Насонов А.В. Диплом - UMTS, 3G - файл n1.docx

Насонов А.В. Диплом - UMTS, 3G
скачать (1512.3 kb.)
Доступные файлы (2):
n1.docx689kb.28.05.2009 13:13скачать
n2.docx878kb.28.05.2009 13:25скачать

n1.docx



Глава 2. Анализ особенностей построения и функционирования сетей UMTS

2.1 Архитектура системы UMTS

Сеть сотовой подвижной радиосвязи стандарта UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) - система мобильной сотовой связи третьего поколения разрабатываемая в рамках программы IMT2000. Назначение UMTS —предоставление нового ряда услуг в области передачи голоса, данных и мультимедиа. Сети радиодоступа этой системы связи обеспечивают скорости передачи данных до 144 Кбит/с для абонентов с высокой мобильностью (скорость движения до 120 км/ч), 384 Кбит/с для абонентов с низкой мобильностью (скорость до 3 км/ч) и 2,048 Мбит/с(пикосота). Сети UMTS создаются на основе популярности стандарта GSM и инвестиций в инфраструктуру, производимых существующими операторами GSM. Основное отличие UMTS состоит в использовании широкополосных сигналов в диапазоне 2 ГГц, позволяющее добиться более высокого по сравнению с GSM качества обслуживания благодаря повышению скорости передачи данных, а также благодаря внедрению пакетной архитектуры сети, поддерживающей функции передачи голоса и данных. В качестве способа передачи данных через воздушное пространство используется радиоинтерфейс WCDMA, стандартизованный в соответствии с проектом 3GPP.

Концепция архитектуры сети UMTS, как многоуровневой иерархической системы, предполагает объединение физических уровней системы на основе доменов(структурных подсистем) и объединение функциональных уровней на основе деления на слои вертикального и горизонтального уровней. Деление системы UMTS на домены, показанные на рис. 2.1, является результатом выполнения требований по обеспечению эволюции существующей сетевой инфраструктуры, например, инфраструктуры GSM, N-ISDN, B-ISDN или PDN.

Взаимодействие между доменами сети UMTS как открытой многоуровневой сложной системы обеспечивается введением опорных точек входа и выхода взаимодействующих подсистем, увязывающих подсистемы в единую систему по совокупности стандартизованных входных и выходных информационных, технических и сетевых параметров. Совокупность опорных точек сети UMTS включает [1]:

Cu  опорную точку между доменом модуля идентификации абонента (USIM) и доменом оборудования подвижной связи (ME);

Iu  опорную точку между доменом сети доступа и доменом сети обслуживания;

Uu опорную точку между доменом абонентского оборудования и доменом инфраструктуры, радиоинтерфейс UMTS;

Yu  опорную точку между доменом сети обслуживания и доменом транзитной сети;

Zu  опорную точку между доменом сети обслуживания и доменом домашней сети.

домены

Рис. 2.1. Подсистемы сети UMTS


Кроме того, согласно концепции IМТ-2000 системная архитектура сетей 3G подразделяется на две составные части: сеть радиодоступа и базовую сеть.

На рис.2.2 представлена системная архитектура UMTS [2] с указанием основных интерфейсов. В структуре системы выделены следующие функциональные подсистемы: UE – абонентское оборудование, UTRAN – сеть радиодоступа, CN – базовая сеть, а также внешние сети. Рассмотрим функциональные элементы, входящих в каждую из подсистем.

Абонентское оборудование (или абонентские станции) UE представляет собой мобильные терминалы, которые посредством радиоинтерфейса Uu взаимодействуют с базовыми станциями сети. Основное отличие абонентских станций сети UMTS от аналогичных устройств сетей 2G состоит в их расширенной функциональности, обеспечиваемой благодаря высоким скоростям передачи информации.

Абонентское оборудование включает два элемента:

абонентский терминал ME для связи по радиоинтерфейсу Uu;

модуль идентификации абонента USIM, представляющий интеллектуальную карту с идентификационными данными абонента и выполняющий алгоритмы опознавания, хранения и идентификации абонента.

Сеть радиодоступа UTRAN также включает два типа элементов:

базовые станции (Node B);

контроллеры радиосетей (RNC).

