Вт (43 дБ). РЧ - блок устанавливается в непосредственной близости от антенны. Базовая станция работает на линии вниз в режиме MIMO 2x2 с использованием кросс-поляризованной антенны. Поскольку энергетический бюджет рассчитывается для абонентской станции (АС) на краю соты, т.е. принимающей сигналы от БС с низким отношением сигнал/шум (ОСШ), то БС передает сигналы на эту АС в режиме разнесенной передачи. За счет сложения мощностей сигналов двух передатчиков в пространстве можно получить энергетический выигрыш (3 дБ). В качестве АС рассматриваем USB-модем, класс 3 – ЭИИМ 23 дБ [3]. Результаты расчета энергетического бюджета сведены в Таблице 2.1. Таблица 2.1 – Энергетический бюджет для условий средней городской застройки
Продолжение таблицы 2.1
Продолжение таблицы 2.1
Для расчета энергетического бюджета использовалась модель распространения радиоволн для городской макросети COST231 Hata из 3GPP TS 25.996 v9.0.0.
, (1)
, дБ; f - частота, МГц; Hb - высота антенны базовой станции, м; Hm - высота антенны подвижной станции, м; d - дальность связи, км; Kc - поправочный коэффициент потерь, дБ, зависящий от типа застройки. Из выражения (1) можно получить зависимость дальности связи d от потерь на распространение радиоволн Lp: d=10 где Lp принимаем равным LMAPL; K1=141, 6 дБ, K2=35, 2 дБ при f=2600 МГц, Hm=1, 5 м, Hb=30м; Kc принимают ‐ 3 дБ в условиях средней городской застройки. На основании выше приведенных расчетов составим табл. 2.2 Таблица 2.2 – Расчет радиуса сот в разных типах застройки
Энергетический бюджет в значительной степени зависит от соотношения длительности кадров на UL и DL. Если в системе FDD конфигурация кадров одинакова для линий вверх и вниз: кадр включает в себя 10 субкадров по 1 мс, то в системе TDD используется ассиметричная структура кадра для линий вверх и вниз[4]. На Рис.2.2 изображено 7 конфигураций кадра в системе TDD2 (пронумерованы по вертикали), состоящего также из 10 субкадров по 1 мс (субкадры пронумерованы по горизонтали). Буквой «S» обозначены специальные субкадры, включающие 3 поля, см. Рис.2.3: DwPTS – поле для передачи управляющей информации и пользовательских данных на линии вниз; GP – защитный интервал для переключения с линии вниз на линию вверх; UpPTS – поле для передачи на линии вверх управляющей информации, в основном канала доступа. Обратите внимание, что специальный субкадр позволяет переносить пользовательскую информацию только на линии вниз.
Рисунок 2.2 – Конфигурации кадров в системе TDD
В рассматриваемых примерах системы TDD используется специальный субкадр формата 7 с длительностью полей: DwPTS – 10 символов OFDM, GP – 2 символа OFDM, – 2 символа OFDM.