Базовые станции Node B осуществляют организацию радиоканалов по радиоинтерфейсу Uu с абонентским оборудованием. В функции базовой станции(БС) входит:

обработка сигнала на физическом уровне (канальное кодирование и перемежение, выравнивание скоростей потоков данных, расширение спектра сигнала и др.);

выполнение некоторых задач управления радиоресурсом (таких как управление мощностью в закрытой цепи и др.);

конвертирование транспортных потоков данных между интерфейсами Iub и Uu.

В типовой конфигурации БС обслуживает до шести секторов, предоставляя до трех несущих на один сектор.

Контроллер радиосети (RNC) выполняет функции управления радиоресурсами UTRAN, основными из которых являются:

управление загрузкой и контроль перегрузки сот;

управление допуском в сеть и выделение кодов для новых соединений с использованием радиоинтерфейса;

регулирование приоритетности и очередности соединений;

управление соединениями и мониторинг состояния радиоинтерфейса.

Контроллер радиосети RNC соединяются с базовыми станциями и могут поддерживать от нескольких БС до нескольких десятков БС. Контроллер RNC вместе c подключенными к нему БС образует подсистему радиодоступа, совокупность которых образует сеть радиодоступа UTRAN (рис. 1.4.).

Базовая сеть СN включает ряд элементов, основными из которых являются:

центр коммутации (MSC/VLR), в котором объединены коммутатор мобильной связи

(MSC) и база данных перемещения абонентов (VLR);

зональный центр коммутации (GMSC);

сервисный узел пакетного трафика (SGSN);

шлюзовой сервисный узел пакетного трафика(GGSN);

база данных местоположения абонентов(HLR).

Центр коммутации MSC/VLR является центральным элементом сети, обслуживающим несколько подсистем радиодоступа RNS и обеспечивающим все виды соединений. Функции коммутатора мобильной связи MSC состоят в:

осуществлении соединений для режима с коммутацией каналов (CS-режима), включая обмен между различными сетевыми элементами внутри сети UMTS, в том числе между элементами сети радиодоступа UTRAN;

обеспечении соединения с другими центрами коммутации, в частности, с зональными центрами коммутации GMSC и другими службами;

работе в качестве шлюза к внешним сетям для CS-режима.

База данных перемещения абонентов VLR содержит копию списка подключенных услуг связи для визитных абонентов, а также точную информацию о местоположении абонентской станции в рамках обслуживающей системы.

Зональный центр коммутации GMSC осуществляет коммутацию между сетью UMTS и внешними CS - сетями.

База данных местоположения абонентов HLR представляет собой справочную базу данных о постоянно зарегистрированных в сети абонентах. В ней содержатся идентификационные номера и адреса, а также параметры подлинности абонентов, состав подключенных услуг связи, специальная информация о маршрутизации и данные о роуминге абонента.

Пакетная передача данных в сети UMTS обеспечивается узлами SGSN и GGSN.

Сервисный узел пакетного трафика SGSN выполняет функции, аналогичные функциям MSC, но для режима с коммутацией пакетов (PS-режима).

Шлюзовой сервисный узел пакетного трафика GGSN является интерфейсным узлом, обеспечивающим маршрутизацию пакетных данных системы UMTS во внешние PS-сети и обратно. MSC/VLR и GMSC образуют CS-домен базовой сети, обеспечивающий режим передачи данных с коммутацией каналов, а SGSN и GGSN образуют PS-домен базовой сети, обеспечивающий режим передачи данных с коммутацией пакетов.

Совокупность UTRAN и CN составляют систему подвижной связи UMTS, на базе которой создают сеть наземной подвижной связи общего пользования (PLMN). Сети PLMN могут быть соединены как друг с другом, так и с другими внешними сетями.

Внешние сети с которыми взаимодействует UMTS можно разделить на два типа:

Суммируя выше сказанное нужно отметить следующее:

Архитектура системы UMTS представлена на рис.2.2.
архетектура


Рис.2.2. Системная архитектура UMT

2.2 Организация каналов передачи информации в UTRAN
Сеть UTRAN использует трехуровневую организация каналов, а именно: логические, транспортные и физические каналы, показанную на рис. 2.3

Под физическими каналами (PCH) в UMTS понимается каналы передачи данных образуемые за счет использования радиоинтерфейса WCDMA. Каждый физический канал имеет свой широкополосный код, который позволяет различать каждый физический канал среди других физических каналов. Абонентский терминал пользователя позволяет работать с выделенными и общими физическими каналами или с обеими сразу. Выделенным физическим каналом может пользоваться только конкретный АТ, а использование общих физических каналов доступно множеству АТ в обслуживаемой соте.

Транспортные каналы (TCH) UMTS представляют собой каналы, предоставляемые с физического уровня сети UMTS для транспортировки данных на уровень 2 (транспортный уровень). Каналы TCH преобразуются в каналы PCH с использованием процедур BRP, которые имеют свою специфику в линиях вверх и вниз.

Логические каналы UMTS представляют каналы, предоставляемые на субуровне управления медиа доступом (MAC), относящемуся к уровню 2 (канальному уровню) сети UMTS, для уровней управления более высокого порядка.

Служба обмена данными сети радиодоступа (RAB) UMTS также представлена совокупностью каналов предоставляемых уровнем 2 сети для более высоких уровней управления сети UMTS в интересах других пользователей или обеспечения управления данными. Взаимодействие между различными каналами и уровнями сети UMTS показано на рис. 2.3.

Логические каналы характеризуют содержание, структуру и вид передаваемой информации, транспортные каналы отражают направления и точки, в которые пересылаются данные логических каналов, а физические каналы в зависимости от выбранной технологии и среды распространения сигналов (эфир, оптика, медь) образуют радиолинии и проводные линии, по которым на физическом уровне в виде сигналов передается информация. На рис. 2.4. показано взаимодействие радиоподсистем UTRAN с использованием этих каналов.

Структура каналов сети UMTS и их использование существенно иные, чем в GSM. Физические каналы сети UMTS могут определять различные значения ширины полосы радиоканалов, выделенных для решения сетевых задач интерфейса Uu. Иначе говоря, физические каналы фактически образуют интерфейс сопряжения Uu между абонентскими терминалами (АТ) и подсистемой радиодоступа сети RNS. В сети GSM физические каналы заранее определенную структуру и опознаются контроллером базовой станции (BSC), а в сети UMTS физические каналы создаются интерфейсом Uu и их структура необязательно известна в контроллере базовой станции (RNC).

AT

Сеть UTRAN

Уровень 3

Сетевой уровень

Уровень 2

Субуровни MAC/RLC/PDCP/BMC

Уровень 1

Физический уровень/Node B

Уровень 1

Физический уровень
Уровень 2

Канальный уровень
Уровень 3

Сетевой уровень
Уровень 4

Транспортный уровень
Уровень 5

Сеансовый уровень


Уровень 6

Уровень представления
Уровень 7

Уровень приложения
Каналы

RAB

Транспортные каналы

Физические каналы

Логические каналы

Одноуровневое взаимодействие

Рис.2.3. Взаимодействие каналов UTRAN

АО

Логические каналы

Транспортные каналы

Физические каналы

Контроллер БС

БС
Рис. 2.4. Типы каналов и их размещение в сети UTRAN
Поэтому вместо физических каналов контроллер RNC опознает транспортные каналы. По транспортным каналам пересылаются потоки информации прошедшие через интерфейс Uu. Физическим элементом, преобразующим такие потоки информации с уровня транспортных каналов на уровень физических каналов и наоборот, является базовая станция. Логические каналы, как таковые, каналами не являются, наоборот их можно рассматривать в виде совокупности разных задач, которые сеть и терминал должны выполнять в разные моменты времени. Затем они, как частично временные структуры, преобразуются в транспортные каналы, выполняющие фактическую пересылку информации между АT и сетью радиодоступа.

В части логических каналов АТ и сеть радиодоступа выполняют разные задачи. Поэтому, структуры логического, транспортного и физического каналов различаются в каждом направлении. Ввиду того, что логические каналы определяют основные виды информационного обмена в сети UMTS рассмотрим их особенности более подробно. Сеть радиодоступа UTRAN с использованием логических каналов решать следующие задачи:

 оповещения АТ через БС о текущем информационном обмене служебной информацией (обстановке радиосвязи). Такая информация включает, например, коды, используемые в данной и соседних сотах, уровни разрешенной мощности и т.д. Информация такого типа предоставляется сетью для АТ по логическому каналу, именуемому трансляционным каналом управления (BCCH)

 доступа к АТ для связи (например, при обеспечении вызова подвижного абонента). Сеть должна послать АТ поисковый вызов для определения его точного местоположения. Такой запрос сети передается по логическому каналу, называемому каналом поискового вызова (PCCH).