Рисунок 2.3 – Структура специального субкадра
В системах с адаптивными схемами MCS дальность связи зависит от гарантируемой скорости передачи данных для пользователя на краю соты. В указанных примерах на линии вверх для пользователя на краю соты гарантируется скорость 128 кбит/с. В зависимости от типа дуплекса и соотношения длительностей кадра UL/DL, для переноса этого потока данных, требуется выделить разное количество ресурсных блоков (1 ресурсный блок = 180кГц * 1 мс). Выбор оптимального числа ресурсных блоков NPRBи схемы MCS осуществляются по результатам моделирования канального уровня, исходя из заданного качества услуг с минимизацией ОСШ MSNR. Указанные в табл. 2.1 значения MSNR получены для модели канала «Enhanced Pedestrian A 5» [5]. Запас на помехи MIntопределяется по результатам моделирования системного уровня в зависимости от нагрузки в соседних сотах. Указанные в табл. 2.1 значения MInt соответствуют нагрузке в соседних сотах 90%. Для того чтобы обеспечить связь в помещении, необходимо добавить в энергетический бюджет запас на проникновение радиоволн в помещение MInt. Для диапазона 2600 МГц могут использоваться следующие типовые значения запаса на проникновение: - 22 дБ в условиях плотной городской застройки; - 17 дБ в условиях средней городской застройки; - 12 дБ в условиях редкой застройки (в пригороде); - 8 дБ в сельской местности (на открытой местности в автомобиле). Поскольку зоны радиопокрытия соседних сот, как правило, перекрываются, то при возникновении глубоких замираний в обслуживающей соте АС может осуществить хэндовер в соту с лучшими характеристиками приема. Этот эффект можно интерпретировать как выигрыш от хэндовера GHO. Из двух значений МДП, полученных для UL и DL, выбирают минимальное, по которому производят дальнейший расчет радиуса соты. Ограничивающей линией по дальности связи, как правило, является линия вверх. Обратите внимание, что в табл. 2.1 максимально допустимые потери на линиях вверх и вниз примерно одинаковые, с разницей меньше 1 дБ. В этих примерах скорости передачи на линии вверх были зафиксированы, а на линии вниз для каждого случая скорость подбиралась так, чтобы сбалансировать максимально допустимые потери для обеих линий. В табл. 2.1 указаны радиусы сот для ограничивающей линии с наименьшим МДП, для линии вверх, в условиях средней городской застройки. Для расчета дальности связи в данном случае используется модель распространения радиоволн COST231-Hata, высота подвеса антенн БС принята равной 30 м. Наилучшим радиопокрытием при одной и той же гарантированной скорости передачи данных на линии вверх обладает система FDD. Для того, чтобы передать один и тот же поток данных в трех рассмотренных системах, на линии вверх приходится выделять разное количество частотных ресурсов (в обратной зависимости от длительности кадра), поскольку длительности кадров на линии вверх различаются: 10 мс – в случае FDD; 4 мс – в случае TDD, конф.1; 2 мс – в случае TDD, конф.2. Но чем больше частотных ресурсов выделяется пользователю, тем выше мощность тепловых шумов во входных цепях приемника, и хуже его чувствительность [6, 7]. Однако в рассмотренных случаях в системе TDD можно гарантировать более высокую пропускную способность на линии вниз по сравнению с системой FDD, благодаря асимметрии кадров DL и UL, см. табл.2.1.
Оценка емкости Емкость, или пропускную способность, сети оценивают, базируясь на средних значениях спектральной эффективности соты в определенных условиях. В табл. 2.2 приведены значения средней спектральной эффективности соты LTE FDD в макросети для двух случаев, специфицированных 3GPP как сценарий 1 (расстояние между сайтами 500 м), и сценарий 3 (расстояние между сайтами 1732 м). В обоих случаях характеристики оценивались для диапазона 2 ГГц, полосы канала 10 МГц (10+10 МГц в дуплексе), при потерях на проникновение в здание 20 дБ, в среднем при 10 активных пользователях в соте. Таблица 2.3 – Средняя спектральная эффективность в макросети
Продолжение таблицы 2.3
Приведем пример расчета пропускной способности для сетей 3 конфигураций, рассмотренных в предыдущем разделе, причем пользоваться будем значениями спектральной эффективности для сценария 1 (расстояние между сайтами 500 м), как наиболее близкого по размерам сот, полученным в предыдущем разделе. Для системы FDD средняя пропускная способность соты может быть получена путем прямого умножения ширины канала на спектральную эффективность. Для системы TDD можно принять спектральную эффективность равной аналогичным значениям для системы FDD, а при расчете пропускной способности учитывать долю длительности кадра на линии вверх или вниз. Например, рассчитаем среднюю пропускную способность соты на линии вниз при конфигурации кадра 1: RTDD = SFDDaverage⋅ W ⋅ T%= 1, 69⋅ 20000 ⋅ 0, 54 = 18, 25 Мбит/с, где SFDDaverage - средняя спектральная эффективность, W- ширина канала, T% - доля длительности кадра на линии вверх или вниз. Результаты расчета пропускной способности трехсекторных базовых станций приведены в табл. 2.4. Таблица 2.4 – Средняя пропускная способность трехсекторной БС
Продолжение таблицы 2.4
Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2017-03-03; Просмотров: 2682; Нарушение авторского права страницы
2
Это выражение можно привести к виду: 
где Lp - потери на распространение радиоволн в канале, дБ; 
, дБ; 