 управления задачами общими для всех АТ, находящихся в соте. Для таких случаев в сети используется канал, именуемый общим каналом управления (СССН). Поскольку может быть несколько АТ, одновременно работающих в канале СССН, они должны использовать признак U-RNT.I (временный распознаватель сети радиосвязи UTRAN) для целей идентификации. На основе анализа признака U-RNT.I сеть определяет маршрут пересылки полученных сообщений в соответствующий обслуживающий контроллер RNC.

 отправки управляющей информации для активирования соединения по логическому каналу, называемому выделенным каналом управления (DCCH).

 обслуживания целевого трафика: целевой абонентский трафик для обслуживания одного абонента в линии вниз направляется по логическому каналу, именуемому выделенным каналом трафика (DTCH).

 групповой передачи общего информационного трафика. Общим каналом трафика (CTCH) называется всенаправленный канал, работающий только по линии вниз. Он используется при пересылке информации всем абонентским терминалам или их конкретной группе в соте.
2.3 Основные параметры и особенности радиоинтерфейса WCDMA.


Рис. 2.5 Распределение ресурсов WCDMA в частотно-временно-кодовом пространстве.
В отличие от стандарта CПС GSM, радиоинтерфейс UMTS изначально разрабатывался с учетом требований к системам 3-его поколения:

обслуживания для одного соединения, например, передача речи, видеоинформации и пакетированных данных;


В таблице 2.1 представлено сравнение радиоинтерфейсов стандартов СПС GSM и UMTS.

Таблица 2.1. Радиоинтерфейсы WCDMA и GSM




WCDMA

GSM

Ширина полосы частотного канала

5 МГц

200 КГц

Метод множественного доступа

CDMA

TDMA

Коэффициент повторного использования частоты

1

1-18

Метод передачи данных

Коммутация каналов/Коммутация пакетов

Коммутация каналов/Коммутация пакетов

Частота управления мощностью

1500 Гц

2 Гц или ниже

Частотное разнесение

Ширина полосы 5 МГц обеспечивает разнесенный прием многолучевого канала с помощью Rake-приемника.

Скачкообразная перестройка частоты

Разнесение (асимметрия) при передаче для нисходящего канала

Обеспечивается для повышения пропускной способности нисходящего канала

Стандартом не предусматривается, но может применяться

Кодирование речи

Адаптивное с переменной скоростью AMR

Полноскоростное FR /RPE-LTP 13 кбит/с

Полускоростное HR /VSELP 5,6 кбит/с

Улучшенное качество речи EFR / ACELP 12,2 кбит/с

Адаптивное с переменной скоростью AMR (полу- и полноскоростное)


Символьная/чиповая скорость

3,84 Мчип/c

270,833 кбит/с

Максимальная пользовательская скорость

Rel. 99: 384 кбит/с (Single code);

до 2 Мбит/с при использовании метода с несколькими кодами

Rel. 5 HSDPA – до 14 Мбит/c


GSM:9,6 или 14.4 кбит/с (одиночный слот)

GPRS: до 171,2 кбит/с (21,4 кбит/с х 8 слотов)

EDGE: до 473,6 кбит/с (59,2 кбит/с х 8 слотов)

(реальная скорость до 100 кбит/c)


Модуляция

Нисходящая линия-QPSK,QAM16

Восходящая линия-HPSK

GMSK


В радиоинтерфейсе WCDMA используется кодовое разделение каналов с прямым расширением спектра. В качестве расширяющих каналаобразующих кодов используются ортогональные коды Уолша-Адамара. Ортогональность двух кодовов, означает что их взаимная корреляция равна 0. Ортогональные функции Уолша могут быть сгенерированы с использованием итерационного процесса построения матрицы Адамара. Начиная с H1=[0] матрица Адамара может быть сформирована:



Строки и столбцы матрицы определяют функции Уолша. Функции Уолша имеют недостатки: при их сдвиге значение функции взаимной корреляции возрастает и возникает интерференция. Поэтому для соблюдения ортогональности кодов требуется их полная синхронизация. На рис. 2.6 показаны основные операции при расширении и сжатии спектра системы CDMA.


Рис. 2.6. Расширение и сжатие в CDMA
Предполагается, что здесь данные пользователя представляют собой битовую последовательность, передаваемую со скоростью R, где биты данных пользователя принимают значения ±1. Операция расширения в этом примере – это умножение каждого бита данных пользователя на последовательность кода длиной 8 символов, называемых чипами. В результате расширения данные передаются со скоростью 8R. В этом случае можно сказать, что использовался коэффициент расширения равный 8. Затем этот широкополосный сигнал передается по беспроводному каналу на приемный конец.

На приемной стороне происходит умножение расширенных данных пользователя (последовательность чипов), бит за битом на ту же самую кодовую последовательность, которая использовалась при расширения. Как показано на рисунке 2.6, исходная битовая последовательность пользователя отлично восстанавливается при условии, что мы имеем также точную синхронизацию расширенного сигнала пользователя и точную копию кода расширения (сжатия). Увеличение скорости передачи данных на коэффициент 8 соответствует расширению (на коэффициент 8) частотного спектра также в 8 раз. Сжатие восстанавливает первоначальную ширину спектра информационного сигнала.

Принцип действия корреляционного приемника для CDMA показан на рис. 2.7. Верхняя половина рисунка показывает прием полезного собственного сигнала. Как и на рис. 2.6, представлена операция сжатия при идеально синхронизированном коде. Затем корреляционный приемник интегрирует получающиеся произведения (данныекод) для каждого бита пользователя.



Рис. 2.7. Принцип действия корреляционного приемника CDMA
Нижняя половина рис. 2.7 демонстрирует влияние операции по сжатию, когда оно относится к сигналу CDMA другого пользователя, сигнал которого, был расширен с использованием другого кода расширения. Результат умножения сигнала помехи на собственный код и интеграция получающихся произведений приводят к тому, что значения сигнала помехи оказываются близкими к 0. Как можно видеть, амплитуда собственного сигнала увеличивается в среднем на коэффициент расширения 8 относительно амплитуды сигнала пользователя другой создающей помехи системы, т.е. корреляционный прием позволил увеличить полезный сигнал на коэффициент расширения, в данном случае в 8 раз, по сравнению с сигналом помехи, присутствующем в системе CDMA. Этот эффект называется «выигрышем при обработке сигнала» и является фундаментальным показателем для всех систем CDMA и вообще для всех систем с расширенным спектром.

Передача данных со скоростью 12,2 Кбит/с дает выигрыш при обработке равный

Gобр=10log10(Rчип/Rб) = 10log10(3,84/12,2e3)=25 дБ, (2.1)

где

Rчип-скорость следования чипов,

Rб- скорость передачи данных пользователя.

После сжатия необходимо, чтобы мощность сигнала, как правило, была на несколько децибел выше мощности помехи и шума. Необходимая энергия сигнала по отношению к плотности мощности помехи обозначается как Eb/N0, где Eb  энергия или плотность мощности на бит пользователя и N0  плотность мощности помехи и шума. Для передачи речи требуемое значение отношения Eb/N0 обычно составляет порядка 5,0 дБ, и необходимое отношение широкополосного сигнала к помехе(C/I) будет равно

(Eb/N0)треб-Gобр =5-25=-20 дБ. Таким образом, мощность сигнала может быть на 20 дБ ниже мощности помехи и теплового шума, а приемник WCDMA все еще будет способен принимать сигнал. Благодаря расширению и сжатию отношение сигнал/шум(C/I) в WCDMA может быть много ниже 1. Для сравнения приема сигнала GSM требуется C/I = 9  12 дБ.

Распространение радиоволн в системах наземной подвижной связи характеризуется наличием большого числа отражений, дифракцией, затуханием сигнала Причиной всему этому являются естественные препятствия, например здания, а результатом оказывается многолучевое распространение. В результате на приемную антенну практически всегда приходит множество копий сигнала(лучей) с разными уровнями и разными задержками по времени. Принцип многолучевого распространения показан на рис. 2.8. Многолучевой характер распространения сигнала приводит к интерференции и, как следствие, к изменению уровня принимаемого сигнала. Динамический диапазон флуктуаций сигнала составляет более 40 дБ.


Рис. 2.8. Многолучевое распространение сигнала
Энергия сигнала (относящаяся, например к одному чипу сигнала CDMA) может поступать в приемник в четко различимые моменты времени. Интервал задержки в городских и пригородных районах обычно составляет от 1 до 2 мкс, хотя в некоторых случаях значении задержки может достигать 20 мкс. Длительность чипа при скорости передачи 3,84 Мчип/с равна ?чип=0,26 мкс. Если разница по времени многолучевых составляющих будет по крайней мере 0,26 мкс, то приемник WCDMA сможет разделить эти многолучевые компоненты и обеспечить их сложение. Задержка длительностью 0,26 мкс получается, при разнице в протяженности лучей 78 м (с∙ ?чип = 3,0·108∙0,26·10-6). Кроме того, для определенного значения временной задержки обычно имеется множество лучей почти равной длины, по которым распространяется радиосигнал. Например, лучи с разницей по длине равной половине длины волны (при частоте 2 ГГц это приблизительно 7 см) поступают фактически одновременно по сравнению с лучами, имеющими разность хода 78 м. В результате в приемнике, который перемещается даже на меньшие расстояния, имеет место подавление полезного сигнала, называемое быстрыми(релеевскими) замираниями. На рис. 2.9 показан примерный характер быстрых замираний, воспринимаемый по поступающей энергии сигнала при конкретном значении временной задержки при движении приемника. Мощность принимаемого сигнала может резко падать, когда происходит фазовое подавление за счет отражений при многолучевом распространении. Статистика в отношении средней энергии принимаемого сигнала за короткий период обычно хорошо описывается рэлеевским распределением.



Рис. 2.9. Быстрые(релеевские замирания)
Эти перепады энергии, обусловленные замираниями, делают прием передаваемых битов данных без ошибок делом весьма затруднительным, поэтому в WCDMA необходимо принимать соответствующие контрмеры. Такие контрмеры по борьбе с замираниями приведены ниже.


На рис. 2.10 представлена блок-схема приемника Rake с тремя трактами. Оцифрованные выборки входных сигналов принимаются от входных каскадов ВЧ и представляются в виде квадратурных ветвей I и Q (т.е. в формате комплексного числа фильтра нижних частот на выходе приемника). Генераторы кода и коррелятор осуществляют операцию сжатия. Устройство оценки канала использует символы, полученные от пилотного сигнала, для оценки радиоканала, влияние которого затем будет скомпенсировано фазовращателем для принятых символов. Задержка во времени прибытия символов в каждый тракт корректируется. В сумматоре Rake происходит средневзвешенное по максимуму отношения сигнал/шум, суммирование сигналов разных каналов приема, обеспечивая тем самым разнесенный прием при многолучевом распространении как средство борьбы с замираниями. Показан также согласованный фильтр, используемый для определения и обновления текущего профиля задержки при многолучевом распространении в канале.

В типичных реализациях приемник Rake, осуществляющий обработку со скоростью передачи чипов (коррелятор, генератор кодов, согласованный фильтр), выполняется на ASICs (специализированных интегральных схемах), тогда как обработка на уровне символа (устройство оценки канала, фазовращатель, сумматор) реализуются с помощью DSP (процессора цифровой обработки сигналов). Хотя и существуют некоторые различия между приемниками Rake и WCDMA на подвижной станции и базовой станции, все основные принципы работы одинаковы.


Рис. 2.10. Блок-схема приемника Rake WCDMA


2.4. Особенности хэндоверов в системе UMTS.

Хэндовер является наиболее важной функцией сети подвижной сотовой связи. В соответствии со спецификацией ETSI [1] в UMTS можно выделить несколько видов хэндоверов. Во время мягкого хэндовера(soft handover) мобильная станция (МС) одновременно устанавливает соединение с двумя (двусторонний хэндовер) или более (многосторонний хэндовер) базовыми станциями (БС), соединенными с одним или разными контроллерами радиосети. Принцип действия мягкого хендовера изображен на рис. 2.11.

Рис. 2.11. Принцип действия мягкого хэндовера

Для этого в нисходящем канале подвижная станция принимает сигнал от нескольких БС и суммирует их в RAKE-приемнике, а в восходящем канале с кодом МС сигналы принимаются двумя или более БС. Принятые кадры перенаправляются в контроллер радиосети для выбора кадра с наименьшим числом ошибок. Выбор производится после каждого интервала перемежения, т.е. перестановки символов в кодированной последовательности до модуляции сигнала, в данном случае – каждые 10-80 мс. Также следует отметить, что каждая БС использует свой контур управления мощностью, и что мягкий хэндовер может происходить только на одной частоте.

Мягчайший хэндовер(softer handover) основан на том же принципе, что и мягкий, но происходит внутри одной БС, если она имеет несколько секторов. Отличие его от мягкого хэндовера состоит в том, что выбор кадра с минимальным числом ошибок проводится контроллером БС, а не контроллером радиосети, используется также один контур управления мощностью.

Во время жесткого хэндовера МС перед установлением сигнальных и разговорного

каналов с новой БС разрывает соединение со старой БС. Для трафика в реальном времени это может означать кратковременную потерю данных.

Нетребовательный к задержкам трафик проходит без потерь, так как существует

система повторной передачи данных. При данном виде хэндовера, в отличие от мягкого

хэндовера, БС могут работать как на одной, так и на разных частотах. Ниже приведена классификация причин приводящих к хэндоверу:
Классификация причин, приводящим к хэндоверу.

1. Хэндовер спасения может произойти по следующим причинам:

Error Rate, BER);

мощности сигнала (Received Signal Code Power, RSCP);

с ошибками (Block Error Rate, BLER);

мощности сигнала в общем контрольном канале (Common Pilot Channel, CPICH);

2. Хэндовер качества обслуживания происходит при смене типа оказываемой услуги,

например, при переходе от передачи речевого трафика к пакетному.

3. Хэндовер бюджета мощности для минимизации мощности, излучаемой МС.

4. Хэндовер перегрузки для балансировки нагрузки в части передаваемой информации

между отдельными БС.

5. Хэндовер по команде из центра управления и обслуживания.
Общий принцип реализации хэндовера. Решение о хэндовере принимает контроллер радиосети (Radio Network Controller, RNC) на основе результатов измерений, получаемых от МС и БС. Выбор сот-кандидатов на хэндовер состоит в сравнении результатов измерений с набором параметров и пороговых значений, устанавливаемых для различных пар соседних сот, и зависит как от значения порогов, так и от алгоритма выбора сот-кандидатов. Процесс хэндовера может быть разделен на несколько этапов.

Измерение. МС и БС проводят измерения величины Eb,/N0 и коэффициента ошибок в восходящем и нисходящем каналах и передают эти данные контроллеру радиосети(RNC). Для некоторых типов хэндовера необходимы дополнительные измерения. Также нужно измерять разницу во времени прихода сигналов от разных БС для когерентного сложения их в RAKE-приемнике во время мягкого хэндовера.

Обработка. Контроллер радиосети предварительно обрабатывает результаты измерений, укрупняет,

усредняет и взвешивает их.

Принятие решения. Контроллер радиосети сравнивает обработанные результаты измерений со значениями

параметров хэндовера и принимает решение о его необходимости. Разные алгоритмы

имеют разные пороговые значения параметров хэндовера.

Выполнение хэндовера. Контроллер радиосети формирует список сот-кандидатов на хэндовер и выбирает из этого списка лучшую соту, которой и будет передан вызов. После хэндовера происходит обновление изменяемых параметров. Так, после мягкого хэндовера обновляется список активных БС и подстраивается мощность всех каналов, участвовавших в процессе хэндовера.

Алгоритм мягкого хэндовера в WCDMA. Во время жесткого хэндовера МС в каждый момент времени взаимодействует только с одной БС, и решение принимается на основе одного условия. В случае мягкого хэндовера существует активный набор БС, участвующих в процедуре хэндовера, в который с течением времени добавляются и удаляются отдельные БС. Поэтому жесткий хэндовер имеет четко определенный момент выполнения, а мягкий выполняется в течение некоторого периода. Процесс мягкого хэндовера неодинаков для восходящего и нисходящего каналов. В случае восходящего канала МС передает сигнал через всенаправленную антенну, и все активные БС принимают сигнал одновременно. Затем принятые кадры сигнала направляются в контроллер радиосети, где из них выбирается лучший, а кадры с ошибками отбрасываются. Поэтому в восходящем направлении не нужны дополнительные сигнальные каналы для проведения мягкого хэндовера. В нисходящем направлении сигнал передается несколькими БС одновременно, и RAKE-приемник МС воспринимает передаваемые сигналы как многолучевые компоненты одного и обрабатывает их. Тем не менее, канал от каждой станции из набора активных является ресурсом сети, выделяемым для хэндовера, и служит дополнительным источником интерференции. Поэтому для мягкого хэндовера в нисходящем направлении требуются дополнительные ресурсы. Рассмотрим алгоритм мягкого хэндовера. Наиболее часто в качестве условия здесь используется уровень сигнала Eb/N0 канала CPICH. В алгоритме приняты следующие определения:

активный наборнабор БС (сот), имеющих соединение с МС во время мягкого

хэндовера, максимальное количество БС в этом наборе равно 7;
соседний наборнабор БС (сот-соседей), уровень сигналов которых постоянно измеряется МС, но уровень сигналов Eb/N0 канала CPICH недостаточен для добавления их в активный набор. Максимальное количество БС в этом наборе равно 32.
Алгоритм мягкого хэндовера представлен на рис 2.12.



Рис. 2.12. Алгоритм мягкого хэндовера

В нем используются следующие параметры, возможные значения которых взяты из [ETSI 3GPP TR 25.331 version 7.4.0 Release 7.]:


значения от 0 до 14,5 дБ с шагом 0,5;

до 7,5 дБ с шагом 0,5;

значение от 0 до 7,5 дБ с шагом 0,5;

события. Применение этого параметра позволяет исключать резкие случайные

флуктуации уровня сигнала. Время ?t может принимать значения 0, 10, 20, 40, 60,

80, 100, 120, 160, 200, 240, 320, 640, 1280, 2560, 5000 мс;

но в соответствии с [2] будем рассматривать варианты с двумя или тремя БС. На

рис. AS_Max_Size = 2.

Сам алгоритм может состоять из следующих действий (некоторые используемые

обозначения приведены ниже):

Если измеряемый сигнал Meas_Sign > (Best_Ss – As_Th + As_Th_Hyst) в течение периода ?t и активный набор неполный, то сота с этим уровнем сигнала, не находящаяся в активном наборе, добавляется к нему. Это действие называется "Событие 1А" или "Добавление радиоканала";

Если Meas_Sign < (Best_Ss – As_Th – As_Th_Hyst) в течение периода ?t, то сота с этим

уровнем сигнала удаляется из активного набора. Это действие называется "Событие 1

В" или "Удаление радиоканала";

Если активный набор заполнен и выдерживается условие

Best_Cand_Ss>(Worst_Old_Ss + As_Rep_Hyst) в течение периода ?t, то сота с этим уровнем сигнала, не находящаяся в активном наборе, заменяет соту, которая имеет наименьший уровень сигнала в таком наборе. Это действие носит название "Событие 1C" или "Комбинация с добавлением и удалением радиоканала".

В алгоритме используются следующие измеряемые величины:

Best_Ss: уровень сигнала лучшей соты из активного набора;

Worst_Old_Ss: уровень сигнала худшей соты из активного набора;

Best_Cand_Set: уровень сигнала лучшей соты из набора сот-кандидатов;

Meas_Sign: измеренный и усредненный уровень сигнала.
Проверка критериев мягкого хэндовера производится в самой МС, и результаты такой проверки посылаются в контроллер радиосети либо с заданной периодичностью, либо по мере срабатывания критерия.


Преимущества:

Недостатки:

направлении;

Мягкий хэндовер – сложный процесс взаимодействия множества элементов сети. Несмотря на сложность реализации, он имеет немало достоинств и является одним из основных инструментов управления нагрузкой, благодаря обилию параметров позволяет гибко оптимизировать работу сети оператора.

Также, в системе UMTS реализована возможность осуществления хендоверов с разрывом старого соеденения и создания нового. Данный тип хэндовера называется жестким, его реализация аналогична хендоверам в системе GSM. Жесткий хендовер, используется если в системе задействовано несколько частотных каналов(при переключении с одного частотного канала на другой), а также что особенно важно при совместном планировании с GSM – межсистемный хендовер, обеспечивающий совместимость данных систем.



Глава 2. Анализ особенностей построения и функционирования сетей UMTS
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации